Modelové organismy v genetice

Modelové organismy v genetice

Arabidopsis thaliana – huseníček rolní

  • čeleď: Brassicaceae (Brukvovité)

  • rozšíření: kosmopolitní, od nížin až do hor, zejména na výslunných stráních

  • poprvé popsána Johannesem Thalem v 16. století - celkový vzhled dospělé rostliny

  • k pokusným účelům poprvé využita F. Laibachem začátkem 20. století

  • jako model v genetice od 40. let 20. století

  • její význam jako genetického modelu stále roste

Výhody A. thaliana jako genetického modelu:

  • velmi krátká generační doba

    • lze získat několik generací do roka

    • kvete za 5-8 týdnů od vyklíčení, semena dozrávají do 2-3 měsíců od vyklíčení

    • genotypy rané x pozdní

  • nenáročnost na prostor

    • lze pěstovat velký počet jedinců na malé ploše (až 10 rostlin na cm2)

  • možnost pěstování na umělých médiích

    • identifikace mutantů v biochemických drahách

    • skríning rostlin na úspěšnou transgenozi

  • velký počet potomků

    • z jedné rostliny lze získat až několik tisíc semen

  • schopnost samosprášení i cizosprášení

  • nejmenší genom mezi vyššími rostlinami

    • v roce 2000 ukončen projekt sekvencování genomu Arabidopsis (125 Mbp, 25 498 genů)

  • malý počet chromozomů (n = 5)

  • rozsáhlá kolekce mutantních linií a přírodních ekotypů

  • vysoce účinná transformační metoda přípravy transgenních rostlin a T-DNA mutantů

Kultivační podmínky

  • kultivace v přirozených podmínkách - v přírodě/ve skleníku

  • kultivace v řízených podmínkách - v kultivační místnosti = vegetační období po celý rok

    • umělé osvětlení - krátký den/dlouhý den/nepřetržitý osvit

  • teplota 22 – 24C

Mutace

  • 1945 E. Reinholz – 1. kolekce indukovaných mutantů

  • prvním použitým mutagenem u A. thaliana byly paprsky X

  • klasická mutageneze

    • fyzikální mutageny (paprsky X,  aj.)

    • chemické mutageny (MMS, EMS)

    • nemutagenní látky u A. thaliana - např. etanol, některé herbicidy (azid sodný, maleinhydrazid)

  • inzerční mutageneze - pomocí metod genového inženýrství

    • „mutagenem je DNA“

Pozorování vybraných mutantních linií

  • Col (Columbia) – standardní rostlina

  • Změny zbarvení

    • chm3 (chlorominuta) – dělohy a listy světle zelené, starší listy tmavší

    • lc (lucida) – dělohy a listy žlutozelené

    • ch1 (chlorina) - dělohy a listy světle žlutozelené

  • Změny tvaru listů a v době kvetení

    • pm (pumilio) – úzké listy s jedním zubem na okraji, pozdní kvetení

    • iv (involuta) – listy drobné, složené podél hlavního žebra, velmi rané kvetení

  • Změna celkového vzhledu rostliny

    • cn (convoluta) - dělohy, řapíky a stonky stočené kolem své osy proti směru hodinových ručiček, listy v růžici taktéž stočené

    • cp2 (compacta) – polozakrslé rostliny

  • Pozměněná stavba trichomů

    • gl2 (glabra) – rudimentované a chybějící trichomy

    • sti (stichel) – nevětvené (jednočetné) trichomy

Drosophila melanogaster – octomilka obecná

  • pochází z Indo-malajské oblasti, nyní po celém světě

  • poprvé použita ke genetickým studiím v roce 1909 v laboratoři T.H.Morgana na Universitě v Kolumbii v USA

  • 1910 popsán první mutant s bílýma očima = mutace white, gen lokalizován na chromozom X

Výhody D. melanogaster jako genetického modelu

  • jednoduché podmínky kultivace

    • v kultivačních nádobkách na živném médiu

    • v termostatu při teplotě 25 C (t >31 C = sterilní samečci, t <15 C = redukce plodnosti samiček)

    • Živné médium:

      • kukuřičný šrot, kvasnice, cukr, agar, desinfekční roztok

      • po rozvaření se nalévá do vysterilizovaných nádob

      • následující den je možné po vložení filtračního papíru umístit mouchy

  • krátká generační doba

    • délka asi 10 dnů

    • potomstvo ke zhodnocení asi po 14 dnech od založení pokusu

    • lze získat 25 generací za rok

  • velký počet potomků

    • závisí na podmínkách a genotypu

    • samička naklade v průměru 200 – 300 vajíček

  • malý genom

    • 180 Mb, ~13 601 genů (r. 2000)

  • malý počet chromozomů

    • n = 4

    • 1.pár = gonozomy, 2.-4. pár = autozomy

  • snadná manipulace

  • rozsáhlá kolekce mutantů

    • w - white – bíle zbarvené oči

    • y - yellow – žlutě zbarvené tělo

    • e - ebony – černě zbarvené tělo

    • vg - vestigial – zakrnělá křídla

    • Curly, Lobe – ohnutá křídla, zmenšené oko

Pohlaví u D. melanogaster

  • chromozomové určení pohlaví typ Drosophila (většina živočichů včetně člověka)

    • sameček = heterogametický XY

  • samička = homogametická XX

  • dědičnosti znaků vázaných na pohlaví

  • celkový vzhled rozdílný

  • sex comb

  • tvar zadečku

  • vzorování

  • kladélko