Wykorzystanie analiz DNA w celu identyfikacji osobniczej i

„Wykorzystanie analiz DNA
w celu identyfikacji osobniczej
i populacyjnej u drzew leśnych"
Jarosław Burczyk
Zakład Genetyki
Instytut Biologii i Ochrony Środowiska
Uniwersytet Kazimierza Wielkiego
Bydgoszcz
Genetyka molekularna…
Specyfika drzew leśnych
- organizmy długowieczne
- wysoki poziom heterozygotyczności
- duża efektywna wielkość populacji naturalnych
- intensywny przepływ genów
- przewaga zapłodnienia krzyżowego
Różnorodność
genetyczna …
IDENTYFIKACJA
• osobnicza
• populacyjna
• gatunkowa
Zasady dziedziczenia
Drzewa
iglaste
Drzewa
liściaste
Polimorfizm
nDNA
cpDNA
mtDNA
♀/♂
♂
♀
♀/♂
♀
♀
+
+/-
-
Identyfikacja osobnicza
Linia nierekombinacyjna
• Genotyp haploidalny – genotyp haploidalny
• Genotyp diploidalny – genotyp diploidalny
Linia rekombinacyjna
• Genotyp diploidalny – genotyp haploidalny
• Genotyp diploidalny – genotyp diploidalny
Linia nierekombinacyjna
Genotyp haploidalny – genotyp haploidalny
A2B2C3
A2B1C3
A1B3C4
A2B1C2
A1B1C3
Kto jest moim rodzicem?
A2B2C3
A2B1C3
Linia nierekombinacyjna
A2B1C3
A2B1C3
A2B1C3
A1B2C3
A2B1C3
Kto jest moim dzieckiem?
A2B1C3
Linia nierekombinacyjna
Genotyp diploidalny – genotyp diploidalny
A1A2B1B2
A1A1B1B1
A1A2B1B1
A2A2B1B1
A1A2B1B2
A2A2B2B2
A1A2B3B3
Linia rekombinacyjna
Genotyp diploidalny – genotyp haploidalny
A1A2B1B2
A1B1
A1B2
A2B1
A2B2
A2B3
Linia rekombinacyjna
•Genotyp diploidalny – genotyp diploidalny
A1A2B1B2
A1A1B1B1
A1A2B1B1
A2A2B1B1
A1A2B1B2
A2A2B2B2
A1A2B3B3
Do identyfikacji genetycznej
potrzebne są markery
- losowa reprezentacja genomu
- etykiety genetyczne
Cechy dobrego markera
- wysoki polimorfizm
- kodominacyjny charakter dziedziczenia
- neutralność
- jednoznaczność określenia alleli
- powtarzalność wyników
- duża liczebność i równomierne rozmieszczenie w genomie
- możliwości zautomatyzowania analiz
- prostota i niskie koszty analiz (opracowania markera)
Markery genetyczne Mikrosatelity (SSR)
• tandemowe powtórzenia krótkich sekwencji (1-6
nukleotydów)
• rozmieszczone w sekwencjach kodujących i nie
kodujących genomu
• większość mikrosatelitów wykorzystywanych w
genetyce roślin to powtórzenia dwunukleotydowe
(np: -CACACACACACACA-)
Podstawą analiz mikrosatelitarnych jest PCR
- REAKCJA ŁAŃCUCHOWA POLIMERAZY-
Izolacja DNA
Przygotowanie reakcji PCR
Amplifikacja DNA
Analiza wielkości fragmentów DNA
w automatycznym sekwenatorze
Analiza
danych
… i jesteśmy zadowoleni …
Zaplecze laboratoryjne
Potencjał osobowy…
Zestaw markerów cpSSR
dla sosny zwycajnej
Zestaw markerów nSSR dla dębów
Zalety mikrosatelitów
kodominacyjny charakter dziedziczenia
 wysoki polimorfizm
 powtarzalność wyników
 możliwości zautomatyzowania analiz
 znaczna liczebność markerów w genomie
 równomierne rozmieszczenie w genomie
 neutralność

Zastosowania mikrosatelitów
•
•
•
•
•
•
Przepływ genów
Systemy kojarzenia
Zróżnicowanie genetyczne
Mapowanie genomów
Identyfikacja osobnicza
Analizy rodzicielstwa
Wykorzystanie identyfikacji osobniczej
•
Analiza zmienności genetycznej drzewostanów, plantacji nasiennych
i nasion, oraz ich przydatności w programach hodowli drzew.
•
Genetyczna weryfikacja pochodzenia materiału rozmnożeniowego
z konkretnych drzew (np. nasion lub zrazów z drzew doborowych). Analiza
‘czystości genetycznej’.
•
Weryfikacja poprawności rozmieszczenia szczepów na plantacjach nasiennych
oraz ocena zanieczyszczenia plantacji obcym pyłkiem.
•
Identyfikacja odmian drzew i krzewów rozmnażanych wegetatywnie.
•
Identyfikacja gatunkowa i osobnicza drzew i krzewów powodujących szkody
budowlane (np. niszczenie ścian budynków przez korzenie) lub uszkodzenia
infrastruktury podziemnej (szczególne rur kanalizacyjnych). Wskazanie
konkretnego osobnika ułatwia uzyskanie zezwolenia organu administracji publicznej
na usunięcie drzewa (krzewu) będącego przyczyną zniszczeń.
•
Opracowanie na potrzeby certyfikowanych laboratoriów analiz sądowych wysoce
wydajnych technik genotypowania drzew i krzewów umożliwiających zastosowanie
ich w ekspertyzach sądowych, zlecanych przez Prokuraturę, Policję, czy osoby
poszkodowane
Identyfikacja populacyjna
Fagus sylvatica
cpDNA
PCR-RFLP
Fagus sylvatica
cpDNA
cpSSR
FAIROAK: Różnorodność cpDNA u dębów
8 gatunków dębów, 2673 populacji, 42 haplotypów
Identyfikacja gatunkowa
Larix sp.
cpDNA
Larix sp.
mtDNA
15 krajów
EVOLTREE
INRA (Francja) Koordynator
Alterra-WUR (Holandia)
ARCS (Austria)
BFH (Niemcy)
CNR-IGV (Włochy)
VIB (Belgia)
GEUS (Dania)
Gottingen Univ (Niemcy)
IT (Francja)
IPGRI (Włochy)
NERC (Wlk. Brytania)
PUM (Niemcy)
WSL (Szwajcaria)
TUZVO (Słowacja)
TUM (Niemcy)
INIA (Hiszpania)
UNIUD (Włochy)
CNRS (Francja)
UPSC (Szwecja)
UKW (Polska)
UOULU (Finlandia)
Soton (Wlk. Brytania)
UWH (Węgry)
UU (Szwecja)
MPI-COE (Niemcy)
25 partnerów
14.3 mln Euro
Ponad 230 naukowców
1/04/2006 - 31/03/2010
Reakcje na zmiany
klimatu
Genomika
Ewolucja
Dynamika
różnorodności
Procesy
ekosystemowe
Ekologia
Genetyka
Ochrona zasobów
genowych
dziękuję za uwagę ...
[email protected]