La forma en que podemos abordar las preguntas sobre la evolución y la expresión del genoma ha cambiado enormemente en los últimos cinco años. Podemos obtener grandes cantidades de secuencias de ADN para cualquier especie por un presupuesto dentro del de la mayoría de los laboratorios. Quizás igual de importante, las herramientas analíticas web y basadas en PC ahora permiten al investigador hacer algo con todas esas giga-bases de secuencia dentro de su propio laboratorio. Sin embargo, vincular la secuencia de ADN a los cromosomas físicos ha sido un desafío continuo, a pesar del uso generalizado de la hibridación in situ. La gran cantidad de procesos de evolución del genoma completo y del cromosoma completo no son susceptibles de secuenciación del genoma completo, pero el análisis cromosómico puede utilizar la información para comprender problemas biológicos reales. Así que esta semana, estoy pensando en la citogenética molecular de plantas en la era genómica y posgenómica en una reunión en Polonia. Aunque mis tweets de la conferencia ganaron bastante seguimiento (gracias por informarme, análisis de Twitter) bajo el @ChrConf usuario y etiqueta #PMC, no tenía un socio en las redes sociales, por lo que las impresiones son un poco unilaterales. Sin embargo, espero que la recopilación a continuación brinde una idea de la variedad de temas abordados durante la reunión, pero como de costumbre, los carteles y los eventos sociales proporcionaron la fuente de nueva inspiración. ¡Skype nunca reemplazará las reuniones personales con viejos amigos ni dará la oportunidad de hacer nuevos enlaces!
Esta conferencia en Katowice, Polonia, está reuniendo a unas 150 personas, en su mayoría de Europa con una adición sustancial de esa colmena de actividad citogenética, Brasil. Está organizado por Robert Hasterok, líder en el uso del césped. braquipodio como especie modelo (http://aob.oxfordjournals.org/content/104/5/873.short) y comprender su evolución (http://aob.oxfordjournals.org/content/109/2/385.short). La reunión honra a Jola Maluszynska, una de las primeras personas en utilizar la citogenética molecular y con quien he tenido el privilegio de trabajar, sobre todo con esa otra especie modelo, Arabidopsis (algunos publicados en Annals of Botany Hace mucho tiempo http://aob.oxfordjournals.org/content/71/6/479.short).
El programa incluye un buen momento para mirar la impresionante variedad de carteles que muestran la vitalidad de la investigación posgenómica. Estos se describen en el libro abstracto, pero aquí repasaré una selección de los aspectos más destacados de las charlas. Aunque hablando casi al final del programa, es justo comenzar con Robert Hasterok: siempre es un desafío tanto hablar como organizar una reunión en tu ciudad natal. En una amplia charla sobre braquipodio, presentó una amplia gama de trabajos citomoleculares que se estaban realizando en su laboratorio, extrayendo puntos más amplios de los carteles que habíamos estudiado el primer día. Definió una especie modelo como un organismo que posee ciertas características que lo hacen más susceptible a la investigación científica en comparación con otros miembros menos tratables del grupo que representa. También es útil cuando posee infraestructura y recursos de investigación bien desarrollados (incluido cómo hacer crecer la planta) que permiten un trabajo eficiente. El braquipodio El proyecto del genoma se estableció en 2006 y el Brachypodium distacyhon secuencia genómica completó en 2010. En ese momento, incluso la definición de especies clave en el género no estaba clara, y fue solo en 2012 que el uso de in situ hibridación mostró claramente que había tres especies
