Článek dedikovaný Janu Sudovi je jakýmsi shrnutím dvou dekád výzkumu částečné endoreplikace u orchidejí, který Honza odstartoval krátkým odstavcem ve své disertaci z roku 2004, kde poukazoval na cosi divného, co se objevuje v cytometrických analýzách orchidejí. Postupem času se ukázalo, že jde o vysoce organizovaný buněčný proces, při kterém se nezdvojuje celý genom, ale jen jeho část.
K dalšímu čtení v Živě
Co se skrývá za rostlinnou průtokovou cytometrií (2005, 1)
Mizející vstavač trojzubý (2008, 4)
Apostasioideae – nejtajemnější podčeleď orchidejí (2013, 3)
Použitá literatura
BORY, Severine, et al. Natural polyploidy in Vanilla planifolia (Orchidaceae). Genome, 2008, 51.10: 816-826.
HŘIBOVÁ, Eva, et al. The enigma of progressively partial endoreplication: new insights provided by flow cytometry and next-generation sequencing. Genome Biology and Evolution, 2016, 8.6: 1996-2005.
CHUMOVÁ, Zuzana, et al. Repeat proliferation and partial endoreplication jointly shape the patterns of genome size evolution in orchids. The Plant Journal, 2021, 107.2: 511-524.
JOUBÈS, Jérôme; CHEVALIER, Christian. Endoreduplication in higher plants. Plant Molecular Biology 2000, 43: 735–745.
LEE, Hyun O.; DAVIDSON, Jean M.; DURONIO, Robert J. Endoreplication: polyploidy with purpose. Genes & development, 2009, 23.21: 2461-2477.
PIET, Quentin, et al. A chromosome-level, haplotype-phased Vanilla planifolia genome highlights the challenge of partial endoreplication for accurate whole-genome assembly. Plant Communications, 2022, 3.5.
SHIMOTOHNO, Akie, et al. Regulation of the plant cell cycle in response to hormones and the environment. Annual review of plant biology, 2021, 72.1: 273-296.
SCHOLES, Daniel R.; PAIGE, Ken N. Plasticity in ploidy: a generalized response to stress. Trends in Plant Science, 2015, 20.3: 165-175.
SUGIMOTO-SHIRASU, Keiko; ROBERTS, Keith. “Big it up”: endoreduplication and cell-size control in plants. Current opinion in plant biology, 2003, 6.6: 544-553.
TRÁVNÍČEK, Pavel, et al. Diversity in genome size and GC content shows adaptive potential in orchids and is closely linked to partial endoreplication, plant life‐history traits and climatic conditions. New Phytologist, 2019, 224.4: 1642-1656.
TRÁVNÍČEK, Pavel, et al. Integrative study of genotypic and phenotypic diversity in the Eurasian orchid genus Neotinea. Frontiers in Plant Science, 2021, 12: 734240.
TRÁVNÍČEK, Pavel, et al. Challenges of flow‐cytometric estimation of nuclear genome size in orchids, a plant group with both whole‐genome and progressively partial endoreplication. Cytometry Part A, 2015, 87.10: 958-966.
WOS, Guillaume, et al. Ploidy and local environment drive intraspecific variation in endoreduplication in Arabidopsis arenosa. American Journal of Botany, 2022, 109.2: 259-271.
ZENG, Zhanghui, et al. Endopolyploidy levels in barley vary in different root types and significantly decrease under phosphorus deficiency. Plant Physiology and Biochemistry, 2017, 118: 11-21.
This paper dedicated to Jan Suda is a summary of two decades of research on partial endoreplication in orchids, which he started with a short section in his dissertation from 2004, where he pointed out something strange that appears in the cytometric results of orchids. Over time, it has become evident that this is a highly organized cellular process, wherein only a portion of the genome undergoes duplication, rather than the entire genome.
-
Paphiopedilum tranlienianum – zástupce výhradně asijského rodu Paphiopedilum z podčeledi Cypripedioideae, který je typický velkými genomy a přítomností částečné endoreplikace. Blíže v textu. Foto J. Ponert
-
Horský mlžný les je ukázkou biotopu, který hostí obrovské množství epifytických druhů orchidejí a v Jižní a Střední Americe je obzvlášť bohatý na druhy ze subtribu Pleurothallidinae. Ekvádor, provincie Azuay. Foto Z. Chumová
-
Lilek višňový (Solanum pseudocapsicum) z pohledu průtokového cytometru a frekvence endopolyploidizovaných buněk – tedy buněk, které prošly kompletním zmnožením genomu, kde se konstantní část genomu C z původních 2C somatických buněk postupně zdvojnásobuje na 4C, 8C, ... buňky, v některých orgánech. Obr. a – typický profil listového pletiva s dominantní somatickou 2C fází jader, b – cytometrický profil korunních lístků s výrazným zastoupením buněk po jednom či dvou cyklech endopolyploidizace (4C a 8C jádra), c – typický profil plodu zástupců rodu lilek s mnohočetným zastoupením buněk v různých stadiích endopoly ploidizace (od somatických 2C jader až po jádra s pětinásobným zmnožením DNA – 64C). U všech obrázků je relativní fluorescence (osa x) v logaritmické škále.. Orig. P. Trávníček.
