Aplicación de herramientas citogenéticas en el estudio de la meiosis de cereales

Transcripción

1 Aplicación de herramientas citogenéticas en el estudio de la meiosis de cereales Pilar Prieto Dpto. de Mejora Genética Vegetal Instituto de Agricultura Sostenible (CSIC) Córdoba

2 El ciclo celular División celular Mitosis (células somáticas) Meiosis (células germinales) Fase Gap (crecimiento) G 2 M G 1 Fase Gap (crecimiento) S Síntesis ADN Interfase

3 Meiosis 1 célula diploide bivalentes en la placa metafásica Profase I MEIOSIS I separación de homólogos Metafase I MEIOSIS II separación de cromátidas Anafase I Telofase II 4 células haploides Anafase II Metafase II Profase II Telofase I

4 homólogos unidos por quiasmas Leptoteno Meiosis Zigoteno Paquiteno Diploteno Profase I Diacinésis condesación total del ADN apareamiento total entre homólogos comienza apaeramineto entre homólogos cromosomas comienzan a condensarse Telofase II MEIOSIS I separación de homólogos MEIOSIS II separación de cromátidas Anafase II Metafase II Profase II Telofase I bivalentes en la placa metafásica Metafase I Anafase I

5 Qué sabemos sobre apareamiento cromosómico? Infomación sobre los procesos de apareamiento y recombinación Cómo se reconocen los cromosomas?

6 Reconocimiento entre homólogos Modelos de meiosis en diploides Relacionado con la estructura de la cromatina Mutantes letales El bloqueo en el reconocimiento entre homólogos, apareamiento o en la recombinación resulta en cromosomas desapareados en diploides

7 Trigo -Triticum aestivum 2n= 6x= A B D a b c d a b c d a b c d 1A Homólogos 1A Homeólogos 1B 1B 1D 1D Disrupción en el reconocimiento entre homólogos podría permitir el apareamiento y la recombinación entre cromosomas relacionados

8 Qué estabiliza estas asociaciones cromosómicas en meiosis? Trigo El locus Ph1 Apareamiento sólo entre cromosomas homólogos en trigo durante meiosis Deleción de 70Mb en 5BS tomado de Sears (1977) IMPORTANCIA DE Ph1 EN MEJORA GENÉTICA Romper apareamiento entre homólogos para favorecer la introgresión de especies relacionadas

9 En qué etapa de la meiosis está el locus Ph1 implicado? Reconocimiento entre homólogos Especificidad cromosómica y proceso de búsqueda Complejo sinaptonémico, proteínas y recombinación Apareamiento y sinapsis 1ª División de la Meiosis Formación de quiasmas Segregación de homólogos vía centrómeros

10 Está alterada la asociación entre homólogos? trigo centeno Cómo seguir los homólogos durante la meiosis? Línea recombinante trigo-centeno =1RS/1DS 1D Homólogos 1D Homeólogos 1B 1B 1A 1A Ph1+ Ph1-100% 34% 66% 1D Homólogos 1D 1D 1D Homeólogos Homólogos Ph1 afecta al proceso del reconomiento entre homólogos

11 Microscopía confocal para estudios de meiosis en meiocitos intactos de trigo Antera de trigo teñida con DAPI

12 Microscopía confocal para estudios de meiosis en meiocitos intactos de trigo Lóculo de una antera de trigo teñida con DAPI

13 Estructura cromosómica y organización nuclear TELÓMEROS Secuencia telomérica repetida de A. thaliana CENTRÓMEROS CCS1 de Brachypodium presente en todos los cereales estudiados TELÓMEROS Sección de una antera de trigo (DAPI) centrómeros telómeros telómeros centrómeros Configuración Rabl

14 Cómo seguir los homólogos durante la meiosis? Línea recombinante trigo-centeno Región distal del cromosoma 1RS por el cromosoma 1DS 1D Homólogos 1D Homeólogos 1B 1B 1A 1A

15 Estudios de meiosis en trigo profase tardía Ph1+ profase temprana Ph1+ y Ph1-100% de los meiocitos Progresión de las regiones teloméricas al inicio de la meiosis en Ph1+ y Ph1- profase tardía Ph1- telómeros segmento de centeno 64% de los meiocitos

16 Cambios en la conformación del ADN Meiosis temprana Ph1+ Cambio conformacional Ph1- Las regiones teloméricas aparean Los cambios en la cromatina restringen a los homólogos para aparear

17 Resumen de los datos sobre telomeros Ph1 incrementa la especificidad de las regiones teloméricas y subteloméricas La condensación de la cromatina no es un cambio generalizado Cuando los cromosomas aparean via telómeros, se induce un cambio en la conformación del ADN que se propaga a lo largo del cromosoma restringiendo a los homólogos que apareen íntimamente

18 Pueden otras regiones provocar el cambio conformacional? Centromeros están involucrados en la segregación de los cromosomas durante la meiosis centrómeros telómeros Qué ocurre en los centrómeros durante la meiosis? Tiene el locus Ph1 algún efecto en su comportamiento?

