ΓΟΝΙΔΙΩΜΑΤΙΚΗ ΦΥΤΩΝ.

Παρουσίαση με θέμα: "ΓΟΝΙΔΙΩΜΑΤΙΚΗ ΦΥΤΩΝ."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 ΓΟΝΙΔΙΩΜΑΤΙΚΗ ΦΥΤΩΝ

2 ΔΟΜΗ ΤΟΥ ΦΥΤΙΚΟΥ ΓΟΝΙΔΙΩΜΑΤΟΣ
Η πληροφορία για όλα τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα όλων των οργανισμών βρίσκεται αποθηκευμένη στο DNA τους: ΤΟ ΓΟΝΙΔΙΩΜΑ Όλη αυτή η πληροφορία, που κωδικοποιείται από χιλιάδες γονίδια, χρειάζεται κάποιου είδους ΟΡΓΑΝΩΣΗ Το πρώτο επίπεδο οργάνωσης είναι το ΧΡΩΜΟΣΩΜΑ ΠΟΛΛΑ ΓΟΝΙΔΙΑ – ΛΙΓΑ ΧΡΩΜΟΣΩΜΑΤΑ ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΓΟΝΙΔΙΩΝ πάνω στα χρωμοσώματα Ξεκινώντας με προσεγγίσεις κλασικής γενετικής … η ικανότητά μας να χαρακτηρίσουμε το χρωμόσωμα και τα γονίδια με όλο και μεγαλύτερη ανάλυση έχει αναπτυχθεί πάρα πολύ από τον καιρό του Mendel

3 ΤΟ ΜΕΓΕΘΟΣ ΤΟΥ ΦΥΤΙΚΟΥ ΓΟΝΙΔΙΩΜΑΤΟΣ
Υπάρχει διακύμανση στα μεγέθη των γονιδιωμάτων των φυτών, όχι μόνο στα διαφορετικά γένη αλλά και στα είδη ενός γένους Το γονιδίωμα του A. thaliana -125 Mb -είναι πράγματι από τα μικρότερα Το γονιδίωμα του ρυζιού έχει τετραπλάσιο μέγεθος από εκείνο του A. thaliana Το γονιδίωμα του καλαμποκιού (Zea mays) είναι 100 φορές μεγαλύτερο από εκείνο του A. thaliana Genlisea aurea, at 63 Mb / Paris japonica, at 148,000 Mb

4 a five-chromosome, c. 120 Mbp haploid genome
plant (Meinke et al., 1998). was the first plant genome to be sequenced (Initiative, 2000), even predating the completed human genome.

5 Genlisea hispidula with 63 Mbp
[about 50X smaller the size of the human genome].

6 Genlisea hispidula with 1510 Mbp [about one-half the size of the human genome].

7 108-1011bp (Χ100 του γενώματος του Ανθρώπου)
ΣΥΣΧΕΤΙΣΗ ΜΕΤΑΞΥ ΤΟΥ ΜΕΓΕΘΟΥΣ ΤΟΥ ΓΟΝΙΔΙΩΜΑΤΟΣ ΚΑΙ ΤΗΣ ΠΟΛΥΠΛΟΚΟΤΗΤΑΣ ΕΝΟΣ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΥ Οργανισμός Μέγεθος γενώματος Ιοί bp Βακτήρια ~106bp Arabidopsis thaliana 125Χ106bp Άνθρωπος 2.8 Χ 109bp Άλγη bp (Χ100 του γενώματος του Ανθρώπου) Καλαμπόκι 5,5 Χ109bp Κρεμμύδι 16,5 Χ109bp Mέσος όρος για τα γονιδιώματα στα αγγειόσπερμα είναι > 6000 Mbp ανά απλότυπο (δηλαδή 2Χ το ανθρωπινο γονιδίωμα Είναι αξιοσημείωτο ότι το φυτό Vicia faba χρειάζεται 100 φορές περισσότερο DNA από το συγγενικό του είδος Lotus tenuis και 4 φορές περισσότερο από τον άνθρωπο

8 done done (almost) Wheat, is c. 15 Gbp per haploid genome
 Norway spruce at 19,600 Mb - done (almost) Wheat, is c. 15 Gbp per haploid genome pine has at least a 26 Gbp genome

