A UGU MOLEKULĀRĀ ĢENĒTIKA
1
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
K URSA APJOMS
2

2 kredītpunkti

11 lekcijas

2 semināri

Patstāvīgais darbs – sagatavot prezentāciju semināram

Nobeigumā – eksāmens
Prasības KP ieguvei: Lekciju apmeklējums, uzstāšanās ar referātu
seminārā un aktīva dalība referātu apspriešanā (50%
atzīmes), sekmīgi nokārtots rakstiskais eksāmens (50%)
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
3
M ĀCĪBU PLĀNS UN LEKCIJU
SARAKSTS
Datums
08.02.2013
15.02.2013
22.02.2013
01.03.2013
Lekcijas temats
Iepazīšanās, ievadlekcija
Augu ģenētikas vēsture. Augi kā ģenētikas modeļorganismi.
Augu genomu struktūra un pētīšanas metodes
Augu genomu struktūra un evolūcija. Genomu polimorfisms, poliploīdija
08.03.2013
Molekulāro marķieri un to genotipēšanas tehnoloģijas un to pielietojums genoma kartēšanā
15.03.2013
22.03.2013
29.03.2013
05.04.2013
12.04.2013
19.04.2013
Kartēšana augos izmantojot eksperimentālas un dabiskas populācijas
Lekcija nenotiek
Lieldienu brīvdienas
Molekulārie marķieri augu selekcijā
Seminārs. Augu genoma struktūra un molekulārie marķieri
Augu - augu patogēnu molekulārā ģenētika un bioloģija
26.04.2013
Augu abiotiskā stresa izturības un hormonālās regulācijas molekulārā ģenētika
03.05.2013
Transgēno augu iegūšanas vēsture, metodes un pielietojums fundamentālos pētījumos. Latvijas
un ES likumdošana ĢMO kultūraugu līdzāspastāvēšanas un ierobežotas izmantošanas jomās
Transgēno augu pielietojums biotehnoloģijā. Ģenētiski modificēti kultūraugi.
10.05.2013
17.05.2013
24.05.2013
Seminārs. Augu abiotiskais un biotiskais stress un ĢMO
Lekcija nenotiek
Eksāmens
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
M ĀCĪBU
4

MATERIĀLI
I
Lekcijas
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
M ĀCĪBU
5

MATERIĀLI
II
Lekcijas
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
6
A UGI KĀ ĢENĒTIKAS
MODEĻORGANISMI

Augi kā ģenētikas modeļorganisms (Mendelis un zirņi)

Wilhelm Ludwig Johannsen, tīro līniju teorija (pupiņas un mieži)

Jack R. Harlan, Robert W. Allard, evolūcija un populāciju ģenētika
(mieži)

Barbara McClintock, krusmijas citoģenētiskie pētījumi, gēnu
novietojums hromosomā, transponējamie ģenētiskie elementi
(kukurūza)
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
7

M ENDEĻA
EKSPERIMENTI
1865. gada raksts “Versuche über Pflanzen-Hybriden" (tulkojums
angļu valodā atrodams http://www.mendelweb.org/)
Prasības eksperimentā izmantotajiem augiem:
1. augiem jāpiemīt nemainīgām, tos atšķirošām īpašībām;
2. šo augu hibrīdiem ziedēšanas laikā jābūt pasargātiem no
apputeksnēšanas ar svešiem putekšņiem;
3. hibrīdiem un to pēctečiem nedrīkst piemist būtiskas atšķirības
auglībā.
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
8

