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Comparative analysis of repetitive DNA fractions in selected species of Capsicum (Solanaceae)
Rosemarie Benthen
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Biologische Chemie
Betreuer*in
Hanna Schneeweiss
DOI
10.25365/thesis.74812
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-16184.38238.357759-7
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Alle Arten der Gattung Capsicum sind diploid, variieren jedoch erheblich in ihrer Genomgröße. Daher ist die Gattung ein gut geeignetes System, um Muster und Dynamiken der Veränderungen von Familien repetitiver DNA-Elemente und deren Auswirkungen auf die Evolution des Genoms und Karyotyps zu untersuchen. Die basalste und älteste Klade der Gattung Capsicum - die Anden-Klade - umfasst neun wilde Arten mit einer Chromosomenzahl von x = 13 und den kleinsten Genomen aller Capsicum Arten. Die genomweite vergleichende Repeat-Profil Analyse und die physische Kartierung identifizierter Tandem Repeats in mitotischen Metaphase-Chromosomen tragen zu einem besseren Verständnis der Evolution der analysierten Genome bei und können dazu beitragen, ihre phylogenetischen Beziehungen zu klären. Ziel dieser Arbeit war es, die Genome und Karyotypen von drei eng verwandten Mitgliedern der Anden-Klade der Paprika zu charakterisieren: C. rhomboideum, C. lanceolatum und C. piuranum. Sowohl individuelle als auch vergleichende Analysen der Repeatome der drei Genome mit RepeatExplorer zeigten, dass ein Drittel dieser Genome aus verschiedenen Arten repetitiver DNA-Elemente bestand. Ähnlich wie bei anderen Capsicum Arten und auch bei anderer Solanacae Gattungen waren die Retroelemente am häufigsten vertreten, wobei Ty3-gypsy Elemente in allen Taxa dominierten. Im Vergleich zu C. rhomboideum (20%) und C. piuranum (17%) hatte C. lanceolatum den geringsten Anteil an Gypsy-Elementen (7%), was mit seiner auffällig kleinen Genomgröße korrelierte. In allen drei Arten waren mehrere Satelliten-DNAs in hoher Menge vorhanden, vor allem in C. lanceolatum waren sie die am häufigsten vorhandenen Repeat Typen (11%). Einige der neu identifizierten satDNAs zeigten starke Ähnlichkeit zu drei CapSat DNA-Familien, die in einer früheren gattungsweiten Analyse gefunden wurden. Die Lokalisierung der drei häufigsten Tandem Repeat Familien CapSat3, CapSat10 und CapSat11 in den Chromosomen mittels Fluorescent in situ Hybridisation (FISH) ermöglichte eine detaillierte Charakterisierung aller Chromosomensätze. Die gemeinsame Lokalisierung von CapSat3 und CapSat11 war besonders informativ und ermöglichte die Identifizierung einzelner Chromosomen in allen drei Karyotypen. Das macht sie zu wertvollen chromosomalen Markern für zukünftige Analysen der übrigen Arten der Anden-Klade. Übereinstimmungen in den repetitiven DNA-Profilen sowie die Anzahl und Verteilung der satDNA-Loci deuteten auf eine engere phylogenetische Beziehung zwischen C. rhomboideum und C. piuranum hin.
Abstract
(Englisch)
All species of the genus Capsicum are diploid, but vary greatly in genome size. Therefore, this genus is a perfect system in which to investigate the patterns and dynamics of changes of the families of repetitive DNA elements and their impact on genome and karyotype evolution. The most basal and oldest clade of the genus Capsicum - the Andean clade - comprises nine wild species with a chromosome number of x = 13 and the smallest genomes of all chile peppers. Comparative genome-wide repeat profile analysis and physical mapping of identified tandem repeats in mitotic metaphase chromosomes contributes to a better understanding of the evolution of the analysed related genomes and can help to elucidate their phylogenetic relationships. This study aimed to characterize the genomes and karyotypes of three closely related members of the Andean clade of chile peppers: C. rhomboideum, C. lanceolatum and C. piuranum. Both individual and comparative analyses of the repeatomes of the three genomes using RepeatExplorer revealed that a third of these genomes was composed of various repetitive DNA element types. Similar to other Capsicum species and also other genera of Solanaceae, the retroelements were most abundant with Ty3-gypsy elements dominating in all taxa. Capsicum lanceolatum possessed the lowest share of gypsy elements (7%) compared to C. rhomboideum (20%) and C. piuranum (17%), which correlated with its notably lower genome size. A number of tandemly repeated satellite DNA families was present in high abundances in all three species, especially in C. lanceolatum where they represented the most abundant repeat types (11%). Several of the newly identified satDNAs showed strong homologies to three CapSat DNA families recovered in a previous genus-wide analysis. Localization of the three most abundant tandem repeat families CapSat3, CapSat10 and CapSat11 in the chromosomes using fluorescent in situ hybridization (FISH) allowed for detailed characterization of all chromosomal sets. Simultaneous localization of CapSat3 and CapSat11 was particularly informative, allowing for identification of individual chromosomes within all three karyotypes and thus, providing valuable chromosomal markers for future analyses of the remaining species of the Andean clade. Similarities in repetitive DNA profiles as well as the numbers and distribution of satDNA loci indicated closer phylogenetic relationship of C. rhomboideum and C. piuranum.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
repetitive DNA Satelliten DNA FISH Capsicum
Schlagwörter
(Englisch)
repetitive DNA satellite DNA FISH Capsicum
Autor*innen
Rosemarie Benthen
Haupttitel (Englisch)
Comparative analysis of repetitive DNA fractions in selected species of Capsicum (Solanaceae)
Paralleltitel (Deutsch)
Vergleichende Analyse repetitiver DNA-Fraktionen in ausgewählten Capsicum-Arten (Solanaceae)
Publikationsjahr
2023
Umfangsangabe
90 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Hanna Schneeweiss
AC Nummer
AC17009579
Utheses ID
69311
Studienkennzahl
UA | 066 | 863 | |