9

10

11 Wheat is probably the most important crop in the world, yet it has one of the most challenging genomes. Bread wheat is a hexaploid, with three complete genomes termed A, B and D in the nucleus of each cell, each of which is 80% repetitive. Each of these genomes is almost twice of the human genome and consists of around 5,500 million letters A chromosome-based draft sequence of the hexaploid bread wheat (Triticum aestivum) genome The International Wheat Genome Sequencing Consortium (IWGSC) Science  18 Jul 2014: DOI: /science

12 Phytozome is the Plant Comparative Genomics portal of the Department of Energy's Joint Genome Institute. Families of related genes representing the modern descendants of ancestral genes are constructed at key phylogenetic nodes. These families allow easy access to clade-specific orthology/paralogy relationships as well as insights into clade-specific novelties and expansions. As of release v10.3.1, Phytozome provides access to sixty-one sequenced and annotated green plant genomes, forty-seven of which have been clustered into gene families at 12 evolutionarily significant nodes.

13

14 Διαγραμμα αλληλουχισης whole genome shot gun (WGS)

15 NGS εφαρμογές στη βελτίωση φυτών

16

17 Αυτό σημαίνει ότι περιέχει 100 φορές περισσότερα γονίδια;
Μέχρι στιγμής αναφέρεται ένας παρόμοιος αριθμός γονιδίων με μέσο όρο γονίδια ακόμη και σε πολύ μικρά γονιδιώματα π.χ. Utricularia gibba (77 Kb) έχει γονίδια (3% non-coding vs 98.5% in human genome)

18 ΤΙΜΗ C το χαρακτηριστικό μέγεθος του πυρηνικού του DNA εκφράζεται ως η ποσότητα εκείνη που περιέχεται στον πυρήνα ενός γαμέτη (1C) Ορισμός μεγέθους πυρηνικού DNA: Α) μάζα του DNA (σε pg) για κάθε 1C Β) αριθμός των ζευγών βάσεων (σε Mb) για κάθε 1C (1pg ~ 980Mb) Το γεγονός ότι η διακύμανση στην «ποσότητα» του DNA δεν σχετίζεται με τη διακύμανση στο βασικό αριθμό των γονιδίων που απαιτούνται για την αύξηση και την ανάπτυξη, έχει γίνει γνωστό ως «παράδοξο της τιμής C»

19 ΠΑΡΑΔΟΞΕΣ ΔΙΑΠΙΣΤΩΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΑΡΙΘΜΟ ΤΩΝ ΦΥΤΙΚΩΝ ΓΟΝΙΔΙΩΝ ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΟ ΜΕΓΕΘΟΣ ΤΟΥ ΦΥΤΙΚΟΥ ΓΟΝΙΔΙΩΜΑΤΟΣ Στο γονιδίωμα του Arabidopsis thaliana εμπεριέχονται 7Χ107bp  ο αριθμός των προβλεπόμενων γονιδίων είναι γονίδια  o πραγματικός αριθμός είναι ~27000  Διαφορικό μάτισμα (αλληλοεπικάλυψη γονιδίων)  ψευδογονίδια ή τρανσποζόνια  μη κωδικοποιητικά RNA (ncRNA)

20 ΕΡΩΤΗΜΑΤΑ ΠΟΥ ΠΡΟΚΥΠΤΟΥΝ ΑΠΟ ΤΗΝ ΠΑΡΑΔΟΞΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΑΡΙΘΜΟΥ ΤΩΝ ΓΟΝΙΔΙΩΝ
Ερώτημα 1ο Γιατί υπάρχει μεγάλη αναντιστοιχία μεταξύ του μεγέθους του φυτικού γονιδιώματος και του αριθμού των «συμβατικών» γονιδίων; (Ένα σημαντικό μέρος του συνόλου του φυτικού γονιδιώματος δεν κωδικοποιεί για γονίδια) Ερώτημα 2ο Γιατί το καλαμπόκι περιέχει το διπλάσιο αριθμό «συμβατικών» (λειτουργικών) γονιδίων σε σχέση με το Arabidopsis thaliana; (Τα φυτά διαφέρουν σημαντικά σε σχέση με τον αριθμό των γονιδίων που περιέχουν στα γονιδιώματα τους, κυρίως γιατί υπάρχει διαφορετικός βαθμός αφθονίας σε πολλά σημαντικά βιοσυνθετικά μονοπάτια-ΠΟΛΥΟΙΚΟΓΕΝΕΙΕΣ)