http://aob.oxfordjournals.org/content/109/2/385.short , ahora llamado Brachypodium distachyón (2n=10), B. stacei (2n=20), y el híbrido B. híbrido (2n=30). Luego, Robert abordó la pregunta "¿Qué se sabe sobre la evolución del genoma del pasto a nivel del cromosoma?" “¿Cómo es el desarrollo de cromosomas compuestos a partir de un cariotipo ancestral de pasto?” El trabajo citomolecular muestra la remodelación cromosómica y los cromosomas compuestos en Brachy y sus ancestros más cercanos y más distantes en un trabajo publicado a principios de este año ( http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0093503 _). La siguiente sección de su charla analizó la organización nuclear. En la interfase, hay territorios cromosómicos claros, pero para pares individuales de cromosomas homólogos, las cuatro posibilidades de organización se ven con la asociación de los brazos superiores de los cromosomas, la asociación de los brazos inferiores, la asociación de dos homólogos o ninguna asociación: los cuatro estando en proporciones muy aproximadamente iguales (quizás el primero un poco más frecuente). Un segundo grupo de experimentos buscaba arreglos de dominios centroméricos y teloméricos en la interfase en varios braquipodio especie: notablemente, hubo una configuración Rabl con centrómeros en un polo y telómeros en el extremo opuesto de los núcleos de interfase diploide, mientras que no se observó tal patrón en el tetraploide 4x. Esto condujo a la discusión de los efectos epigenéticos, donde se observa dominancia nucleolar. B. híbrido: el B. distachiónLos genes del rDNA de origen son dominantes sobre los de B. stacei. Como con todas las buenas charlas, se nos dio una idea de las paredes de ladrillo de la investigación: braquipodio es casi un anti-modelo para estudiar la meiosis, mientras que la pregunta obvia sobre el comportamiento de resintetizado B. híbrido en comparación con la especie de un millón de años se ve obstaculizada por la falta de viabilidad del nuevo híbrido.
Así que, al inicio del programa, Dieter Schweizer explicó el mantenimiento estructural de los cromosomas y sus efectos epigenéticos. La proteína estructural DMS3 interactúa con DME Demeter, una proteína del dominio de la ADN glicosilasa y activador transcripcional, que escinde directamente la 5-metilcitosina del ADN e inicia su reemplazo por citosina no metilada. En una conferencia de dos partes, el segundo tema de Dieter fue la citogenética e inmunocitoquímica del endospermo triploide, donde se produce la separación del genoma parental y el apareamiento somático.
Incluiré una discusión de aspectos de mi charla (en particular, una diapositiva sobre la producción de cultivos y la contribución de la genética) en una publicación posterior. Mientras tanto, Mi charla está publicada aquí aunque con poco texto de apoyo. Hans De Jong siguió discutiendo la citogenética de las plantas en la era de la genómica moderna, donde no estaba seguro de si estaba feliz o triste porque la contribución holandesa al proyecto de secuenciación del genoma del tomate, el cromosoma 6, resultó ser una de las más reorganizadas o variables. y por lo tanto difícil de analizar. La sorprendente hibridación in situ de 6 colores resolvió muchos problemas complejos al ordenar cóntigos de bloques continuos de secuencia y luego vinculó los órdenes entre tomate y patata. Hans concluyó que los algoritmos de ensamblaje colocaron alrededor del 33% de todos los contigs ensamblados en la posición incorrecta o en el orden incorrecto en el tomate. También me interesó escuchar su discusión final sobre las amplias comparaciones a nivel de secuencia que ahora se realizan entre diferentes especies e incluso géneros en Solanaceae, aunque espero ver cómo se las arreglan con la proporción de repeticiones altamente variables entre las especies.
Después de nuestro primer descanso, Ingo Schubert y el colaborador Giang TH Vu hablaron sobre la reparación de roturas: roturas de doble cadena (DSB) en la meiosis de las células somáticas, vinculando el nivel molecular con el microscópico en la cebada monocotiledónea. Los DSB son ubicuos, frecuentes y peligrosos para el genoma y, si no se reparan, son letales para las células en división. Ingo pudo distinguir mediante construcciones moleculares y microscopía entre las diferentes vías de reparación de DSB que involucran recombinación homóloga o unión de extremos no homólogos. Se observó que el último NHEJ era la vía de reparación de DSB dominante en la cebada con las consiguientes pequeñas deleciones y/o inserciones con o sin microhomología. Al hacer mi pregunta sobre el papel de las enzimas y las diferencias entre especies, me sentí como el notorio "tercer árbitro" de importantes manuscritos que querían aún más trabajo para lo que es la primera demostración de las relaciones de los diferentes mecanismos de reparación de DSB.
