Evolution of genome size and genomic GC content in carnivorous holokinetics (Droseraceae)

VELEBA, Adam, Petr ŠMARDA, František ZEDEK, Lucie HOROVÁ, Jakub ŠMERDA a Petr BUREŠ. Evolution of genome size and genomic GC content in carnivorous holokinetics (Droseraceae). Annals of Botany. Oxford: Oxford University Press, 2017, roč. 119, č. 1, s. 409-416. ISSN 0305-7364. Dostupné z: https://dx.doi.org/10.1093/aob/mcw229.

Základní údaje

• Originální název: Evolution of genome size and genomic GC content in carnivorous holokinetics (Droseraceae)
• Název česky: Evoluce velikosti genomu a genomického obsahu GC u masožravých holokinetických rostlin (Droseraceae)
• Autoři: VELEBA, Adam (203 Česká republika, domácí), Petr ŠMARDA (203 Česká republika, domácí), František ZEDEK (203 Česká republika, domácí), Lucie HOROVÁ (203 Česká republika, domácí), Jakub ŠMERDA (203 Česká republika, domácí) a Petr BUREŠ (203 Česká republika, garant, domácí).
• Vydání: Annals of Botany, Oxford, Oxford University Press, 2017, 0305-7364.

Další údaje

• Originální jazyk: angličtina
• Typ výsledku: Článek v odborném periodiku
• Obor: 10611 Plant sciences, botany
• Stát vydavatele: Velká Británie a Severní Irsko
• Utajení: není předmětem státního či obchodního tajemství
• WWW: URL
• Impakt faktor: Impact factor: 3.646
• Kód RIV: RIV/00216224:14310/17:00094583
• Organizační jednotka: Přírodovědecká fakulta
• Doi: http://dx.doi.org/10.1093/aob/mcw229
• UT WoS: 000396935400013
• Klíčová slova česky: Obsah DNA; Droseraceae; masožravé rostliny; průtoková cytometrie, evoluce velikosti genomu; genomický GC obsah; genomické složení bází; holocentrické chromosomy, holokinetické chromosomy
• Klíčová slova anglicky: DNA content; Droseraceae; carnivorous plants; flow cytometry; genome size evolution; GC content;DNA base composition; holocentric chromosomes; holokinetic chromosomes
• Štítky: NZ, rivok
• Příznaky: Mezinárodní význam, Recenzováno

Anotace

Background and Aims: Studies in the carnivorous family Lentibulariaceae in the last years resulted in the discovery of the smallest plant genomes and an unusual pattern of genomic GC content evolution. However, scarcity of genomic data in other carnivorous clades still prevents a generalization of the observed patterns. Here the aim was to fill this gap by mapping genome evolution in the second largest carnivorous family, Droseraceae, where this evolution may be affected by chromosomal holokinetism in Drosera. Methods: The genome size and genomic GC content of 71 Droseraceae species were measured by flow cytometry. A dated phylogeny was constructed, and the evolution of both genomic parameters and their relationship to species climatic niches were tested using phylogeny-based statistics. Key Results: The 2C genome size of Droseraceae varied between 488 and 10 927 Mbp, and the GC content ranged between 37.1 and 44.7 %. The genome sizes and genomic GC content of carnivorous and holocentric species did not differ from those of their non-carnivorous and monocentric relatives. The genomic GC content positively correlated with genome size and annual temperature fluctuations. The genome size and chromosome numbers were inversely correlated in the Australian clade of Drosera. Conclusions: Our results indicate that neither carnivory (nutrient scarcity) nor the holokinetism have a prominent effect on size and DNA base composition of Droseraceae genomes. However, the holokinetic drive seems to affect karyotype evolution in one of the major clades of Drosera. Our survey confirmed that the evolution of GC content is tightly connected with the evolution of genome size and also with environmental conditions.

Anotace česky

Pozadí a cíle: Výzkum masožravé rostlinné čeledi Lentibulariaceae v posledních letech vedl k objevení nejmenších rostlinných genomů a neobvyklého patternu v evoluci genomického obsahu GC bazí. Nicméně, nedostatek genomických dat v jiných masožravých liniích stále brání zobecnění pozorovaných patternů. V předložené studii jsme proto cílili na zaplnění takové mezery mapováním evoluce genomu v druhé největší masožravé čeledi rostlin - Droseraceae - kde tento vývoj může být ovlivněn také chromozomálním holokinetismem v rodu Drosera. Metody: Velikost genomu a genomický obsah GC 71 druhů Droseraceae byly měřeny průtokovou cytometrií. Byla vytvořena datovaná fylogeneze a vývoj genomických parametrů a jejich vztah k druhovým klimatickým parametrům byl testován pomocí statistik založených na fylogenezi. Klíčové výsledky: Velikost 2C genomu Droseraceae se pohybovala mezi 488 a 10 927 Mbp a obsah GC byl v rozmezí 37,1 až 44,7%. Velikost genomu a genomický obsah GC u masožravých a holocentrických druhů se nelišily od obsahu jejich ne-masožravých a monocentrických příbuzných. Vyšší GC genomový obsah pozitivně koreluje s velikostí genomu a na geografické škále koinciduje s vyššími ročními teplotními amplitudami. Velikost genomu a počet chromozomů byly v australské linii rodu Drosera nepřímo úměrné. Závěry: Naše výsledky ukazují, že ani masožravost (= adaptace na nedostatek živin), ani holokinetismus nemají významný vliv na velikost a složení genomů v čeledi Droseraceae. Nicméně, zdá se, že holokinetický tah ovlivňuje evoluci karyotypu v jedné z hlavních linií rodu Drosera. Náš průzkum potvrdil, že vývoj obsahu GC je úzce spojen s vývojem velikosti genomu a také s podmínkami prostředí.

Návaznosti

• GA13-29362S, projekt VaV: Název: Evoluce holocentrických chromosomů (Akronym: EvoHolo)

Investor: Grantová agentura ČR, Evoluce holocentrických chromosomů

• GA14-30313S, projekt VaV: Název: Vliv prostředí na evoluci genomové architektury rostlin v lokálním a regionálním měřítku

Investor: Grantová agentura ČR, Environmental constraints on the evolution of plant genome architecture – regional and community scales perspectives