21 ΤΑ ΑΙΤΙΑ ΤΗΣ ΕΜΦΑΝΙΣΗΣ ΤΟΥ ΠΑΡΑΔΟΞΟΥ ΤΗΣ ΤΙΜΗΣ C ΣΤΑ ΦΥΤΑ A
ΤΑ ΑΙΤΙΑ ΤΗΣ ΕΜΦΑΝΙΣΗΣ ΤΟΥ ΠΑΡΑΔΟΞΟΥ ΤΗΣ ΤΙΜΗΣ C ΣΤΑ ΦΥΤΑ A. Πολυπλοειδία Β. Επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες DNA Από την ανάλυση των πλήρως προσδιορισμένων γονιδιωμάτων του Arabidopsis και του ρυζιού, έχει γίνει φανερό ότι το επιπλέον DNA στο ρύζι δεν αντιπροσωπεύει γονίδια. ΑΠΟΤΕΛΕΙΤΑΙ ΑΠΟ ΕΠΑΝΑΛΑΜΒΑΝΟΜΕΝΕΣ ΑΛΛΗΛΟΥΧΙΕΣ Το επαναλαμβανόμενο DNA αποτελείται από ομάδες ή οικογένειες παρόμοιων αλλά όχι απαραίτητα πανομοιότυπων επαναλαμβανόμενων αλληλουχιών

22

23

24

25

26

27 Αυτο και Αλλοπολυπλοειδή φυτά
ΑΥΤΟΠΟΛΥΠΛΟΕΙΔΙΑ πατάτα (Solanum tuberosum) 12 48 καφές (Coffea arabica) 11 22, 44, 66, 88 μπανάνα (Musa sapientum) 22, 33 μηδική (Medicago sativa) 8 32 Αραχίδα (Arachis hypogaea) 10 40 γλυκοπατάτα (Ipomoea batata) 15 90 ΑΛΛΟΠΟΛΥΠΛΟΕΙΔΙΑ καπνός (Nicotiana tabacum) βαμβάκι (Gossypium hirsutum) 13 52 σιτάρι (Triticum aestivum) 7 42 βρώμη (Avena sativa) ζαχαροκάλαμο (Saccharum officinarum) 80 δαμασκηνιά (Prunus domesticus) 16, 24, 32, 48 φράουλα (Fragaria grandiflora) 56 μηλιά (Malus sylvestris) 17 34, 51 αχλαδιά (Pyrus communis)

28 ΕΠΑΝΑΛΑΜΒΑΝΟΜΕΝΕΣ ΑΛΛΗΛΟΥΧΙΕΣ DNA
Διεσπαρμένες επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες (Dispersed Repetitive Sequences) που εντοπίζονται σε όλο το γονιδίωμα. Μεταθετά - ρετρομεταθετά στοιχεία Σειριακές συστοιχίες αλληλουχιών (Tandemly Repeated Sequences) που εντοπίζονται σε απόσταση μερικών βάσεων η μία από την άλλη, πολλές φορές διαχωρίζονται με μικρούς συνδέσμους. Το μη-κωδικό εν σειρά επαναλαμβανόμενο DNA αναφέρεται και ως Δορυφορικό DNA Κεντρομερή-τελομερή

