Meiotic homologous recombination and hybrid sterility

Abstract

(English) Meiotic homologous recombination, homologous chromosomes synapsis, and F1 hybrid sterility (enabling formation of species) are mutually interconnected phenomenons, one being the prerequisite to the latter. In the present thesis, these phenomenons were investigated on a genetic and mechanistic level using a mouse subspecies as a model. Noncrossovers (NCOs, gene conversions), 90% prevalent resolution of Prdm9- determined meiotic double-strand breaks (DSBs), were uniquely identified and characterized on a chromosome-wide level. The mean gene conversion tract length, based on 94 NCOs events, was calculated to be 32 bp. On a local level, the NCOs overlapped the known hotspots of PRDM9-controlled histone trimethylation and DSB formation, indicating their origin in the standard meiotic DSB repair pathway. On chromosome-wide level, NCO and CO distributions differed, in particular COs being relatively preferred over NCOs in subtelomeric regions. A specific subset of nonparental/asymmetric NCOs and COs was underrepresented in our datasets, proposing their problematic repair, hypothetically enabled by sister chromatids, and thus not contributing to indispensable homologous synapsis. Genome-wide crossover (CO) rates, genetically and mechanistically crucial ~10% of DSB repair, were proven to be...

(česky) Meiotická homologní rekombinace, synapse homologních chromosomů a hybridní sterilita F1 kříženců jsou vzájemně provázané fenomény závisející jeden na druhém. V předložené dizertační práci jsme tyto fenomény zkoumali na genetické i mechanistické úrovni za využití modelu myších poddruhů. Identifikovali a charakterizovali jsme noncrossovery (NCO, též genové konverze), které zprostředkovávají 90% všech oprav meiotických dvouřetězcových zlomů (DSB), determinovaných genem Prdm9, a to na celochromosomální úrovni. Na základě 94 detekovaných NCO jsme spočítali střední délku doprovodných úseků genové konverze jako 32 bp. Na lokální úrovni se NCO překrývaly s již známými hotspoty trimethylovaných histonů a utváření DSB. Lokalizace hotspotů v genomu je určená proteinem PRDM9. Z toho vyplývá, že NCO skutečně mají původ ve standardní dráze opravy meiotických DSB. Na celochromosomální úrovni jsme pozorovali rozdílné distribuce NCO a crossoverů (CO), projevující se zejména relativní preferencí CO před NCO v subtelomerických oblastech. Pozorovali jsme deficit specifické třídy tzv. nonparentálních, či asymetrických NCO a CO. Navrhujeme, že tyto NCO a CO jsou obtížně orpavitelné a hypoteticky by mohly být opraveny sesterskou chromatidou. Takováto oprava by nepřispěla k nezbytné homologní synapsi....