M ENDEĻA EKSPERIMENTU
GĒNS – KROKOTA SĒKLA
Gēns, kas nosaka gludu/krokotu sēklu fenotipu
Bhattacharyya et al. (1990) The wrinkled-seed character of pea described by
Mendel is caused by a transposon-like insertion in a gene encoding starchbranching enzyme. Cell, 60:115-122.
Šo pazīmi nosaka r (rugosus) lokuss. RR un Rr genotipi
nosaka gludas sēklas, bet rr genotips nosaka krokotas
sēklas.
rr sēklās trūkst cietes zarošanās enzīms I (starchbranching enzyme –SBEI). r lokusā ir Ac/Ds
transposona insercija, kas noved pie nefunkcionālas
mRNS sintēzes un cietes, lipīdu un proteīnu biosintēzes
traucējumiem.
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
9
T ĪRĀS
LĪNIJAS
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
10
K VANTITATĪVO PAZĪMJU
SADALĪJUMS
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
Merlin
35
30
25
50
PR-3416
20
55
60
65
70
75
80
85
90
15
10
5
0
95 100 105
Size bins (cm)
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
Forace
Wanubet
718676-19
PR-3415
Hily
HB378
Kombainieris
Golf
Ilga
Riso 1508
1163691-34
L-302
Beatrice
Agra
L-2630
Sencis
PR-3414
Imula
Stendes
Gāte
Priekuļu 60
L-2332
1273300-50
Ballistu
Samson
PR-3351
20
754277-27
60
L-3118
80
Ansis
40
Balga
Frequenccy
SW-1291
0
PR-3534
Barke
PR-3518
1268799-2
813380-13
PR-3679
PR-3005
HOR-9726
Annabell
Kompakt
Fager
1271100-26
11
K VANTITATĪVĀS PAZĪMES
ĢENĒTIKĀ
Plant height (cm)
120
100
Plant height categories (cm)
50
45
40
12
D ISKRĒTĀS UN KVANTITATĪVĀS
PAZĪMES ĢENĒTIKĀ

Mendelis strādāja ar diskrētām pazīmēm «dzeltens» – «zaļš», «rievots»
– «gluds», pie tam katru pazīmi noteica viena gēna dažādas alēles

Johansens strādāja ar kvantitatīvu pazīmi «pupiņu garums, cm», kuru
nosaka gan gēni (tāpēc iespējamas tīrās līnijas), gan vides faktori (tāpēc
variācija tīrās līnijas ietvaros)

Vairums pazīmju dabā ir kvantitatīvas – tās nosaka vairāki gēni, kā arī
vides faktori (fenotips = gēni + vide)

Vēsturiski uzskatīja, ka Mendeļa un kvantitatīvā ģenētika ir dažādas
lietas, bet tagad ir zināms, ka kvantitatīvā ģenētika arī balstās uz
Mendeļa likumiem
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
13
E VOLŪCIJAS

Alllard RW (1988) The Wilhelmine E. Key
1987 invitational lecture. Genetic
changes associated with the evolution of
adaptedness in cultivated plants and
their wild progenitors. J Hered, 79: 225 –
238

Composite cross II – izveido 1928. gadā J.
Harlan. Krusto 28 miežu šķirnes, no
iegūtajiem 378 krustojumiem izsēj
vienādu daudzumu F1 sēklu. Ievākto ražu
apkopo un no tās izsēj nejaušu paraugu.
To atkārto līdz F60.
PĒTĪJUMI
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
14
M IKROEVOLŪCIJA MIEŽU
POPULĀCIJĀ

Evolūcija – iedzimstošas izmaiņas organismos vai populācijās vairāku
paaudžu laikā, īpašību nodošana nākamajām paaudzēm ar izmaiņām

Mikroevolūcija – evolūcija sugas iekšienē, ģenētiskās izmaiņas
populācijās un ģenētiskā diferenciācija starp populācijām

Pielāgotība (adaptedness) – organisma spēja dzīvot un vairoties noteiktā
vidē

Pielāgošanās (adaptation) – organisma vai populācijas pielāgošanās
noteiktai videi

Fitness – genotipa vidējais ieguldījums populācijā salīdzinot ar citiem
genotipiem
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
15
E VOLŪCIJA CCII
POPULĀCIJĀ

CCII paaudžu gaitā bija novērojamas būtiskas kvalitatīvo pazīmju
(morfoloģiskās pazīmes, slimību izturība, izoenzīmi, rDNS
restrikcijas fragmenti) alēļu frekvenču izmaiņas

CCII kopumā turpināja pieaugt pielāgotība noteiktiem vides
apstākļiem

Visiem marķieru lokusiem bija būtiska ietekme uz vairākām
kvantitatīvām pazīmēm

Jau agrīnās paaudzēs izveidojās būtiskas asociācijas starp alēlēm
dažādos lokusos
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
16
A LĒĻU FREKVENČU IZMAIŅAS
ESTERĀZES LOKUSĀ
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
17
T RANSPONĒJAMI ĢENĒTISKIE
ELEMENTI

Nobela prēmija medicībā 1983. gadā "for her discovery of mobile genetic
elements“

Mutable Loci in Maize (1948)

http://profiles.nlm.nih.gov/LL/
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
18
A C /D S TRANSPOZONU
SISTĒMA
http://www.mun.ca/biology/scarr/Ac-Ds_system_genetics2.html
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
19
A C /D S SISTĒMAS PIELIETOJUMS
FUNKCIONĀLAJĀ GENOMIKĀ

