A maneira como podemos abordar questões na evolução e expressão do genoma mudou enormemente nos últimos cinco anos. Podemos obter grandes quantidades de sequências de DNA para qualquer espécie por um orçamento dentro do orçamento da maioria dos laboratórios. O mais importante talvez seja o fato de que as ferramentas analíticas baseadas na Web e no PC agora permitem que o pesquisador faça algo com todas aquelas gigabases de sequência em seu próprio laboratório. Ligar a sequência de DNA aos cromossomos físicos tem sido um desafio contínuo, apesar do uso generalizado da hibridização in situ. O grande número de genomas inteiros e processos de evolução de cromossomos inteiros não são passíveis de sequenciamento de genoma inteiro, mas a análise cromossômica pode usar as informações para entender problemas biológicos reais. Então, esta semana, estou pensando sobre Citogenética Molecular Vegetal na Era Genômica e Pós-genômica em uma reunião na Polônia. Embora meus tweets da conferência tenham ganhado alguns seguidores (obrigado por me avisar, análise do Twitter) sob o @ChrConf usuário e tag #PMC, eu não tinha um parceiro nas mídias sociais, então as impressões são um pouco unilaterais. No entanto, espero que a compilação abaixo dê uma idéia da variedade de tópicos abordados durante a reunião – mas, como sempre, os pôsteres e eventos sociais forneceram uma nova fonte de inspiração. O Skype nunca substituirá reuniões pessoais com velhos amigos nem dará a oportunidade de fazer novos links!

Esta conferência em Katowice, na Polônia, está reunindo cerca de 150 pessoas, a maioria da Europa, com uma adição substancial daquele ramo da atividade citogenética, o Brasil. É organizado por Robert Hasterok, um líder no uso da grama Braquipódio como espécie modelo (http://aob.oxfordjournals.org/content/104/5/873.short) e entender sua evolução (http://aob.oxfordjournals.org/content/109/2/385.short). A reunião homenageia Jola Maluszynska, uma das primeiras pessoas a usar a citogenética molecular e com quem tive o privilégio de trabalhar – não menos com aquela outra espécie modelo, Arabidopsis (alguns publicados em Annals of Botany muito tempo atras http://aob.oxfordjournals.org/content/71/6/479.short).

O programa inclui um bom momento para observar a impressionante variedade de pôsteres que mostram a vitalidade da pesquisa pós-genômica. Estes são descritos em o livro abstrato, mas aqui apresentarei uma seleção de destaques das palestras. Apesar de falar perto do final do programa, nada mais justo do que começar com Robert Hasterok – é sempre um desafio tanto conversar quanto organizar um encontro na sua cidade natal. Em uma ampla palestra sobre Braquipódio, ele apresentou uma gama diversificada de trabalhos citomoleculares em andamento em seu laboratório, extraindo pontos mais amplos dos pôsteres que estudamos no primeiro dia. Ele definiu uma espécie modelo como um organismo que possui certas características que o tornam mais receptivo à investigação científica em comparação com outros membros menos tratáveis ​​do grupo que representa. Também é útil quando possui recursos e infraestrutura de pesquisa bem desenvolvidos (incluindo como cultivar a planta) que permitem um trabalho eficiente. O Braquipódio O projeto genoma foi estabelecido em 2006 e o Brachypodium distacyhon sequência genômica concluída em 2010. Naquela época, nem mesmo a definição das espécies-chave do gênero era clara, e foi apenas em 2012 que o uso de no local hibridização mostrou claramente que havia três espécies