29 ΜΕΓΑΛΕΣ ΠΟΛΥ-ΓΟΝΙΔΙΑΚΕΣ ΟΙΚΟΓΕΝΕΙΕΣ
Το επαναλαμβανόμενο DNA δεν αποτελείται μόνο από μη-κωδικές αλληλουχίες Κάποιες οικογένειες γονιδίων αποτελούνται από γονίδια που επαναλαμβάνονται πολλές φορές σε ομάδες γονιδίων (gene clusters) ή σε εν σειρά επαναλήψεις Κωδικοποιούν για προϊόντα γονιδίων που απαιτούνται σε μεγάλες ποσότητες (π.χ. αποθηκευτικές πρωτεΐνες σπόρων, Rubisco) Τα ριβοσωμικά γονίδια επαναλαμβάνονται χιλιάδες φορές στην περιοχή του οργανωτή πυρηνίσκου (Nucleolar Organizer Region, NOR) Ιστόνες: Τα πέντε γονίδια των ιστονών οργανώνονται σε ομάδα (cluster) και ολόκληρη η ομάδα επαναλαμβάνεται φορές

30 ΕΠΑΝΑΛΑΜΒΑΝΟΜΕΝΕΣ ΑΛΛΗΛΟΥΧΙΕΣ DNA
Το χρόνο της αντίδρασης Cot= η συγκέντρωση του DNA (moles νουκλεοτιδίων/λίτρο) x χρόνο (sec) Υψηλή τιμή Cot σημαίνει μεγάλη συγκέντρωση «μοναδικών» τμημάτων DNA Τα γονίδια βρίσκονται κυρίως στο κλάσμα χαμηλών αντιγράφων Η μεθοδολογία έχει εφαρμοστεί επιτυχώς στο καλαμπόκι και στο σόργο

31 ΜΕΤΑΘΕΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Είναι αλληλουχίες οι οποίες μπορούν να μετακινηθούν και να αλλάζουν θέση στο γονιδίωμα Συνήθως υπάρχουν σε αρκετά αντίγραφα (ως και αρκετές εκατοντάδες) που βρίσκονται κατανεμημένα σε όλο το γονιδίωμα Στη μετάθεσή τους συμμετέχει ένα εξειδικευμένο ένζυμο, η μεταθετάση ή τρανσποζάση, η οποία σε πολλές περιπτώσεις κωδικοποιείται από το ίδιο το μεταθετό στοιχείο Τα μεταθετά στοιχεία τα οποία μπορούν να κωδικοποιούν για τη μεταθετάση μπορούν να ξεκινούν μόνα τη διαδικασία μετάθεσής τους και ονομάζονται αυτόνομα Μεγάλο μέρος του επαναλαμβανόμενου DNA που συναντάται στο φυτικό γονιδίωμα αποτελείται από ενεργά ή μη-ενεργά μεταθετά στοιχεία

32 ΜΕΤΑΘΕΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ (Η ΔΟΜΗ ΤΟΥΣ)
Τα μεταθετά στοιχεία φέρουν στα άκρα τους δύο πανομοιότυπες αλλά ανεστραμμένες επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες περίπου 10-15bp, οι οποίες μπορούν να αναγνωρίζονται από τη μεταθετάση 5' GGCCAGTCACAATGG CCATTGTGACTGGCC 3' 3' CCGGTCAGTGTTACC GGTAACACTGACCGG 5'

33 ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ «CUT AND PASTE»
ΜΕΤΑΘΕΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ «CUT AND PASTE»

34 ΡΕΤΡΟΜΕΤΑΘΕΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ
Σχεδόν πάντα είναι ιικής προέλευσης Η μετάθεσή τους γίνεται μέσω της παρεμβολής ενός RNA μορίου Μία από τις πρωτεΐνες που κωδικοποιούν είναι η ανάστροφη μεταγραφάση Δύο βασικές οικογένειες ρετρο-μεταθετών στοιχείων: φέρουν μεγάλες επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες (Long Terminal Repeats) στα άκρα τους Στο 3’ άκρο τους φέρουν μια πολυαδενυλιωμένη αλληλουχία

35 ΡΕΤΡΟΜΕΤΑΘΕΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ (ΒΑΣΙΚΟΣ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ ΜΕΤΑΘΕΣΗΣ)

36 ΜΕΤΑΘΕΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ (ΣΤO ΚΑΛΑΜΠΟΚΙ)
Τα μεταθετά στοιχεία υπάρχουν σε όλους τους οργανισμούς, ωστόσο, ανακαλύφθηκαν αρχικά στο καλαμπόκι από τη Β. McClintock, η οποία τιμήθηκε με το Nobel το 1983 Οι πιο μελετημένες οικογένειες είναι η Ac-Ds (Activator-Dissociation) και η Spm (Suppressor-Mutator) Ac (Activator): Είναι αυτόνομο, καθώς κωδικοποιεί για όλα τα προϊόντα που χρειάζονται για τη μεταφορά του. Ds (Dissociation): Οικογένεια συγγενών στοιχείων που αναγνωρίζονται από την μεταθετάση του στοιχείου Ac Ρετρομεταθετό στοιχείο: Mu: μετακινείται τόσο συχνά ώστε ένα γονιδίωμα που το περιέχει παράγει 50-φορές περισσότερους μεταλλαγμένους απογόνους από ότι εάν δεν το είχε! Έχει χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία μεταλλάξεων στο καλαμπόκι

37 ΡΟΛΟΣ ΜΕΤΑΘΕΤΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ
Κάποια δεδομένα δείχνουν ότι τα μεταθετά στοιχεία επηρεάζονται από αναπτυξιακά και περιβαλλοντικά σήματα και ότι ίσως παίζουν κάποιο ρόλο στην έκφραση των γονιδίων Ίσως ενισχύουν την ποικιλομορφία και την προσαρμοστικότητα των φυτών. Γονιδιώματα με ενεργά μεταθετά στοιχεία μπορεί να ανταποκρίνονται καλύτερα στην εξελικτική πίεση οπότε να έχουν πλεονέκτημα προσαρμογής

38 Αυτή η συνευθυγράμμιση των γονιδιακών τόπων ονομάζεται ΣΥΝΤΑΙΝΙΚΟΤΗΤΑ
Προγράμματα χαρτογράφησης γονιδιωμάτων αποκάλυψαν την ύπαρξη μεγάλων τμημάτων χρωμοσωμάτων που είναι συντηρημένα ανάμεσα σε συγγενικά είδη. π.χ. το καλαμπόκι και το σόργο περιλαμβάνουν πολλά όμοια γονίδια και ομάδες σύνδεσης τοποθετημένες στον ίδιο γονιδιακό τόπο Αυτή η συνευθυγράμμιση των γονιδιακών τόπων ονομάζεται ΣΥΝΤΑΙΝΙΚΟΤΗΤΑ και περιγράφει τη σχετική φυσική διάταξη γονιδιακών τόπων στο ίδιο χρωμόσωμα σε ένα άτομο ή είδος Η συνταινικότητα αποτελεί ένα μέτρο των χρωμοσωμικών αναδιατάξεων ανάμεσα σε δύο είδη από τη στιγμή της εξελικτικής τους απόκλισης από τον κοινό τους πρόγονο Μεγάλα τμήματα χρωμοσωμάτων έχουν την ίδια διάταξη γονιδίων αλλά οι αποστάσεις μεταξύ των γονιδίων δεν είναι αναλογικές

39

40 Πώς αναμένεται να επιτευχθεί αύξηση της φυτικής παραγωγής / βιομάζας;
Με την ανάπτυξη/δημιουργία φυτών που είναι ανθεκτικά στην ξηρασία ή σε άλλες καταπονήσεις απαιτούν λιγότερες εισροές και νερό είναι ανθεκτικά σε παθογόνα / εχθρούς είναι πιο θρεπτικά

41 Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας
Πρώτες καλλιέργειες Τεχνητή Επιλογή από το ~9.000 π.Χ. Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας

42 Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας
Τεχνητή επιλογή στην οικογένεια Brassicaceae Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας

43 Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας
…στην ντομάτα …στην πιπεριά Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας

44 Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας
Οι έρευνες του Mendel αποτελούν την επαρχή της επιστήμης της γενετικής και της βελτίωσης των φυτών ΠΡΑΣΙΝΗ ΕΠΑΝΑΣΤΑΣΗ ( ) Norman Borlaug , Nobel Laureate 1970 Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας

45 Yπάρχουν πολλές τεχνικές κλασικής βελτίωσης
πχ: Mass selection Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας

46 Περιορισμοί της τεχνητής επιλογής
Περιορίζεται στα γενετικά χαρακτηριστικά που υπάρχουν ήδη στα καλλιεργούμενα είδη Μείωση της ευρωστίας των ομόζυγων και inbreeding Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας

47 Bελτίωση φυτών Στρατηγικές τροποποίησης γονιδιωμάτων Κλασική Βελτίωση
Επιλογή επιθυμητών χαρακτηριστικών (πληθυσμιακή γενετική) Εισαγωγή νέων γονιδιακών χαρακτήρων Τεχνολογίες υβριδισμού Διασταυρούμενη επικονίαση Ιστοκαλλιέργεια (σύντηξη πρωτοπλαστών) Μοριακή Βελτίωση Τεχνολογίες μεταφοράς DNA

48 Εισαγωγή νέων χαρακτήρων: Υβριδισμός
Κατευθυνόμενες διασταυρώσεις (σταυροεπικονίαση) Καλλιεργούμενη ποικιλία με ένα γονέα Συγγενικές ποικιλίες ή είδη με επιθυμητά χαρακτηριστικά Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας

49 Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας

50 Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας
Διασταυρώσεις με τον ένα γονέα για τη μεταφορά του επιθυμητού χαρακτήρα Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας

51 Περιορισμοί του υβριδισμού
Περιορίζεται σε φυτά που μπορούν αν υβριδιστούν στη φύση Διασταυρώσεις σε στενά συγγενικά είδη Διασταυρώσεις σε απομακρυσμένα γενετικώς είδη Μικρή παραγωγή σπερμάτων Τα υβρίδια είναι συχνά στείρα Μεταφορά και μη επιθυμητών χαρακτήρων (λόγω σύνδεσης) Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας

52 Εισαγωγή νέων χαρακτήρων: Υπέρβαση των αναπαραγωγικών φραγμών
Καλλιέργειες φυτικών κυττάρων Διάσωση εμβρύου Σύντηξη πρωτοπλαστών Μικροπολλαπλασιασμός Σωματικά έμβρυα, Sitka spruce Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας

53 Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας
Σύντηξη πρωτοπλαστών Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας

54 Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας

55 Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας

56 Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας
«Wide crosses» ανάμεσα σε είδη εντελώς απομακρυσμένα γενετικά: μέσω σύντηξης πρωτοπλαστών και αναγέννηση ιστών Brassica juncea (Pbt) x Thlaspi caerulescens (Znt & Nit) Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας

57 Επιλογή επιθυμητών γενετικών χαρακτήρων
Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας

58 Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας
Mοριακή Γενετική – Μοριακοί Δείκτες (marker-assisted selection) χρησιμοποιεί τους μοριακούς δείκτες: συνηθέστερα είναι ένα τμήμα DΝΑ ή και μια χημική «ετικέτα» (tag) που συσχετίζεται με ένα επιθυμητό χαρακτήρα επιλογή χαρακτηριστικών-στόχων με μικρή κληρονομησιμότητα ή υπολλειπόμενα γονίδια σύγχρονη μεταφορά πολλών γονιδίων που είναι υπεύθυνα για το ίδιο ή παρόμοια χαρακτηριστικά σε μία («πυραμίδα γονιδίων»- gene pyramiding). Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας

59 Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας
Ανάπτυξη ποικιλιών ρυζιού κατά την Πράσινη επανάσταση Αρχικές ποικιλίες- πατρικά φυτά woo-gen (δεξιά) dee-geo-woo-gen, το οποίο είχε την  sd1 μετάλλαξη Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας

60 Σύγχρονα συστήματα μοριακής βελτίωσης
Γονιδιωματική Eπιλογή (Genomic / Genome-wide Selection GWS) αναλύονται τα φαινοτυπικά χαρακτηριστικά και οι μοριακοί δείκτες σε ολόκληρο το γονιδίωμα μεμονωμένων φυτικών σειρών και κατόπιν γίνεται πρόβλεψη για τους απογόνους ενός πληθυσμού βελτίωσης Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας Carbera-Bosquet et al, 2012

61 Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας
Δημιουργία ποικιλιών ρυζιού ανθεκτικών σε κατάκλιση Julia Bailey-Serres et al, 2010, Rice Submergence Tolerant Rice: SUB1’s Journey from Landrace to Modern Cultivar Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας

62 Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας

63 Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας
Aνάστροφη βελτίωση Α) Δημιουργία ενός ετεροζυγώτη όπου η ικανότητα μειωτικών ανασυνδυασμών έιναι κατασταλμένη (β) Γενοτυπος δι-απλοειδών με παρουσία μη ανασυνδυασμένων χρωμοσωμάτων (Γ) Γενότυπος 21 διαφορετικών γενοτύπων με πλήρη απουσία ανασυνδυασμών Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας Winjker et al, 2012 ,Nature Genetics

64 High-throughput Phenotyping (Phenomics)
αυτοματοποιημένες τεχνολογίες καταγραφής των φαινοτύπων σε μεγάλη κλίμακα Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας

65 Διερεύνηση της γενετικής βάσης των φαινοτύπων σε φυσικούς πληθυσμούς
Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας Butelli et al, 2012 The Plant Cell, Retrotransposons Control Fruit-Specific, Cold-Dependent Accumulation of Anthocyanins in Blood Oranges

66 Εισαγωγή νέων χαρακτήρων: Υπέρβαση των αναπαραγωγικών φραγμών
Τεχνολογία Ανασυνδυασμένου DNA και γενετική μηχανική Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας

67 Conventional Breeding Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας
Wild Relative Crop Plant Genetic Engineering Wild Relative Crop Plant Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας

68 ΥΠΟΚΥΤΤΑΡΙΚΑ ΟΡΓΑΝΙΔΙΑ
Υποκυτταρικά οργανίδια υπάρχουν κατά κανόνα σε όλους τους ευκαρυωτικούς οργανισμούς (π.χ. μιτοχόνδρια). Ωστόσο, πλαστίδια υπάρχουν μόνο στα φυτά και τα άλγη Τα μιτοχόνδρια και τα πλαστίδια κατέχουν δικό τους γενετικό σύστημα και μηχανισμό πρωτεϊνοσύνθεσης Το γένωμά τους περιέχει μικρό αριθμό γονιδίων που κωδικοποιούν για πρωτεΐνες που λειτουργούν στα οργανίδια αυτά αλλά και στοιχεία για τη διατήρηση του γενετικού τους συστήματος Η έκφραση του γονιδιώματος των οργανιδίων είναι συνήθως υπό τον αυστηρό έλεγχο του πυρηνικού γονιδιώματος Η αντιγραφή του DNA στα οργανίδια συνήθως είναι ανεξάρτητη της αντιγραφής στον πυρήνα Αλληλουχίες μιτοχονδριακού και χλωροπλαστικού DNA έχουν βρεθεί στο γονιδίωμα του πυρήνα! ΜΕΤΑΦΟΡΑ DNA ΜΕΤΑΞΥ ΟΡΓΑΝΙΔΙΩΝ ΚΑΙ ΠΥΡΗΝΑ

69 Η ΠΡΟΕΛΕΥΣΗ ΤΩΝ ΠΛΑΣΤΙΔΙΩΝ ΤΩΝ ΦΥΤΩΝ (ΘΕΩΡΙΑ ΤΗΣ ΕΝΔΟΣΥΜΒΙΩΣΗΣ)
Οι χλωροπλάστες και τα μιτοχόνδρια υπήρξαν κάποτε ανεξάρτητοι οργανισμοί, ωστόσο, πριν από περίπου 1,5Χ109 χρόνια ανέπτυξαν συμβιωτική σχέση με ευκαρυωτικούς οργανισμούς. Τα μιτοχόνδρια με αυτό τον τρόπο ίσως να προέρχονται από αερόβια βακτήρια ενώ οι χλωροπλάστες από φωτοσυνθετικά

