Laboratoř cytogenetiky pavoukovců
Vedoucí:
doc. RNDr. Jiří Král, CSc.
Katedra genetiky a mikrobiologie
Viničná 5, 1NP, místnost P6
Viničná 5, 1NP, místnost P3
Viničná 5, 1NP, místnost P5
Viničná 5, 1NP, místnost P7
Kde nás najdete:
Budova Viničná 5, Praha 2 - Nové Město, 128 43
přízemí (místnosti P3, P5, P5a, P6, P7)
Výzkumná problematika
Laboratoř cytogenetiky se jako jedna z mála na světě specializuje na výzkum chromozómů u pavoukovců, kteří jsou značně diverzifikovanou, ale málo prozkoumanou skupinou živočichů. Z více než 100 000 druhů pavoukovců (do této třídy patří kromě pavouků také štíři, sekáči, roztoči a další skupiny) je zatím cytogeneticky prozkoumán jen nepatrný zlomek, ale i ten odhalil mnoho zajímavého. V důsledku značné karyotypové diverzity najdeme u pavoukovců řadu skupin, které mohou být modelovými organizmy pro objasnění různých aspektů biologie chromozomů. V naší laboratoři jsme se zaměřili hlavně na evoluci karyotypu a pohlavních chromozomů. Na vhodných modelech však studujeme i další témata. Jedná se např. o evoluci holokinetických chromozómů a meiotického dělení, změny v organizaci genomu spojené s polyploidizací či evolucí sociálního chování. Podílíme se rovněž na výzkumu cytogenetiky dalších skupin bezobratlých i cizopasných prvoků.
U pavouků je častý neobvyklý systém pohlavních chromozómů X1X20 (0 znamená absenci chromozómu Y). Samci tedy nesou dva nehomologické chromozómy X (X1 a X2), samice mají dva páry chromozómů X (X1X1X2X2). Tento systém je u pavouků značně rozšířen. I když se pravděpodobně jedná o fylogeneticky původní chromozomové určení pohlaví u pavouků, jeho vznik nebyl dosud vysvětlen. Různými chromozómovými přestavbami vznikají ze systému X1X20 často velmi složité sekundární systémy pohlavních chromozómů s vyšším počtem chromozomů X (u některých sklípkanů až 13).
Součástí našeho výzkumu je vysvětlení vzniku systému X1X20 a objasnění mechanizmů, které jsou zodpovědné za zvyšování počtu chromozomů X v karyotypech pavouků. Podle naší hypotézy hrály při vzniku systému X1X20 (popř. systémů s vyšším počtem chromozomů X) důležitou úlohu duplikace celých pohlavních chromozomů, které jsou jinak u ostatních organizmů vzácné a vedou k závažným poruchám pohlavního fenotypu a sterilitě (např. u člověka). Snažíme se rovněž detekovat specifické cytologické mechanizmy, které umožnily začlenění kopií pohlavních chromozomů do genomu a jejich strukturní diferenciaci. Ke vzniku nových pohlavních chromozomů docházelo v evoluci pavouků ale i přestavbami mezi pohlavními chromozomy a autozomy. Z uvedeného vyplývá, že pavouci jsou atraktivním modelem pro analýzu vzniku a evoluce pohlavních chromozómů. Z hlediska diverzity pohlavních chromozomů jim mohou další skupiny živočichů jen stěží konkurovat.
Některé skupiny pavoukovců mají tzv. holokinetické (holocentrické) chromozómy. Z evolučního hlediska se jedná o odvozený typ chromozomů, které postrádají centromeru. Jejich kinetochor (struktura, na kterou se upínají mikrotubuly dělícího vřeténka) pokrývá většinu povrchu chromozomu. Zajímavé odchylky lze očekávat v karyotypové evoluci organizmů s těmito chromozomy. V důsledku neobvyklé stavby chromozomů mohou být totiž fixovány i některé velmi neobvyklé chromozomové přestavby. Karyotypy organizmů s holokinetickými chromozomy jsou také často plastičtější, i blízce příbuzné druhy se mohou značně lišit karyotypy. Této skutečnosti využíváme při analýze speciačních událostí u některých druhových komplexů pavouků. Chromozomové přestavby se v tomto případě podílely na vytváření mezidruhových bariér.
Ačkoliv jsou pavouci ve většině samotářští, u několika málo druhů se vyvinul společenský způsob života, který by snesl srovnání s komunitami blanokřídlého hmyzu. Právě u blanokřídlých jsou dobře známy specifické modifikace genomu, které zvyšují genetickou podobnost členů kolonie a podporují tak evoluci sociality. Jiné cytogenetické mechanizmy se uplatňovaly v evoluci sociality u termitů a australských sociálních pavouků Delena cancerides. Naším modelovým systémem jsou v tomto případě stepníci rodu Stegodyphus, u nichž zkoumáme, jak socialita ovlivňuje stavbu genomu u pavouků.
Laboratoř cytogenetiky je dostatečně vybavena pro metody klasické (příprava preparátů a pruhovací techniky) a molekulární cytogenetiky (různé varianty fluorescenční in situ hybridizace (FISH) včetně celochromozomových sond a celogenomových hybridizací (CGH)). Při optimalizaci molekulárně cytogenetických postupů spolupracujeme s dalšími cytogenetickými pracovišti. Ve specializovaných laboratořích PřF UK v Praze a partnerských laboratořích používáme při svém výzkumu také průtokovou cytometrii, transmisní elektronovou mikroskopii a bioinformatické přístupy. Naše výsledky bývají začleněny do aktuálních molekulárně fylogenetických schémat. Naše práce zahrnuje i sběry v terénu na domácích i zahraničních expedicích (Střední Asie, Izrael, Mexiko, Namibie aj.). Zahraniční expedice jsou organizovány na základě intenzivní spolupráce s arachnologickými pracovišti. V rámci této činnosti jsme se mimo jiné podíleli i na řešení projektu US National Science Foundation "Global Survey and Inventory of Solifugae".