Andreas Houben, uno de una gran delegación de IPK en Gatersleben, luego habló sobre los centrómeros con su interés en la tecnología haploide y los haploides dobles. CENH3 es un componente centrómero esencial en casi todos los eucariotas como histona H3 modificada. Andreas mostró otra especie híbrida, Arabidopsis suecica (eran naturales y esta vez se pueden hacer híbridos artificiales), haciendo anticuerpos específicos para el CENH3 en los dos ancestros. En híbridos estables, ambas secuencias de CENH3 se inmunohibridaron con ambos centrómeros, a diferencia de las secuencias centroméricas específicas de la especie (https://botany-one.ghost.io/content/files/www-le-ac-uk/bl/phh4/openpubs/openpubs/kamm_arenosa.pdf ), pero con microscopía de alta resolución, su laboratorio pudo ver que las variantes de CENH3 se cargan diferencialmente en distintos subdominios centroméricos. Se utilizaron algunos conjuntos de líneas de mutación de labranza de cebada, se encontró un betaCENH3 mutado que no estaba cargado en los centrómeros que tenían un fenotipo normal excepto que era bastante estéril: 56% univalentes y 24% retrasado en la meiosis. volviendo a Arabidopsis, se demostró un mutante CENH3 que genera una línea inducida haploide (con un solo cambio de aminoácido), con la importante consecuencia de que los híbridos que lo usan podrían perder el genoma materno, lo que permitiría a los fitomejoradores reemplazar el citoplasma en una generación.
Paul Fransz avanzó en nuestra comprensión de una gran inversión paracéntrica de hace 10000 años vista en Arabidopsis. Su trabajo de secuenciación y citogenética permitió la detección de los bordes de inversión y, por lo tanto, el mecanismo molecular de la inversión, trabajo con consecuencias (epi)genéticas y filogenéticas. Los notables análisis de asociación de genoma completo (GWAS) mostraron una mayor aptitud bajo estrés por sequía abiótica (el rasgo de longitud y fecundidad de la fruta) se asoció con los genes en la zona de baja recombinación alrededor de la inversión.
Hanna Weiss-Schneeweiss mostró la forma en que los enfoques citogenéticos modernos revelan "Más de lo que parece: trayectorias evolutivas contrastantes en poliploides del complejo Prospero" y pudo resolver las complejas relaciones en estas especies.
Nuestro segundo día comenzó con la exhibición de las maravillosas películas de lapso de tiempo de los botánicos polacos Bajer & Mole-Bajer, realizadas en 1956, que muestran la mitosis en Haemanthus endosperma. Los conocía desde mis días de estudiante universitario, y en la década de 1990 la profesora Rachel Leech de York me dio una versión cinematográfica de 16 mm. Los convertí a una cinta de video VHS, pero felizmente ahora todos podemos acceder a ellos libremente en la web, ya sea que se puedan descargar desde http://www.cellimagelibrary.org/images/11952 o varias publicaciones en YouTube como https://www.youtube.com/watch?v=s1ylUTbXyWU .
Una importante cuestión práctica para el mejoramiento y la selección, derivada de varias charlas del primer día, se relaciona con la pregunta clave de Glyn Jenkins: ¿Podemos modificar los sitios de recombinación para liberar una nueva recombinación, nueva variación genética y fenotipos útiles? De esta manera, estaremos en el buen camino para optimizar el germoplasma de la cebada mediante la manipulación de la recombinación. La gama de anticuerpos meióticos (ASY1, ZYP1 y HvMLH3) permitió el estudio de los procesos de recombinación y proporcionó un mapa de nódulos de recombinación. La reconstrucción de bivalentes individuales con anticuerpos antimeióticos muestra un sesgo distal de los quiasmas.http://jxb.oxfordjournals.org/content/64/8/2139.short). Sorprendentemente, un aumento sustancial pero no extremo (15 C a 25 C) en la temperatura de crecimiento de la cebada alteró la longitud genética, volviéndose mucho más larga (más recombinación) a altas temperaturas en la meiosis masculina, aunque no en el lado femenino. La expansión del mapa fue en regiones pericentroméricas y cambió significativamente las ubicaciones de los focos HvMLH3 pero no los números.
