Výzkum satelitní DNA hrachoru setého pomocí čtení ultradlouhých sekvencí

Satelitní DNA (satDNA) představuje vysoce repetitivní sekvence, tedy sekvence v genomu, v nichž se mnohokrát opakují prakticky identické úseky, takzvané monomery. Vyskytují se zcela běžně, jak v genomech živočichů, tak i rostlin. Mohou tvořit podstatnou část genomu, i více než jednu třetinu kompletní sekvence DNA v jádru buňky. Opakující se úseky této satelitní DNA, monomery, jsou typicky dlouhé stovky nukleotidů. Mohou být ale i velmi krátké, méně než 10 nukleotidů, nebo naopak velmi dlouhé, přes 5 tisíc nukleotidů. Od ostatních repetitivních sekvencí v genomu se satelitní DNA liší tím, že obvykle vytváří velice dlouhé homogenní bloky, které mohou obsahovat dohromady až miliony nukleotidů. Takové bloky satelitní DNA často mívají v genomu strukturní nebo epigenetickou funkci, tj. ovlivňují fungování různých genů. 

Výzkum satelitní DNA je velmi komplikovaný, protože standardními postupy pro čtení a následné skládání DNA je obtížné zpracovat sekvence, v nichž se mnohokrát opakují stejné úseky. Tihana Vondrak z Přírodovědecké fakulty Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích a z Biologického centra AV ČR a její kolegové použili ke studiu satelitní DNA alternativní přístup, během něhož četli velmi dlouhé části sekvencí najednou, pomocí technologie nanopórového čtení DNA (Oxford Nanopore). Sekvence přečtené najednou totiž není nutné následné skládat dohromady. Jako modelový druh k tomu využili rostlinu hrachor setý (Lathyrus sativus) z čeledi vikvovitých, jejíž genom je velmi bohatý na satelitní DNA. 

Během výzkumu analyzovali celkem 11 různých významných sekvencí satelitní DNA hrachoru setého, které získali pomocí nanopórového čtení DNA. Tímto způsobem přečetli jednolité sekvence o délce od 30 tisíc až přes 200 tisíc nukleotidů, které dohromady zahrnovali 0,73 procenta genomu hrachoru setého. Mezi zmíněnými sekvencemi satelitní DNA přitom badatelé objevili významné rozdíly. Dvě tyto sekvence byly uspořádány v dlouhých blocích, typických pro satelitní DNA. Devět zbývajících sekvencí satelitní DNA bylo umístěno v krátkých blocích uvnitř mobilních elementů v DNA, takzvaných LTR (Long Terminal Repeats) retrotranspozonů, a v některých případech tvořily i delší bloky na jiných místech genomu, především v oblasti primárních konstrikcí chromozomů, takzvaných centromer.

  

Vondrak, T., Robledillo, L. A., Novák, A., Koblížková, A., Neumann, P., Macas, J. 2020. Characterization of repeat arrays in ultra-long nanopore reads reveals frequent origin of satellite DNA from retrotransposon-derived tandem repeats. The Plant Journal 101: 484–500. 

Kontakt: MSc. Tihana Vondrak (vondrak at umbr.cas.cz)


O přírodovědě.cz

Edukačně-popularizační portál Přírodovědecké fakulty Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích určený pro středoškoláky, jejich vyučující, ale i veřejnost. Představujeme zde naše aktivity, výzkumy a objevy.