-
Rod vstavač (Neotinea) je představitelem orchidejí s částečnou endoreplikací (při ní se v jádrech buněk zdvojují jen určité části genomu), která zde dosahuje rekordního poměru v replikované a nereplikované části genomu. Zatímco u vstavače trojzubého (N. tridentata, vlevo) je replikována třetina genomu, u čistě mediteránního druhu vstavače mléčného (N. lactea, vpravo) jde pouze o 13 % genomu. Zajímavé je, že velikost replikované části genomu mají v absolutní hodnotě téměř totožnou (3,5 a 3,8 pikogramu), a příčinou velkého rozdílu při vyjádření v relativních jednotkách (tedy v procentech z velikosti genomu) je značný rozdíl v celkové velikosti genomu obou zástupců. Cytometrický standard – hrách setý (Pisum sativum) – je v obou histogramech označen hvězdičkou, cytometrický signál z orchidejí zvýrazněn oranžovou barvou. Orig. P. Trávníček.
-
Vstavač trojzubý (Neotinea tridentata) z naší nejpočetnější populace v národní přírodní rezervaci Strabišov-Oulehla, která čítá stovky jedinců. Jižní Morava. Foto P. Trávníček
-
Vstavač mléčný (Neotinea lactea, italský ostrov Sardinie, poblíž městečka Macumere), který je typickým druhem pro střední a východní mediterán, zatímco na Pyrenejském poloostrově ho střídá velmi podobný druh N. conica. J. Ponert
-
Rod Lepanthes, zástupce ze subtribu Pleurothallidinae, jehož druhy mají oba typy endoreplikace – konvenční (běžnou) i částečnou. Zatímco L. acarina (vlevo) replikuje kompletní genom, druh L. katleri pouze dvě třetiny genomu (vpravo). To může souviset s celkovou velikostí genomu, která je u L. katleri téměř dvojnásobná. Cytometrický standard – lilek višňový (Solanum pseudocapsicum) – je v obou histogramech označen hvězdičkou, cytometrický signál z orchidejí oranžově. Orig. P. Trávníček.
-
Jihoamerický druh Lepanthes acarina pěstovaný ve sbírkách Botanické zahrady Praha v Troji. Foto J. Ponert
-
Peruánský druh Lepanthes katleri pěstovaný ve sbírkách Botanické zahrady Praha v Troji. Foto J. Ponert
-
Srovnání velikostí genomu orchidejí stanovených u zástupců subtribu Pleurothallidinae s konvenční (CE) a částečnou (PE) endoreplikací. U druhů s částečnou endoreplikací lze jejich celkový genom (bílý box) virtuálně rozdělit na replikovanou část (oranžový box) a nereplikovanou část (šedý box). Osa y je v logaritmické škále. Počty v závorce znamenají změřené druhy v rámci jednotlivých kategorií. Orig. P. Trávníček.
-
Rod Dracula zahrnuje asi 150 druhů, které mají výhradně částečnou endo replikaci, při níž replikují téměř všechny druhy stejně velkou část genomu bez ohledu na jeho celkovou velikost. Na snímku D. chimaera. Foto J. Ponert
-
Závislost nereplikované části na celkové velikosti genomu u tří rodů ze subtribu Pleurothallidinae, které mají výrazné zastoupení druhů s částečnou endoreplikací. Linky v příslušných barvách představují regresní přímky pro každý rod zvlášť. Obě osy jsou v logaritmické škále. Orig. P. Trávníček.
-
Rod Restrepia je jeden z rodů, kde se podle velikosti genomu mění typ endoreplikace. Zobrazený druh R. portillae má díky malému genomu konvenční typ endoreplikace. Foto J. Ponert
-
Cytometrické profily dvou druhů orchidejí s částečnou endoreplikací, které představují dosud známé extrémy v zastoupení GC-párů bází v genomu (G – guanin, C – cytozin). Zatímco středoamerická Specklinia guanacastensis (vlevo) obsahuje pouhých 22,5 % GC-párů, jihoafrická Disa multifida (vpravo) má 50,5 % GC-párů. Zastoupení bází v genomu se stanovuje průtokovou cytometrií pomocí měření s dvěma fluorescenčními barvami, které se rozdílně vážou na DNA. Propidium jodid (PI) je interkalární barvivo a rovnoměrně se váže na celou DNA (vmezeří se mezi dvě vlákna dvoušroubovice bez ohledu na to, jakými nukleotidy je daná DNA tvořena; černě podbarvený histogram). Naproti tomu DAPI (4′,6-diamidin-2-fenylindol) je AT-selektivní barvivo vážící se na AT-páry v DNA (oranžově podbarvený histogram, A – adenin, T – thymin). Poměr relativních fluorescencí ke stejnému standardu u obou barviv (dye factor, DF) je určující pro výpočet bázického (nukleotidového) složení genomu. Orig. P. Trávníček.
-
Středoamerická Specklinia guanacastensis. Foto J. Ponert
-
Jihoafrická Disa multifida. Foto T. Yagame
-
Někteří zástupci subtribu Pleurothallidinae jsou ve svém vzrůstu miniaturní. Příkladem může být panamská Specklinia dressleri, jež nevyčnívá z mechových polštářů, ve kterých s oblibou roste. Foto J. Ponert
-
Vstavač trojzubý (Neotinea tridentata) vykvétá začátkem května a najdeme ho u nás jen na jižní Moravě (na snímku), a v hojnějším počtu na jediné lokalitě. Mnohem častěji je k vidění v širším okolí Středozemního moře, kde rostou i jiní zástupci rodu Neotinea. Foto J. Ponert