![Page 1: Evoluce rostlinné buňky - Katedra experimentální ...kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prednasky/bunka/2008/2_2008 01 cast... · zCelé genomy zGenové fúze zDalší (AFLP atp.)](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022115/5c773cc709d3f291718c111a/html5/thumbnails/1.jpg)
Evoluce rostlinné buňky
Vznik a evoluce eukaryotních organismů
strom (kruh, síť...) života
zařazení rostlin v rámci eukaryot
Endosymbiotický vznik organel
mitochondrie
plastidy - primární (a sekundární) endosymbiosa
Genomové duplikace – mocný nástroj evoluce
![Page 2: Evoluce rostlinné buňky - Katedra experimentální ...kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prednasky/bunka/2008/2_2008 01 cast... · zCelé genomy zGenové fúze zDalší (AFLP atp.)](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022115/5c773cc709d3f291718c111a/html5/thumbnails/2.jpg)
Strom života
Berthold Furtmeyer: Baum des Todes und des Lebens, 1481 Pacino da Bonaguido, Christ and the Tree of Life, 14th century
![Page 3: Evoluce rostlinné buňky - Katedra experimentální ...kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prednasky/bunka/2008/2_2008 01 cast... · zCelé genomy zGenové fúze zDalší (AFLP atp.)](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022115/5c773cc709d3f291718c111a/html5/thumbnails/3.jpg)
Ernst Haeckel
(1834-1919)
“Ontogeneze opakuje fylogenezi”
Zavedl mimo jiné pojem fylogeneze
![Page 4: Evoluce rostlinné buňky - Katedra experimentální ...kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prednasky/bunka/2008/2_2008 01 cast... · zCelé genomy zGenové fúze zDalší (AFLP atp.)](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022115/5c773cc709d3f291718c111a/html5/thumbnails/4.jpg)
![Page 5: Evoluce rostlinné buňky - Katedra experimentální ...kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prednasky/bunka/2008/2_2008 01 cast... · zCelé genomy zGenové fúze zDalší (AFLP atp.)](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022115/5c773cc709d3f291718c111a/html5/thumbnails/5.jpg)
Jak ale doopravdy vypadá „strom života“?
... a jak se to zjišťuje?
![Page 6: Evoluce rostlinné buňky - Katedra experimentální ...kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prednasky/bunka/2008/2_2008 01 cast... · zCelé genomy zGenové fúze zDalší (AFLP atp.)](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022115/5c773cc709d3f291718c111a/html5/thumbnails/6.jpg)
morfologické znaky
biochemické analýzy (např. izoenzymy)
molekulární analýzy
16S RNA
Geny kodující proteiny
Celé genomy
Genové fúze
Další (AFLP atp.)
Studium evolučních vztahů
![Page 7: Evoluce rostlinné buňky - Katedra experimentální ...kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prednasky/bunka/2008/2_2008 01 cast... · zCelé genomy zGenové fúze zDalší (AFLP atp.)](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022115/5c773cc709d3f291718c111a/html5/thumbnails/7.jpg)
Tradiční členění organismů
• Monera (prokaryotes)/Bacteria + Archaea• Animalia (Metazoa) • Plantae• Fungi• Protista
(Whittaker 1969)
ALE: skupiny nejsou monofyletické. („Protista“ jsou sběrná skupina pro to, co se jinam nehodí. Některá jsou také zelená.)
![Page 8: Evoluce rostlinné buňky - Katedra experimentální ...kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prednasky/bunka/2008/2_2008 01 cast... · zCelé genomy zGenové fúze zDalší (AFLP atp.)](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022115/5c773cc709d3f291718c111a/html5/thumbnails/8.jpg)
morfologické znaky
biochemické analýzy (např. izoenzymy)
molekulární analýzy
16S RNA
Geny kodující proteiny
Celé genomy
Genové fúze
Další (AFLP atp.)
Studium evolučních vztahů
16S ribosomal RNA
![Page 9: Evoluce rostlinné buňky - Katedra experimentální ...kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prednasky/bunka/2008/2_2008 01 cast... · zCelé genomy zGenové fúze zDalší (AFLP atp.)](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022115/5c773cc709d3f291718c111a/html5/thumbnails/9.jpg)
Relationships between 16S ribosomal RNAs
Distant relationships Close relationships
Woese et al., 1977: využití sekvencí RNA
![Page 10: Evoluce rostlinné buňky - Katedra experimentální ...kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prednasky/bunka/2008/2_2008 01 cast... · zCelé genomy zGenové fúze zDalší (AFLP atp.)](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022115/5c773cc709d3f291718c111a/html5/thumbnails/10.jpg)
Woese et al., 1990: využití sekvencí rDNA
„crown eukaryotes“
„protista“
![Page 11: Evoluce rostlinné buňky - Katedra experimentální ...kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prednasky/bunka/2008/2_2008 01 cast... · zCelé genomy zGenové fúze zDalší (AFLP atp.)](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022115/5c773cc709d3f291718c111a/html5/thumbnails/11.jpg)
morfologické znaky
biochemické analýzy (např. izoenzymy)
molekulární analýzy
16S RNA
Geny kodující proteiny
Celé genomy
Genové fúze
Další (AFLP atp.)