Lazarow and Lutticke (2009) An Ac/Ds-mediated gene trap
system for functional genomics in barley. BMC Genomics, 10:
55

Izveido transgēnu miežu līniju, kura satur Ac transpozāzi, kā
arī vairākas līnijas, kas satur uz Ds elementa bāzes veidotu
konstrukciju, kas ekspresē GUS marķieri. Krusto Ac līniju ar
Ds līnijām, F1 un F2 augos novēro GUS marķiera aktivitāti.
Sekvences analīze liecina, ka Ds elements ar GUS marķieri
insertējas gēnu tuvumā miežu genomā
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
20
P OLIPLOĪDIJA , HROMOSOMU
SEGREGĀCIJA , MEJOTISKĀ
KRUSTMIJA

Polyploidy in Zea Mays L (1926)

A Correlation of Cytological and Genetical Crossing-Over in
Zea Mays (1931)

The Order of the Genes C, Sh, and Wx in Zea Mays with
Reference to a Cytologically Known Point in the
Chromosome (1931)

The Correlation of Cytological and Genetical Crossing-Over
in Zea Mays. A Corroboration (1935)
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
21
N ORMANS B ORLAUGS UN “Z AĻĀ
REVOLŪCIJA ”

Normans Borlaugs (1914. – 2009.), Nobela miera prēmijas
laureāts 1970. gadā

Augu patologs, ģenētiķis un selekcionārs

Pazīstams ar savu darbu CIMMYT (Centro Internacional de
Mejoramiento de Maíz y Trigo, International Maize and
Wheat Improvement Center, Mexico) pie jaunu kviešu šķirņu
veidošanas un popularizēšanas Meksikā, Indijā, Pakistānā

“Zaļā revolūcija” notika pateicoties jaunām šķirnēm,
pesticīdu pielietojumam un agrotehniskajiem pasākumiem
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
22
N ORMANS B ORLAUGS UN “Z AĻĀ
REVOLŪCIJA ”
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
23

N ORMANS B ORLAUGS UN “Z AĻĀ
REVOLŪCIJA ”
The green revolution in India and Pakistan ... is neither a stroke of luck
nor an accident of nature. Its success is based on sound research, the
importance of which is not self-evident at first glance. For, behind the
scenes, halfway around the world in Mexico, were two decades of
aggressive research on wheat that not only enabled Mexico to become
self-sufficient with respect to wheat production but also paved the way
to rapid increase in its production in other countries. It was in Mexico
that the high-yielding Mexican dwarf varieties were designed, bred, and
developed. There, also, was developed the new production technology
which permits these varieties, when properly cultivated, to express their
high genetic grain-yield potential - in general, double or triple that of the
best yielders among older, tall-strawed varieties.
http://nobelprize.org/nobel_prizes/peace/laureates/1970/borlaug-lecture.html
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
24

N ORMANS B ORLAUGS UN “Z AĻĀ
REVOLŪCIJA ”
Equally as important as the transfer of the new seed and new
technology from Mexico to India and Pakistan was the introduction from
Mexico of a crop-production campaign strategy. This strategy harnessed
the high grain-yield potential of the new seed and new technology to
sound governmental economic policy which would assure the farmer a
fair price for his grain, the availability of the necessary inputs - seed,
fertilizers, insecticides, weed killers, and machinery - and the credit with
which to buy them. Collectively these inputs and strategy became the
base from which the green revolution evolved.
http://nobelprize.org/nobel_prizes/peace/laureates/1970/borlaug-lecture.html
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
25
A UGU FILOĢENĒZE UN
TAKSONOMIJA

Sauszemes augu sporas
pirmoreiz parādījās 476
miljonus gadu vecos iežos

Pirmās vaskulāro augu
fosīlijas datētas no Silūra
(415 – 440 miljoni g.)

