Bioinformatics analysis of sequences required for localization of RNA during development

Abstract

The development of a complex organism from the fusion of two cells (oocyte and sperm) has been a fascinating aspect of developmental biology. It is now known that certain spatially and temporally regulated molecules tightly regulate embryogenesis. The asymmetrical gradient of these molecules within a given cell or within groups of cells helps to guide the differentiation of certain parts of the developing embryo. In fishes and frogs, the establishment of the maternal animal-vegetal transcript gradient within the egg produces the first developmental axis and subsequent formation of the ectoderm, mesoderm, and endoderm regions. Despite this important process, most of our knowledge on this initial animal-vegetal distribution in vertebrates has been limited primarily to the Xenopus laevis model, involved the analysis of only few transcripts and also analyzed only polar regions of the oocyte. This thesis aims to address this deficit in knowledge by leveraging high throughput analysis (RNA sequencing) to characterize and compare the maternal transcriptome and its sub-compartmentalization within the egg of four distantly related models. Additionally, we analyzed different stages of oocyte maturation to determine where the observed localization occurs. The models used were the African clawed frog (Xenopus...

Vývoj komplexního organismu po spojení dvou buněk (vajíčka a spermie) je jedním z fascinujících aspektů vývojové biologie. Je známo, že embryogeneze je řízena pomocí prostorové a časové produkce molekul, které tvoří asymetrické gradienty v buňce nebo ve skupině buněk a pomáhají tak regulovat diferenciaci jednotlivých částí vyvíjejícího se embrya. Animálně-vegetativní gradienty transkriptů ve vajíčcích ryb a žab dávají vzniknout první vývojové ose, která je následně využita v tvorbě ektodermu, mezodermu a endodermu. Přes důležitost tohoto procesu je většina vědomostí o distribuci molekul podél animálně-vegetativní osy u obratlovců získána studiem modelu drápatky, založena na několika málo transkriptech a analyzovány jsou zejména póly vajíček. Tato práce doplňuje dosavadní poznatky využitím RNA sekvenování k charakterizaci a srovnání maternálního transkriptomu a jeho rozložení v rámci vajíček čtyř vzdáleně příbuzných modelových organismů - drápatky vodní (Xenopus laevis), axolotla mexického (Ambystoma mexicanum), jesetera malého (Acipenser ruthenus) a dánia pruhovaného (Danio rerio). Nalezli jsme několik animálně-vegetativních gradientů a můžeme je rozdělit do podskupin extrémně animální, animální, centrální, vegetativní a extrémně vegetativní. Existuje velmi nízká shoda u vegetativních transkriptů...