http://aob.oxfordjournals.org/content/109/2/385.short , agora chamado Distachyon Brachypodium (2n=10), B. stacei (2n=20), e o híbrido B. híbrido (2n=30). Robert então abordou a questão “O que se sabe sobre a evolução do genoma da grama no nível do cromossomo?” “Como é o desenvolvimento de cromossomos compostos de um cariótipo ancestral de grama?” O trabalho citomolecular está mostrando remodelação cromossômica e cromossomos compostos em Brachy e seus ancestrais mais próximos e distantes em trabalhos publicados no início deste ano ( http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0093503 _). A próxima seção de sua palestra tratou da organização nuclear. Na interfase, existem territórios cromossômicos claros, mas para pares individuais de cromossomos homólogos, todas as quatro possibilidades de organização são vistas com associação dos braços superiores dos cromossomos, associação dos braços inferiores, associação de dois homólogos ou nenhuma associação – os quatro estando em proporções aproximadamente iguais (talvez o primeiro um pouco mais frequente). Um segundo grupo de experimentos procurava arranjos de domínios centroméricos e teloméricos na interfase em vários Braquipódio espécies: notavelmente, havia uma configuração Rabl com centrômeros em um polo e telômeros na extremidade oposta dos núcleos interfásicos diplóides, enquanto tal padrão não foi visto no tetraplóide 4x. Isso levou à discussão dos efeitos epigenéticos, onde a dominância nucleolar é vista B. híbrido: B. distachyonOs genes de rDNA de origem são dominantes sobre os de B. stacei. Como em todas as boas palestras, tivemos uma visão das paredes de tijolos da pesquisa: Braquipódio é quase um anti-modelo para estudar a meiose, enquanto a pergunta óbvia sobre o comportamento de ressintetizados B. híbrido em comparação com a espécie de milhões de anos é frustrada pela falta de viabilidade do novo híbrido.

Então, voltando ao início do programa, Dieter Schweizer apresentou informações sobre a manutenção estrutural dos cromossomos e os efeitos epigenéticos. A proteína estrutural DMS3 interage com a DME Demeter, uma proteína com domínio de glicosilase de DNA e ativadora transcricional, que tem a função de excisar diretamente a 5'-metilcitosina do DNA e iniciar a substituição por citosina não metilada. Em uma palestra dividida em duas partes, o segundo tema de Dieter foi a citogenética e a imunocitoquímica do endosperma triploide, onde ocorre a separação do genoma parental e o pareamento somático.

Incluirei uma discussão sobre alguns aspectos da minha apresentação (particularmente um slide sobre produção agrícola e a contribuição da genética) em uma postagem posterior. Enquanto isso, Minha palestra está publicada aqui. embora com pouco texto de apoio. Hans De Jong continuou discutindo a citogenética vegetal na era da genômica moderna, onde eu não tinha certeza se ele estava feliz ou triste que a contribuição holandesa para o projeto de sequência do genoma do tomate, cromossomo 6, provou ser um dos mais rearranjados ou variáveis e, portanto, difícil de analisar. A incrível hibridização in situ de 6 cores resolveu muitos problemas complexos na ordenação de contigs de blocos contínuos de sequência e, em seguida, ligou as ordens entre tomate e batata. Hans concluiu que os algoritmos de montagem colocaram cerca de 33% de todos os contigs montados na posição errada ou na ordem errada no tomate. Também estava interessado em ouvir sua discussão final sobre amplas comparações no nível de sequência que estão sendo feitas entre diferentes espécies e até mesmo gêneros em Solanaceae, embora esteja ansioso para ver como eles lidam com a proporção de repetições altamente variáveis ​​entre as espécies.

Após nosso primeiro intervalo, Ingo Schubert e o colaborador Giang TH Vu falaram sobre o reparo de quebras - quebras de cadeia dupla (DSBs) na meiose de células somáticas, ligando o nível molecular ao microscópico na cevada monocotiledônea. DSB são onipresentes, frequentes e perigosos para o genoma e, se não reparados, são letais para as células em divisão. Ingo pôde distinguir por construções moleculares e microscopia entre as diferentes vias de reparo de DSB envolvendo recombinação homóloga ou junção de extremidade não homóloga. O último NHEJ foi visto como a via de reparo de DSBs dominante na cevada com as consequentes pequenas deleções e/ou inserções com ou sem microhomologia. Ao fazer minha pergunta sobre o papel das enzimas e as diferenças entre as espécies, senti-me como o notório “terceiro árbitro” de manuscritos importantes querendo ainda mais trabalho para o que é a primeira demonstração das relações dos diferentes mecanismos de reparo do DSB!