Pirmie ziedaugi parādās
pirms apm. 130 miljoniem
gadu
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
26
A UGU
SISTEMĀTIKA

Sistemātika (nozare) un taksonomija (apakšnozare)

Taksonomijā izmantojamās pazīmes :
Morfoloģiskās pazīmes – lapas forma un anatomija,
reproduktīvo orgānu morfoloģija, ziedu forma un anatomija,
embriju un dīgstu forma, vasas un sakņu forma
Bioķīmiskās pazīmes – fotosintēzes ceļi, izoenzīmi, hloroplastu
un kodola genoms, metabolīti
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
27
M IKROSKOPIJA AUGU
TAKSONOMIJĀ
Orhidejas Lycaste c.f. tricolor putekšņlapas
Lahaye et al. (2008) PNAS, 105: 2923
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
28
A UGU
TAKSONOMIJA

Taksonomija – sadala dzīvos organismus grupās (taksonos)
un sakārto tos hierarhiskā secībā balstoties uz to līdzības
pakāpi

Filoģenētiskā taksonomija – atspoguļo taksonomisko vienību
evolucionāro vēsturi
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
29
M OLEKULĀRIE MARĶIERI
TAKSONOMIJĀ

Molekulārie dati sniedz nepastarpinātu informāciju par organismu
genomu, tos iespējams interpretēt izmantojot precīzi definējamus
evolūcijas modeļus

Molekulārās metodes ļauj analizēt tādus organismus, kuri nav pieejami
standarta metodēm, piemēram, nekultivējami mikroorganismi, vai
herbārija paraugi

Molekulāro marķieru informācija ir daudz plašāka nekā fenotipiskā
informācija

Molekulārie marķieri palīdz atšķirt homoloģiju un analoģiju

Molekulārie dati ļauj tieši salīdzināt ģenētiskās diferenciācijas pakāpi
dažādās taksonomiskās grupās, piemēram, zivīs un putnos
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
30
M ORFOLOĢISKĀS PAZĪMES UN
MOLEKULĀRIE MARĶIERI
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
31
G RAUDZĀĻU (P OACEAE )
SISTEMĀTIKA
Filoģenēze rekonstruēta balstoties uz
morfoloģijas un anatomijas datiem,
hloroplastu genoma datiem (cpDNA
restrikcijas analīze, rbcL, ndhF, rpoC2 un rps4
sekvences) un kodola genoma datiem (rDNS,
GBSSI (waxy) un fitohroma B sekvences)
Kellog E (1998) PNAS, 95: 2005
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
32
F ENOTIPS UN GENOTIPS
SISTEMĀTIKĀ
O’Leary et al. (2013) The
placental mammal ancestor and
the post-K-Pg radiation of
placentals. Science, 339:662
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
33
DNS SVĪTRKODS UN GENOMU
SEKVENCES
Kress and Erickson (2008) PNAS, 105: 2761
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
DNS
34
SVĪTRKODS

DNS svītrkods – īsa (400 – 800 bp) DNS sekvence dažādu taksonu
identifikācijai un klasifikācijai

Pirmā starptautiskā konference “Barcoding of Life”, Londonas Dabas
vēstures muzejā, Londonā, 2005. gada februārī
http://barcoding.si.edu/history.html
Priekšnoteikumi DNS svītrkodu pielietojumam:
Sekvences pietiekami polimorfas, lai atšķirtu radniecīgas sugas
Polimorfo rajonu flankējošie rajoni ir konservatīvi un ļauj veidot
universālus PCR praimerus
Sekvencēm jābūt pietiekami īsām, lai atbilstu mūsdienu tehnoloģiju
iespējām
2013.
15.
GADA
FEBRUĀRIS
35
CBOL – CONSORTIUM FOR THE
BARCODE OF LIFE

http:// http://www.barcodeoflife.org/; http://www.boldsystems.org/

Dzīvniekiem visplašāk pielieto mitohondriju genomā kodētās citohroma
c oksidāzes 1. subvienības 5’ rajonu (COI)

Augiem COI rajons nav pielietojams. Izmantoti tiek vairāki citi gēni,
galvenokārt no hloroplastu genoma
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
36
DNS SVĪTRKODA GĒNU
DAUDZVEIDĪBA
Lahaye et al. (2008) DNA barcoding the floras of biodiversity hotspots. PNAS, 105: 2923
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
37
P LANT GENETICS AND
ENVIRONMENT

Science Matters: Plant Genetics and the Environment (Dr. Julian
Schroeder, UCSD)

http://www.youtube.com/watch?v=fghFaDlgc-E
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
A UGU GENOMU STRUKTŪRA
41
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
A UGU
42

Kodola genoms

Mitohondriju genoms

Hloroplastu genoms

Papildus informācija par augu genomiem:
GENOMI
http://www.ndsu.nodak.edu/instruct/mcclean/plsc731/genome/genome1.htm
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genomes/PLANTS/PlantList.html
http://www.arabidopsis.org/portals/genAnnotation/other_genomes/index.jsp
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
G ENOMISKĀS DNS
43
RENATURĀCIJAS KINĒTIKA