Studium evolučních vztahů
16S ribosomal RNA
![Page 12: Evoluce rostlinné buňky - Katedra experimentální ...kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prednasky/bunka/2008/2_2008 01 cast... · zCelé genomy zGenové fúze zDalší (AFLP atp.)](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022115/5c773cc709d3f291718c111a/html5/thumbnails/12.jpg)
Moderní pohled na evoluci (nejen) eukaryot
Výchozí data:
• Sekvence MNOHA genů
• Srovnávání celých genomů
• Sledování osudu charakteristických genových
fúzí
![Page 13: Evoluce rostlinné buňky - Katedra experimentální ...kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prednasky/bunka/2008/2_2008 01 cast... · zCelé genomy zGenové fúze zDalší (AFLP atp.)](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022115/5c773cc709d3f291718c111a/html5/thumbnails/13.jpg)
Martin & Embley, Nature 431:152-5.2004
Hypotéza tří domén založená na stromu ribozomálníchRNA. Woese et al. PNAS. 87:4576-4579. (1990)
Návrh dvou říší, oddělujících eukaryota od prokaryota eubakterie od archeí Mayr, D. PNAS 95:9720-23. (1998).
Hypotéza tří domén s kontinuálním horizontálnímgenovým přenosem mezi doménami. Doolittle Science (1999) .284:2124-2128
Kruh života, obsahující horizontální genový přenosale zachovávající rozdělení prokaryot a eukaryot. Rivera MC and Lake JA. Nature 431: 152-155. (2004)
![Page 14: Evoluce rostlinné buňky - Katedra experimentální ...kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prednasky/bunka/2008/2_2008 01 cast... · zCelé genomy zGenové fúze zDalší (AFLP atp.)](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022115/5c773cc709d3f291718c111a/html5/thumbnails/14.jpg)
The ring of life provides evidence for a genome fusion origin of eukaryotesRivera, M.C. & Lake, J.A. Nature, 431; 152-155. (2004)
“Our analyses indicate that the eukaryotic genome resulted from a fusion of two diverse prokaryotic genomes, and therefore at the deepest levels linking prokaryotes and eukaryotes, the tree of life is actually a ring of life.”
![Page 15: Evoluce rostlinné buňky - Katedra experimentální ...kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prednasky/bunka/2008/2_2008 01 cast... · zCelé genomy zGenové fúze zDalší (AFLP atp.)](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022115/5c773cc709d3f291718c111a/html5/thumbnails/15.jpg)
morfologické znaky
biochemické analýzy (např. izoenzymy)
molekulární analýzy
16S RNA
Geny kodující proteiny
Celé genomy
Genové fúze
Další (AFLP atp.)
Studium evolučních vztahů
16S ribosomal RNA
![Page 16: Evoluce rostlinné buňky - Katedra experimentální ...kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prednasky/bunka/2008/2_2008 01 cast... · zCelé genomy zGenové fúze zDalší (AFLP atp.)](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022115/5c773cc709d3f291718c111a/html5/thumbnails/16.jpg)
Současný pohled na fylogenezi eukaryot
(Simpson and Roger, Curr. Biol. 14:R693, 2005)
*
![Page 17: Evoluce rostlinné buňky - Katedra experimentální ...kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prednasky/bunka/2008/2_2008 01 cast... · zCelé genomy zGenové fúze zDalší (AFLP atp.)](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022115/5c773cc709d3f291718c111a/html5/thumbnails/17.jpg)
Současný pohled na fylogenezi eukaryot
(Simpson and Roger, Curr. Biol. 14:R693, 2005)
bikonta
unik
onta
*
![Page 18: Evoluce rostlinné buňky - Katedra experimentální ...kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prednasky/bunka/2008/2_2008 01 cast... · zCelé genomy zGenové fúze zDalší (AFLP atp.)](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022115/5c773cc709d3f291718c111a/html5/thumbnails/18.jpg)
http://tolweb.org/
Tree of Life Web Project
![Page 19: Evoluce rostlinné buňky - Katedra experimentální ...kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prednasky/bunka/2008/2_2008 01 cast... · zCelé genomy zGenové fúze zDalší (AFLP atp.)](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022115/5c773cc709d3f291718c111a/html5/thumbnails/19.jpg)
Co všechnojsou rostliny?