Editor de AoB Martín Lysak con Terezie Mandakova discutieron un trabajo muy extenso sobre la evolución de los cromosomas de Brassicaceae bajo el título 'Más que el repollo: evolución de los cromosomas y el genoma en las crucíferas' (por ejemplo http://www.plantcell.org/content/25/5/1541.shortLa simplicidad de los modelos de evolución de los genomas de crucíferas que Martin presentó contradice la enorme cantidad de datos subyacentes sobre citogenética comparativa, genomas secuenciados, mapas genéticos y filogenética, así como la cantidad de "envolturas" que debieron usarse para esbozar los modelos (aunque no estoy seguro de qué reemplazaba a las "envolturas" en la época de los correos electrónicos). Básicamente, el cariotipo ancestral de las crucíferas (ACK) en los "diploides" (a menudo de origen poliploide o híbrido) y los poliploides se puede dividir en 24 bloques genómicos ancestrales. Una de las situaciones más simples, en Capsella rubéola (Slotte et al. 2013) el ACK permaneció en gran parte conservado, mientras que puede haber diversificación sin reordenamientos a gran escala en Cardamina. Arabis alpina Es más complejo, con siete de los ocho cromosomas ancestrales reorganizados, lo que probablemente implique cinco translocaciones recíprocas, cuatro inversiones pericéntricas, tres reposicionamientos del centrómero, una pérdida de centrómero y un nuevo centrómero. ¡Increíble! Martin nos ofreció una mirada a todos los linajes principales del grupo, desde el extremo de la reducción del número de cromosomas hasta n=5 en Arabidopsis thaliana, hasta el más notables 72 eventos de duplicación del genoma en colza/Brassica napusdesde el origen de las angiospermas! Claramente, una triplicación del genoma completo estimuló la diversidad genómica y taxonómica en Brassica y la tribu Brassiceae y necesitaré seguir sus próximas publicaciones, con muchos colegas pero particularmente con la coautora Terezie Mandakova, para entender las consecuencias de la disploidía descendente del cariotipo ancestral de crucíferas ACK y del cariotipo PCK (cariotipo Proto-Calepineae), con una gama de mecanismos que involucran translocaciones, pérdida de minicromosomas, fusiones de extremo a extremo, inversiones y cambios de centrómero.
Las últimas charlas antes de publicar estas notas vinieron de Kesara Anamthawat-Jonsson, mi primera estudiante de doctorado, quien abordó ¿De dónde proviene el abedul en Islandia? Betula es otro género con muchos híbridos, aunque la historia del abedul en Islandia sólo se extiende durante los 10000 años del holoceno desde que Islandia salió de debajo del hielo. Kesara se basa en ella Annals of Botany http://aob.oxfordjournals.org/content/99/6/1183.short mostrando que el 10% de los abedules islandeses son híbridos 2n=3x=42, pero solo la mitad de estos pueden verse en su morfología. Kesara ahora ha analizado los haplotipos de ADN del cloroplasto en toda Islandia, así como la evidencia de una amplia introgresión entre las especies a través de híbridos 3x que involucran genomas completos de ambos. Betula nana y B. pubescens.
Aún quedan algunas charlas más, y luego me voy a visitar algunos laboratorios. Lamento no poder cubrirlo todo, pero espero que esta parte de esta emocionante reunión les sea útil a algunos. Es evidente que nos encontramos en una era posgenómica, y los enfoques citogenéticos están logrando avances importantes en este nuevo panorama.