Denaturēta DNS renaturēsies balstoties uz DNS bāzu pāru
komplementaritātes principu

Renaturācijas kinētika ļauj raksturot genoma sekvences, jo renaturācija
balstās uz nejaušu komplementāru DNS fragmentu sadursmi

C0 x t1/2 raksturo noteikta DNS sekvences veida renaturāciju, kur
C0 = DNS molārā koncentrācija
t1/2 = laiks, kas nepieciešams, lai puse DNS
molekulu renaturētu
Jo lielāks C0t1/2, jo lēnāka reakcija
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
44
http://plantgenome.agtec.uga.edu/CBCS/hub/webpages/cot.htm
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
45
C 0 T 1/2
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
46
C 0 T 1/2 VĒRTĪBA ATKARĪGA NO
GENOMA KOMPLEKSITĀTES
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
47
G ENOMA
KOMPLEKSITĀTE

Genoma kompleksitāti definē kā kopīgo unikālo (savstarpēji
atšķirīgo) sekvenču garumu

E. coli genoma kompleksitāte ir 4.2 x 106, kas atbilst tā genoma
izmēriem, jo šajā genomā visas sekvences ir unikālas

C0t1/2 tieši saistīts ar DNS daudzumu genomā - jo genoms
kompleksāks, jo mazāks katras unikālās sekvences kopiju skaits

Piemēram, 12 pg E. coli genomiskās DNS satur 3000 kopijas no katra
gēna, bet tas pats daudzums cilvēka genomiskās DNS tikai 4 kopijas
katra gēna
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
48
E IKARIOTU GENOMU C 0 T 1/2
ANALĪZE

Eikariotu genoma C0t1/2 analīzes
līkne atšķiras no baktēriju līknes

Eikariotu genoms satur vairākus
komponentus, katru ar savu C0t1/2
vērtību

Lēnais (augstas C0t1/2 vērtības)
komponents satur gēnus, kurus veido
unikālas DNS sekvences

Piemēram, sorgo genomā lēnais
komponents atbilst 700 mb (24%) no
genoma (Peterson et al. (2002) Genome
Res, 12: 795
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
49
G ENOMU
IZMĒRU SALĪDZINĀJUMS
100000.00
10000.00
1000.00
100.00
10.00
1.00
0.10
0.01
0.00
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
A UGU
50
2000. g.
2002. g.
2002. g.
2005. g.
GENOMU SEKVENCES
2006. g.
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
51
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
52
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
53
A UGU
GENOMU SEKVENĒŠANA

Brachypodium distachyon genoms nosekvenēts
http://www.brachypodium.org/

Kukurūzas (Zea mays) genoms nosekvenētshttp://www.maizegdb.org/

Kviešu (Triticum aestivum)
(http://www.wheatgenome.org/) un miežu
(Hordeum vulgare) (http://www.etgi.org)
genoma sekvenēšana
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
54
A UGU GENOMU
SEKVENĒŠANAS STRATĒĢIJAS

Sekvenēt visu genomu, ieskaitot gēnus un atkārtojumus

Sekvenēt tikai to genoma daļu, kas ir unikāla (gēni, regulācijas
elementi, nedaudz atkārtojumu)

Whitelaw et al. (2003) Enrichment of Gene-Coding Sequences in
Maize by Genome Filtration. Science, 302: 2118
(http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/302/5653/2118?ck=nck)
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
55
A UGSTĀ C 0 T 1/2 GENOMA
SEKVENĒŠANA

Sekvenēt tikai to genoma daļu, kas ir unikāla (gēni, regulācijas
elementi, nedaudz atkārtojumu)

Veic genomiskās DNS renaturāciju un izdala frakciju ar augstu C0t1/2
vērtību. Veido genomiskās DNS bibliotēkas no šīs DNS un veic
tradicionālo sekvenēšanu

http://www.mgel.msstate.edu/press/gt.pdf
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
56
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
57
M ETILFILTRĒŠANAS
METODE

Sekvenēt tikai to genoma daļu, kas ir unikāla (gēni,
regulācijas elementi, nedaudz atkārtojumu)

Genomā atrodamie atkārtojumi (transpozoni,
retrotranspozoni) parasti ir metilēti (citozīna metilācija,
CpG vai CpNpG)