Embryophyta
+ Charophyta +
Chlorophyta =
Viridiplantae(Fotosyntetizující zelená
eukaryota)
+ Rhodophyta +
Glaukophyta =
Archaeplastida (Plantae)
![Page 20: Evoluce rostlinné buňky - Katedra experimentální ...kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prednasky/bunka/2008/2_2008 01 cast... · zCelé genomy zGenové fúze zDalší (AFLP atp.)](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022115/5c773cc709d3f291718c111a/html5/thumbnails/20.jpg)
Jak rostlinyvznikly?
– Jedním z kritických kroků v evoluci rostlin bylo získání organely schopné fotosyntézy (plastidu)
![Page 21: Evoluce rostlinné buňky - Katedra experimentální ...kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prednasky/bunka/2008/2_2008 01 cast... · zCelé genomy zGenové fúze zDalší (AFLP atp.)](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022115/5c773cc709d3f291718c111a/html5/thumbnails/21.jpg)
Endosymbiotický původ organel: od spekulace k faktu
Julius von Sachs (1832-1897) • 1882: chloroplasty se chovají jako nezávislé autonomní
organismy
Richard Altmann (1852-1900)• 1886/1890: „bioblasty“ (mitochondrie) se podobají
bakteriím• Chybně předpokládal jádro jako shluk bioblastů• mj. zavedl pojem Nukleinsäure (místo „Nuklein“)
![Page 22: Evoluce rostlinné buňky - Katedra experimentální ...kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prednasky/bunka/2008/2_2008 01 cast... · zCelé genomy zGenové fúze zDalší (AFLP atp.)](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022115/5c773cc709d3f291718c111a/html5/thumbnails/22.jpg)
Endosymbiotický původ organel: od spekulace k faktu• Andreas Schimper (1856-1901):
pozoroval vývoj chloroplastů zpreexistujících proplastidů v embryích → plastidy jakožtosymbionti
• Konstantin Merežkovskij (1855-1921) • 1905 teorie symbiogenese• Plastidy jsou redukované cizí
organismy (cyanobakterie), které se vyvinuly jako intracelulární symbionti v heterotrofním hostiteli během rané fáze evoluce buňky
![Page 23: Evoluce rostlinné buňky - Katedra experimentální ...kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prednasky/bunka/2008/2_2008 01 cast... · zCelé genomy zGenové fúze zDalší (AFLP atp.)](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022115/5c773cc709d3f291718c111a/html5/thumbnails/23.jpg)
Lynn Margulis: the endosymbiotická teorie evoluce eukaryot
http
://w
ww
.mrs
.um
n.ed
u/~g
ooch
v/C
ellB
io/le
ctur
es/e
ndo/
endo
.htm
l
Lynn Sagan (1967), "On the origin of mitosing cells", J Theor Bio. 14(3): 255–274
![Page 24: Evoluce rostlinné buňky - Katedra experimentální ...kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prednasky/bunka/2008/2_2008 01 cast... · zCelé genomy zGenové fúze zDalší (AFLP atp.)](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022115/5c773cc709d3f291718c111a/html5/thumbnails/24.jpg)
Předek eukaryotních buněk (fúze bakterií a archaeí)
Endosymbiosa (mitochondrie, -2 Ga)
Endosymbiosa (chloroplasty, -1.6 Ga)
Kdy to vlastně vzniklo?
Mnohobuněčnost (-0.75/-1.3 Ga (
Nejstarší společný předek všehoživota (-3.5 Ga)
![Page 25: Evoluce rostlinné buňky - Katedra experimentální ...kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prednasky/bunka/2008/2_2008 01 cast... · zCelé genomy zGenové fúze zDalší (AFLP atp.)](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022115/5c773cc709d3f291718c111a/html5/thumbnails/25.jpg)
Fotosyntetické organismy v rámci 5 říší
Zel. rost. a řasy
Ruduchy G
lauc
oph
yta
Euglenozoa
Rozsivky atd.ObrněnkyHnědé řasy
![Page 26: Evoluce rostlinné buňky - Katedra experimentální ...kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prednasky/bunka/2008/2_2008 01 cast... · zCelé genomy zGenové fúze zDalší (AFLP atp.)](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022115/5c773cc709d3f291718c111a/html5/thumbnails/26.jpg)
Původ plastidů: jednou a přece víckrát!
Primární endosymbióza(sinice) Sekundární
endosymbióza
U sekundárních endosymbiontů je plastid vlastně řasa, z jádra někdy „nukleomorf“.