70

71

72

73 Στοιχεία που συνηγορούν στη θεωρία της ενδοσυμβίωσης
Τα μιτοχόνδρια και οι χλωροπλάστες είναι παρόμοια σε δομή και μέγεθος με τα βακτήρια Και τα δύο οργανίδια φέρουν διπλή μεμβράνη (φάκελο) (πιθανά η εξωτερική να είναι ευκαρυωτικής προέλευσης, ενώ η εσωτερική προκαρυωτικής) Η οργάνωση του γονιδιώματός τους είναι παρόμοια με εκείνη των βακτηρίων Οι χλωροπλάστες εκτελούν τη φωτοσύνθεση με τον ίδιο τρόπο που παρατηρείται και στα κυανοβακτήρια Ο «εξοπλισμός» των οργανιδίων για την μεταγραφή και τη μετάφραση είναι προκαρυωτικής φύσης Κάποιες αλληλουχίες DNA των οργανιδίων αυτών δείχνουν παρόμοιες με τα οπερόνια των προκαρυωτών

74 Γονιδίωμα πλαστιδίων: ένα κυκλικό χρωμόσωμα δίκλωνου DNA
ΔΟΜΗ ΤΟΥ ΓΟΝΙΔΙΩΜΑΤΟΣ ΤΩΝ ΠΛΑΣΤΙΔΙΩΝ 1. Δύο περιοχές, όπου τα γονίδια εμφανίζονται μία φορά στο γονιδίωμα LSC (large single copy) SSC (small single copy) 2. Δύο αντίγραφα από αντεστραμμένες επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες (IR) Γονιδίωμα πλαστιδίων: ένα κυκλικό χρωμόσωμα δίκλωνου DNA LSC Όλα τα πλαστίδια σε ένα φυτό έχουν πανομοιότυπο γενετικό υλικό Η ποικιλομορφία που παρουσιάζεται στα γονιδιώματα των πλαστιδίων οφείλεται σε αλλαγές στο μήκος των IR περιοχών SSC IR IR

75 ΤΟ ΓΟΝΙΔΙΩΜΑ ΤΩΝ ΠΛΑΣΤΙΔΙΩΝ
Κb Περιέχει όλα τα γονίδια που κωδικοποιούν για τα rRNAs και τα tRNAs 100 περίπου μοναδικά γονίδια, όπου τα περισσότερα κωδικοποιούν για πρωτεϊνες που χρειάζονται στη φωτοσυνθετική λειτουργία Λίγα μόνο ORFs έχουν άγνωστη λειτουργία Τα μη-φωτοσυνθετικά πλαστίδια έχουν μικρό γονιδίωμα και έχουν χάσει τα γονίδια που απαιτούνται στη φωτοσύνθεση Τα περισσότερα γονίδια που απαιτούνται για τη φωτοσύνθεση βρίσκονται στο γονιδίωμα του πυρήνα

76 ΤΟ ΓΟΝΙΔΙΩΜΑ ΤΟΥ ΜΙΤΟΧΟΝΔΡΙΟΥ ΤΩΝ ΦΥΤΩΝ
Σε αντίθεση με άλλα βασίλεια, όπου το μέγεθος του μιτοχονδριακού γονιδιώματος έχει μικρές διακυμάνσεις (15-50 Kb σε ζώα και μύκητες), στα φυτά αυτό διαφέρει αρκετά ακόμη σε μέλη της ίδιας οικογένειας (180 Kb Kb) Αυτή η διακύμανση οφείλεται σε μια ασυνήθιστη συσσώρευση μη-κωδικών αλληλουχιών στις περιοχές μεταξύ των γονιδίων Συχνά, στα μιτοχόνδρια ενός φυτού, εμπεριέχονται μιτοχονδριακά DNA διαφορετικών μεγεθών. Στο καλαμπόκι υπάρχει ένα μεγάλου μεγέθους κυκλικό DNA 570Kb και αρκετά μικρότερα μόρια. Τα μικρά μόρια προέρχονται από το μεγάλο μέσω ομόλογου ανασυνδυασμού. Τα προϊόντα που κωδικοποιούνται από γονίδια του μιτοχονδρίου συμμετέχουν κυρίως σε οξειδωτική αναπνοή, σύνθεση ATP και μετάφραση στο μιτοχόνδριο

77

78 Δεν υπαρχει Μεντελική γενετική: μονογονική κληρονομικότητα
βλαστητικός διαχωρισμός (διαλογή- vegetative segregation)  ποικιλοχρωμία