Andreas Houben, um de uma grande delegação do IPK em Gatersleben, discutiu os centrômeros com seus interesses em tecnologia haploide e haploides duplos. O CENH3 é um componente essencial do centrômero em quase todos os eucariotos como histona H3 modificada. Andreas mostrou outra espécie híbrida, Arabidopsis suecica (eram naturais e desta vez híbridos artificiais podem ser feitos), fazendo anticorpos específicos específicos para o CENH3 nos dois ancestrais. Em híbridos estáveis, ambas as sequências CENH3 hibridizam-se imunologicamente para ambos os centrômeros - não como as sequências centroméricas específicas da espécie (https://botany-one.ghost.io/content/files/www-le-ac-uk/bl/phh4/openpubs/openpubs/kamm_arenosa.pdf ) – mas com microscopia de alta resolução, seu laboratório pôde ver que as variantes do CENH3 são carregadas diferencialmente em subdomínios centroméricos distintos. Usou alguns conjuntos de linhagens de mutação de cultivo de cevada, um betaCENH3 mutante foi encontrado que não foi carregado nos centrômeros que tinham um fenótipo normal, exceto que era bastante estéril: 56% de univalentes e 24% de atraso na meiose. Voltando para Arabidopsis, foi demonstrado um mutante CENH3 que gera uma linha induzida haplóide (com uma única mudança de aminoácido), com a importante consequência de que os híbridos que o utilizam podem perder o genoma materno, permitindo que os melhoristas de plantas substituam o citoplasma em uma geração.

Paul Fransz avançou nossa compreensão de uma grande inversão paracêntrica de 10000 anos atrás vista em Arabidopsis. Seu trabalho de sequenciamento e citogenética permitiu a detecção das bordas de inversão e, portanto, o mecanismo molecular da inversão, trabalho com consequências (epi)genéticas e filogenéticas. Análises notáveis ​​de associação ampla do genoma (GWAS) mostraram que o aumento da aptidão sob estresse hídrico abiótico - a característica de comprimento e fecundidade do fruto - foi associado aos genes na zona de baixa recombinação em torno da inversão.

Hanna Weiss-Schneeweiss mostrou como as abordagens citogenéticas modernas revelam “Mais do que aparenta: trajetórias evolutivas contrastantes em poliplóides do complexo Prospero” e ela foi capaz de resolver as relações complexas nessas espécies.

Nosso segundo dia começou com a exibição dos maravilhosos filmes timelapse dos botânicos poloneses Bajer & Mole-Bajer, feitos em 1956, mostrando a mitose em Haemanthus endosperma. Eu sabia disso desde meus tempos de graduação e, na década de 1990, recebi uma versão em filme de 16 mm da professora Rachel Leech, de York. Eu os converti em fita de vídeo VHS, mas felizmente agora todos podemos acessá-los livremente na web - seja para download em http://www.cellimagelibrary.org/images/11952 ou várias postagens no YouTube, como https://www.youtube.com/watch?v=s1ylUTbXyWU .

Uma importante questão prática para o melhoramento e a seleção, desenvolvida a partir de várias palestras no primeiro dia, relaciona-se com a questão-chave de Glyn Jenkins: Podemos alterar os locais de recombinação para liberar recombinação inédita, nova variação genética e fenótipos úteis? Se sim, estaremos no caminho certo para 'otimizar' o germoplasma da cevada manipulando a recombinação. A gama de anticorpos meióticos – ASY1, ZYP1 e HvMLH3 – permitiu o estudo dos processos de recombinação e gerou um mapa de nódulos de recombinação. Reconstruções de bivalentes individuais com anticorpos meióticos mostram um viés distal dos quiasmas (http://jxb.oxfordjournals.org/content/64/8/2139.short). Notavelmente, um aumento substancial, mas não extremo (15 C a 25 C) na temperatura de crescimento da cevada alterou o comprimento genético, tornando-se muito mais longo (mais recombinação) em altas temperaturas na meiose masculina, embora não no lado feminino. A expansão do mapa ocorreu em regiões pericentroméricas e mudou significativamente as localizações dos focos de HvMLH3, mas não os números.

