Piotr A. Ziółkowski Grzegorz Koczyk Jan Sadowski

1. Instytut Genetyki Roślin Polskiej Akademii Nauk Mechanizmy Ekspansji i Redukcji Genomów RoślinnychUjawnione w Analizie Mutacji „Indel” Piotr A. Ziółkowski Grzegorz Koczyk Jan Sadowski Wykorzystanie zasobów obliczeniowych Krajowej Sieci Naukowej do analizy zdarzeń insercji-delecji u Arabidopsis thaliana

2. Kontigi klonów plazmidowych dla linii Landsberg erecta (95 Mb) 1 2 3 4 5 30.5 Mb 19.7 Mb 23.5 Mb 18.6 Mb 27.0 Mb Genom Arabidopsis thaliana Zestawy klonów BAC dla linii Columbia (115 Mb)

3. 1 2 3 4 5 30.5 Mb 19.7 Mb 23.5 Mb 18.6 Mb 27.0 Mb Przypisanie kontigów Ler do chromosomów Col

4. 1 2 3 4 5 30.5 Mb 19.7 Mb 23.5 Mb 18.6 Mb 27.0 Mb Poszukiwanie indeli pomiędzy sekwencjami obu linii

5. Poszukiwanie indeli pomiędzy sekwencjami obu linii

6. Identyfikacja mechanizmu odpowiedzialnego za powstanie mutacji rekombinacja niewyrównana wstawienie/wycięcie transpozonu

7. BLASTZ Użyty do porównywania genomów mysiego i ludzkiego Łączy rezultaty BLASTA tworząc większe grupy dopasowanych sekwencji Niewystarczająco dokładny Genome Res. 2003 Jan;13(1):103-7. Human-mouse alignments with BLASTZ Schwartz S, Kent WJ, Smit A, Zhang Z, Baertsch R, Hardison RC, Haussler D, Miller W.

8. Wyszukiwanie insercji-delecji Problem: Odwzorowanie wzajemnie jednoznaczne contigów ekotypu Ler na pseudochromosomy ekotypu Col-0 Uproszczenie: Każdemu contigowi odpowiada dokładnie jedno miejsce na chromosomie Uproszczenie jest możliwe ze względu na bliskie pokrewieństwo genomów

9. Rekonstrukcja odwzorowania - przykład Podział dopasowanych obszarów kontiga według jakości i unikalności ich dopasowania Obszary wątpliwe; dopasowane wiele razy; o kiepskiej jakości Obszar unikalnie dopasowany; o dobrej jakości

10. Mechanizm rekonstrukcji BLASTZ (wyszukanie wszystkich pokrewnych obszarów pomiędzy genomami) RepeatMasker (analiza obszarów powtarzalnych i transpozonów) Rekonstrukcja odwzorowania dla każdego kontiga: Poszukiwanie zaufanych obszarów (>60nt, identyczność >90%, tylko jeden alignment) Uzupełnianie luk w powstałym pokryciu za pomocą pozostałych alignmentów), faworyzowane jak najmniejsze indele Zrealizowane przy użyciu własnego oprogramowania dedykowanego Poprawki - odrzucane rekonstrukcje o niewystarczającej jakości (m.in. kontigi złożone z sekwencji powtarzalnych, kontigi o indelach przekraczających 100’000 nt)

11. Wyszukiwanie indeli Zrekonstruowane odwzorowanie kontiga Czy indel zachodzi w obrębie exonu/intronu ? (kryterium: dane Arabidopsis Genome Initiative) Czy indel to TE (transposable element) ? (kryterium: wyniki z RepeatMaskera) Czy indel powstał w wyniku crossing/over ? (kryterium: obecność zdegenerowanych kopii wewnątrz indela) Czy indel powstał w illegitimate recombination ? (kryterium: obecność zdegenerowanych powtórzeń na krańcach indela)

12. Insercje w liniach Columbia i Landsberg erecta

13. Różne mechanizmy mutacji „indel”

14. Wielkość „indeli”

15. Podsumowanie analizy • przypisano 55 280 (68%) kontigów Ler do chromosomów Col • wykryto 3025 „indeli nieterminalnych” (i 3743 „indeli terminalnych”) • stwierdzono 2355 insercji w linii Col • stwierdzono 670 insercji w linii Ler • 650 (21%) „indeli” powstało na drodze wstawienia/wycięcia TE (liczba może być niedoszacownana ze względu na brak przypisanych kontigów w obszarach przycentromerowych) • 885 (29%) „indeli” powstało w wyniku rekombinacji niewyrównanej (wynik prawdopodobnie nadszacowany) • 1606 (50%) „indeli” powstało w wyniku innych mechanizmów włączając w to rekombinację nieuprawnioną

16. Wnioski • Rozkład „indeli” wzdłuż chromosomów nie jest jednolity; • Podstawowe mechanizmy powstawania „indeli” w genomie Arabidopsis obejmują działalność transpozonów, niewyrównaną rekombinację i rekombinację nieuprawnioną; • Wstawienie/wycięcie transpozonów zachodzi głównie w obszarach przycentromerowych, natomiast inne typy „indeli” wykazują bardziej złożony rozkład wzdłuż chromosomów; • „Indele” >1 kb powstają w wyniku działalności TE oraz rekombinacji niewyrównanej, natomiast „indele” <1 kb są spowodowane innymi mechanizmami, w tym rekombinacją nieuprawnioną; • Chromosom 1 ma wyraźnie odmienny wzór rozkładu „indeli” co sugeruje jego stosunkowo niedawne uformowanie; • Mutacje somatyczne mają prawdopodobnie znaczne większe znaczenie w ewolucji genomów roślinnych, niż wcześniej zakładano!