19 Trigo -Triticum aestivum 2n= 6x= A B D a b c d a b c d a b c d 7B 7B Homeólogos a b c d 7A Homólogos 7A a b c d Homeólogos 7D 7D a b c d

20 Qué ocurre en las regiones centroméricas durante la meiosis? Ph1+ Trigo Hexaploide Ph1+ Trigo Tetraploide Ph1- Ph1- Centrómeros se asocian en 7 grupos cuando empieza la meiosis

21 Microscopía confocal para estudios de meiosis en trigo Hibridación in situ en un lóculo de una antera de trigo en premeoisis centrómeros centrómeros marcados con la sonda CCS1

22 centrómeros Ph1+ Cromosomas íntimamente apareados Telómeros en cluster Ph1- Cambio conformacional propagado Los centrómeros pueden activar el cambio conformacional

23 Trigo -Triticum aestivum 2n= 6x= A B D a b c d a b c d a b c d 7B 7B Homeólogos a b c d 7A Homólogos 7A a b c d Homeólogos 7D 7D a b c d

24 Qué nos dice el comportamiento de los centrómeros? La asociación de los centrómeros en premeiosis no es al azar. Un centrómero de trigo sólo puede aparear con 2 de los 20 centrómeros presentes en el núcleo Ph1 tiene un efecto en premeiosis El apareamiento de los centrómeros ocurre durante la replicación (grupo de Schubert; Jasencakova et al., 2001) y es independiente del de los telómeros durante meiosis Ph1 afecta al proceso de replicación Los centrómeros pueden activar el cambio conformacional

25 Modelo para la asociación cromosómica centrómeros asociados en 7 grupos centrómeros estructura tripartita centrómeros resueltos en pares de homólogos bouquet de telómeros

26 Diagrama de apareamiento cromosómico en trigo premeiosis meioisis 7 grupos segmento de centeno configuranción Rabl telómeros dispersos telómeros en bouquet Ph1 asegura que los centrómeros se asocien en el mismo grupo de 6 cromosomas

27 En qué etapa de la meiosis está el locus Ph1 implicado? Reconocimiento entre homólogos Especificidad cromosómica y proceso de búsqueda Complejo sinaptonémico, proteínas y recombinación Apareamiento y sinapsis 1ª División de la Meiosis Formación de quiasmas Segregación de homólogos vía centrómeros

28 Asociación vía centrómeros y telómeros restringida al trigo? arroz= modelo en cereales (básico para mapeo comparativo), genoma pequeño y secuenciado arroz mijo caña de azúcar maíz sorgo trigo cereal ancestral Adaptado de Moore et al., Curr Biol (1995)

29 Sintenia y mapeo comparativo Familia Poaceae (herbáceas) finales 80 primeros mapas cromosómicos mapa genético especie-específico marcadores moleculares RFLPs ( restriction fragments lenght polymorphism ) arroz bloques lego mapeo comparativo mijo caña de azúcar maíz sorgo trigo cereal ancestral triticeae caña de azúcar maíz sorgo mijo arroz Mapeo comparativo = Herramienta básica en mejora genética vegetal Plantas herbáceas = Excelente acervo genético para transferencia genética Adaptado de Moore et al., Curr Biol (1995)

30 Los centrómeros aparean en premeiosis en arroz cultivado (O. sativa, 2n=24) Los centrómeros y los telómeros aparean también premeioticamente en el arroz cultivado meiocitos en premeiosis centrómeros telómeros centrómeros + telómeros

31 Marcaje de BACs en Oryza Sativa Cromosomas homólogos 40G11 2C21 40G11 + 2C21 2C21 células de la raíz 40G11 centrómeros meiocitos en premeiosis telómeros

32 En ausencia de homólogos, se puede iniciar la señal para cambiar la conformación del ADN? híbrido trigo-centeno A B D R Heterocromatina de centeno telómeros Ph1+ Ph1 - Sí, pero la señal no se propaga a través de la heterocromatina Sí La señal se propaga a través de la heterocromatina pero los knobs se asocian indiscriminadamente

33 Cambios en la conformación del ADN y apareamiento 7 segmentos de centeno diferentes apareamiento inespecífico 7 segmentos de centeno diferentes no apareamiento centenos diferentes 15% apareamiento centenos similares 50% apareamiento centenos idénticos 100% apareamiento

34 Resumen Ph1 Ph1+ Apareamiento restringido a homólogos Centrómeros Ausencia de homólogos Homeólogos aparean Señal iniciada Heterocromatina de centeno Ph1 detiene la propagación de la señal Segmento de centeno telomeros Ph1+ Señal iniciada Ph1-

35 Agradecimientos Prof. Graham Moore y grupo Prof. Antonio Martín y grupo Financiación de los trabajos Financiación de esta reunión Proyecto de Excelencia P06-AGR-0149

36 Bibliografía - Aragon-Alcaide L, Beven A, Moore G, Shaw P (1998) Plant Journal 7: Colas I, Shaw P, Prieto P, Wanous M, Spielmeyer W and Moore G (2008) PNAS (in press) - Griffiths S, Sharp R, Foote T, Bertin I, Wanous M, Reader S, Colas I and Moore G (2006) Nature Martinez-Perez E, Shaw P, Reader S, Aragon-Alcaide L, Miller T and G Moore (1999) J Cell Sci 112: Martinez-Perez E, Shaw P, Moore G (2000) J Cell Biol 148: Martinez-Perez E, Shaw P, Moore G (2001) Nature 411: Moore, G, Gale, MD, Kurata, N and Flavell, RB (1993) Nature Biotech. 11, Prieto P, Santos, AP, Moore G & Shaw, P. (2004a) Chromosoma 112: Prieto P, Shaw P & Moore G (2004b) Nature Cell Bio 6: Prieto P, Moore G, Reader S. (2005) Theor Appl Genet 111: Prieto P, Moore G & Shaw P (2007) Nature Protocols 2: Rawlins DJ, HighettMI and Shaw PJ (1991) Chromosoma 100, Riley R, Chapman V (1958) Nature 182 (4637):