Editor AoB Martin Lysak Com Terezie Mandakova, discutimos um trabalho muito extenso sobre a evolução dos cromossomos das Brassicaceae sob o título "Mais do que o repolho: evolução dos cromossomos e do genoma em crucíferas" (por exemplo, http://www.plantcell.org/content/25/5/1541.shortA simplicidade dos modelos de evolução dos genomas das crucíferas apresentados por Martin esconde a enorme quantidade de dados subjacentes sobre citogenética comparativa, genomas sequenciados, mapas genéticos e filogenética, bem como o número de "envelopes" que devem ter sido usados ​​para esboçar os modelos (embora eu não tenha certeza do que substitui os envelopes na era dos e-mails). Basicamente, o cariótipo ancestral das crucíferas (ACK) em "diploides" (que muitas vezes são de origem poliploide ou híbrida) e poliploides pode ser dividido em 24 blocos genômicos ancestrais. Uma das situações mais simples, em Capsella rubéola (Slotte et al. 2013) o ACK permaneceu em grande parte conservado, enquanto pode haver diversificação sem rearranjos em grande escala em Cardamina. Árabe Alpina é mais complexo, com sete dos oito cromossomos ancestrais rearranjados, provavelmente envolvendo cinco translocações recíprocas, quatro inversões pericêntricas, três reposicionamentos de centrômeros, uma perda de centrômero e um novo centrômero. Uau! Martin nos brindou com a análise de todas as principais linhagens do grupo, desde o extremo da redução do número de cromossomos até n=5. Arabidopsis thaliana, ao máximo notáveis ​​72 eventos de duplicação do genoma em colza/Brassica napusdesde a origem das angiospermas! Claramente, toda uma triplicação do genoma estimulou o genoma e a diversidade taxonômica em Brassica e a tribo Brassiceae, e eu precisaremos acompanhar suas próximas publicações, com muitos colegas, mas particularmente com a coautora Terezie Mandakova, para entender as consequências da disploidia descendente do cariótipo ancestral das crucíferas ACK e do cariótipo PCK (Proto-Calepineae), com uma gama de mecanismos envolvendo translocações, perda de minicromossomos, fusões de ponta a ponta, inversões e deslocamentos do centrômero.

As últimas palestras antes da publicação destas notas foram de Kesara Anamthawat-Jonsson - minha primeira aluna de doutorado - abordando o tema "De onde veio o vidoeiro na Islândia?". Betula é outro gênero com muitos híbridos, embora a história da bétula na Islândia se estenda apenas pelos 10000 anos do holoceno, desde que a Islândia saiu do gelo. Kesara baseia-se nela Annals of Botany papel http://aob.oxfordjournals.org/content/99/6/1183.short mostrando que 10% das bétulas islandesas são 2n=3x=42 híbridas, mas apenas metade delas pode ser vista em sua morfologia. Kesara agora analisou os haplótipos de DNA de cloroplastos em toda a Islândia, bem como evidências de extensa introgressão entre as espécies por meio de híbridos 3x envolvendo genomas inteiros de ambos betula nana e B. pubescens.

Ainda faltam algumas palestras, e depois vou fazer algumas visitas a laboratórios. Lamento não poder abordar tudo, mas espero que este resumo deste encontro empolgante seja útil para alguns. É evidente que estamos realmente numa era pós-genômica, e as abordagens citogenéticas estão a fazer grandes avanços neste novo panorama.