Sekundárníendosymbióza
![Page 27: Evoluce rostlinné buňky - Katedra experimentální ...kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prednasky/bunka/2008/2_2008 01 cast... · zCelé genomy zGenové fúze zDalší (AFLP atp.)](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022115/5c773cc709d3f291718c111a/html5/thumbnails/27.jpg)
Archibald and Keeling. 2002. Trends in Genetics 18:577.
nm – nucleomorphch - chloroplast
![Page 28: Evoluce rostlinné buňky - Katedra experimentální ...kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prednasky/bunka/2008/2_2008 01 cast... · zCelé genomy zGenové fúze zDalší (AFLP atp.)](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022115/5c773cc709d3f291718c111a/html5/thumbnails/28.jpg)
Paulinella – endosymbiosa v přímém přenosu
![Page 29: Evoluce rostlinné buňky - Katedra experimentální ...kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prednasky/bunka/2008/2_2008 01 cast... · zCelé genomy zGenové fúze zDalší (AFLP atp.)](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022115/5c773cc709d3f291718c111a/html5/thumbnails/29.jpg)
Časová škála fylogeneze fotosyntetických eukaryot– z plastidových genů
(Yoon, Mol. Biol. Evol. 21:809, 2004)
Chromalveolata
![Page 30: Evoluce rostlinné buňky - Katedra experimentální ...kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prednasky/bunka/2008/2_2008 01 cast... · zCelé genomy zGenové fúze zDalší (AFLP atp.)](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022115/5c773cc709d3f291718c111a/html5/thumbnails/30.jpg)
Mnohobuněčnost vznikla u rostlin několikrát
(Yoon, Mol. Biol. Evol. 21:809, 2004)
Embryophyta
... a také u hnědých řas, i když to nejsou rostliny (Phaeophyta,Stramenopila!)
Fucus
![Page 31: Evoluce rostlinné buňky - Katedra experimentální ...kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prednasky/bunka/2008/2_2008 01 cast... · zCelé genomy zGenové fúze zDalší (AFLP atp.)](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022115/5c773cc709d3f291718c111a/html5/thumbnails/31.jpg)
Viridiplantae: kdo je kdo
Cyanophora paradoxa
Chara
Chlamydomonas
![Page 32: Evoluce rostlinné buňky - Katedra experimentální ...kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prednasky/bunka/2008/2_2008 01 cast... · zCelé genomy zGenové fúze zDalší (AFLP atp.)](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022115/5c773cc709d3f291718c111a/html5/thumbnails/32.jpg)
Polyploidie rostlin
• 3n, 4n, 5n, 6n, etc.• 30-80% rostlinných druhů je polyploidních• Málo častá u živočichů
– Plazi, obojživelníci, ryby• Typy
– Autopolyploidie– Allopolyploidie
• ALE: Polyploidizace hrála kritickou roli přievoluci VŠECH eukaryt!
![Page 33: Evoluce rostlinné buňky - Katedra experimentální ...kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prednasky/bunka/2008/2_2008 01 cast... · zCelé genomy zGenové fúze zDalší (AFLP atp.)](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022115/5c773cc709d3f291718c111a/html5/thumbnails/33.jpg)
Autopolyploidie
• Všechny sady chromozómů pochází ze stejného druhu
• Původ
– Neproběhlá segregace při meióze
– Více spermií oplodí vajíčko
– Triploid vzniklý zkřížením diploida s tetraploidem
• Dá se experimentálně navodit pomocíchladového/tepelného šoku či působením kolchicinu
![Page 34: Evoluce rostlinné buňky - Katedra experimentální ...kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prednasky/bunka/2008/2_2008 01 cast... · zCelé genomy zGenové fúze zDalší (AFLP atp.)](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022115/5c773cc709d3f291718c111a/html5/thumbnails/34.jpg)
Allopolyploidie• Může vzniknout hybridizací “vysoce” příbuzných
druhů– Allotetraploid - 4n– Amphidiploid – 4n ale známe “rodičovské druhy”
– Např. tabák (Nicotiana tabacum) je amphidiploid vzniklýhybridizací Nicotiana sylvestris a Nicotiana tomentosiformis
– Triticale je allohexaploid vzniklý křížením tepraploidnípšsenice s diploidním žitem
![Page 35: Evoluce rostlinné buňky - Katedra experimentální ...kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prednasky/bunka/2008/2_2008 01 cast... · zCelé genomy zGenové fúze zDalší (AFLP atp.)](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022115/5c773cc709d3f291718c111a/html5/thumbnails/35.jpg)
Upoutávka na 14.10. Buněčná stěna