Autopolyploids: particularly hopeful monsters

Abstract

Autopolyploidie (znásobení celého genomu organismu) je náročná mutace. Přináší druhům, které ji prodělají, jak náročné výzvy, tak mnohé nové možnosti. Jako první se musí vypořádat s problémy, jako je ustálení nové linie v diploidní populaci rodičů, zajištění správného fungování buňky s dvojnásobným množstvím DNA a obnovení funkční mitózy a meiózy. Poté se však mohou projevit výhodné změny populační genetiky, jako je dvojnásobná efektivní velikost populace a polysomická dědičnost, které zvyšují heterozygotnost a genetickou variabilitu v nové polyploidní linii. Dále také snižují negativní působení genetického driftu a inbrední deprese. Z evolučního úhlu pohledu je patrné, že vlastnictví jednoho genomu navíc umožňuje selekci, aby působila na geny mnohem volněji. Alely si tak rychle rozdělí své dřívější funkce nebo získají funkce zcela nové. Abych lépe demonstrovala molekulární mechanismy působení selekce na populační úrovni, zvolila jsem jako modelový příklad evoluci genů pro meiózu u polyploidního druhu Arabidopsis arenosa (brukvovité, Brassicaceae). Je to jediný diploidně-autotetraploidní druh v rodě Arabidopsis, který je klíčovým rostlinným modelem. Jako takový A. arenosa umožňuje klást si obecné otázky ohledně příčin a důsledků celogenomové duplikace u rostlin. A. arenosa zůstával (na rozdíl od...

Autopolyploidy, genome duplication per se, is a severe mutation which presents both great challenge and great opportunity for the species which has undergone it. First, a whole series of initial challenges has to be overcome, e.g., establishment within diploid parental population, proper functioning of the cell with doubled genetic information and restoration of proper mitosis and meiosis. The population genetic changes can become beneficial afterwards as the two times higher effective population size and polysomic inheritance increase heterozygosity and genetic variability within the new polyploid lineage. It also reduces negative impacts of genetic drift and inbreeding depression. In evolutionary context, having two genomes allows selection to be more relaxed, thus genes can quickly diversify into alleles with new function or sub-function. To better understand the molecular mechanisms of selection on a population level, I choose example of meiosis genes evolution in a polyploid Arabidopsis arenosa (Brassicaceae) species complex. This only diploid-autotetraploid member of the plant leading model genus Arabidopsis provides an ideal system for addressing general questions on the triggers and consequences of genome duplication in plants. In contrast to other members of the genus, A. arenosa remained...