Genomiskā DNS tiek klonēta baktēriju celmā, kas sašķeļ
metilētu DNS

Pāri palikušie kloni pārsvarā satur gēnus un to
regulācijas elementus
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
58
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
59
http://www.vialactia.com/_attachments/Dallas2003_Ryegrass_GeneThresher_Poster.pdf
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
60
G ENOMA
SEKVENĒŠANA

Fiziskā karte un ģenētiskā karte; lielu, vidēju un mazu
genomiskās DNS klonu bibliotēkas; sekvenē klonu pēc klona,
savāc genoma sekvenci no savstarpēji pārklājošamies kloniem

Shotgun sekvenēšana; mazu un vidēju klonu bibliotēkas;
savāc genoma sekvenci visu uzreiz

Abas pieejas balstās uz Sangera didezoksiterminatoru
sekvenēšanu, par kuru viņš 70-tajos gados saņēma Nobela
prēmiju
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
61
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
62
G ENOMA
SEKVENĒŠANA
Green (2001) Strategies for the systematic sequencing of complex genomes.
Nat Rev Genetics, 2: 573
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
63

G ENOMA
SEKVENĒŠANA
DOE JGI Whole Genome Shotgun Sequencing, part 1
http://www.youtube.com/watch?v=RLsb0pMx_oU

DOE JGI Whole Genome Shotgun Sequencing, part 2
http://www.youtube.com/watch?v=eJ3WvQsPLUk

DOE JGI Whole Genome Shotgun Sequencing, part 3
http://www.youtube.com/watch?v=VhH-SJKGAPo
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
64
N EXT GENERATION SEQUENCING

Līdz šim genomu sekvenēšanai izmantoja Sangera
sekvenēšanu – sekvenēšana ar sintēzi izmantojot
fluorescenti iezīmētus didezoksinukleotīdu terminatorus

Next generation sequencing balstās uz citiem principiem

NGS ir apkopojošs nosaukums vairākiem atšķirīgiem
sekvenēšanas protokoliem

454 (Roche), ABI Solid, Illumina Solexa, Helicos HeliScope
Schendure and Hanlee (2008) Next-generation DNA sequencing. Nat Biotech 26:1135
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
65

G ENOMU SEKVENĒŠANA – N EXT
G ENERATION S EQUENCING
NGS video apskats
http://www.youtube.com/watch?v=g0vGrNjpyA8&feature=channel

Bioinformātika nākamās paaudzes sekvenēšanas datiem
http://www.oxfordjournals.org/our_journals/bioinformatics/nextge
nerationsequencing.html

NGS posteris
http://www.nature.com/nrg/posters/sequencing/Sequencing_tech
nologies.pdf
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
66
454 (R OCHE ) GS FLX T ITANIUM
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
67
I LLUMINA (S OLEXA ) G ENOME
A NALYZER
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
68
I NDIVĪDA GENOMA SEKVENCE

Cilvēka genoma projekts (1990. – 2003.) noteica pilnu
cilvēka genoma sekvenci, taču tā ir dažādu indivīdu genomu
hibrīds

Levy et al. (2007) The diploid genome sequence of an
individual human. PLoS Biol 5: e254
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
A UGU GENOMA STRUKTŪRA –
69
GĒNI

Proteīnus kodējošie gēni, rRNS gēni, tRNS gēni, citi RNS gēni,
genoma atkārtojumos esošie gēni

Gēnu izmēri

Gēnu izvietojums genomā

Intronu – eksonu struktūra
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS
70

G ENOMA STRUKTŪRAS SALĪDZINĀJUMS
Gēnu skaits
Cilvēks – 20 000 – 25 000
Arabidopsis – 25 498
Rīsi – 32 000 – 55 000

Gēnu blīvums un gēnu struktūra
Vidējais introna garums cilvēkam – 5.5 kbp, Arabidopsis – 152 bp, rīsiem – 387 bp
Vidējais kopējais intronu izmērs cilvēkam – 42 kbp, Arabidopsis – 0.74 kbp, rīsiem
– 1.8 kbp
Vidējais kopējais eksonu garums cilvēkam – 1.49 kbp (8.7), Arabidopsis – 1.35 kbp
(5.7), rīsiem – 1.34 (5.7)
Ren et al. (2006) In plants, highly expressed genes are the least compact. TIG, 22:528
2013. GADA 15. FEBRUĀRIS