1

Yeast, Flies, Worms, Zebrafish, Mice, Arabidopsis

As simple as possible to study the trait of interest: phage, bacteria, etc.

BALANCE between these criteria

An important part of the GMOD project is ensuring that the software components are interoperable. To this end, many of the tools use a common input/output file format

https://en.wikipedia.org/wiki/File:Caenorhabditis_elegans.jpghttps://en.wikipedia.org/wiki/File:Lightmatter_lab_mice.jpg

2

When challenged by starvation, the amoeba collect into aggregates and develop into multicellular fruiting bodies.

Signal transduction, chemotaxis (cAMP signals during starvation ‐> aggregation), disease, phagocytosis and cellular differentiation.

completed the genome sequence in 2005D. Discoideum also has one of the most AT‐‐‐biases genomes known (78% AT, 22% CG)

VIDEO:https://www.youtube.com/watch?v=bkVhLJLG7ug

https://strassmannandquellerlab.wordpress.com/http://www.nih.gov/science/models/d_discoideum/http://genomics.nimr.mrc.ac.uk/online/dicty‐fl‐db.htmlhttp://dictybase.org/https://strassmannandquellerlab.wordpress.com/home/photos/

3

The micronucleus, which harbors the germ‐line genome, maintains its DNA in a silent, unabridged form to pass on to the next generation. The macronucleus, which contains the somatic genome, carries an active “Reader’s Digest” version the genome that has been highly edited.

removal of nearly 20 Mbp = internal eliminated sequences104 Mb in length macronuclear genome ‐‐ Sequenced by the Broad instituteUGA, the only T. thermophila stop codon, is used in some genes to encode selenocysteine, thus making this organism the first known with the potential to translate all 64 codons in nuclear genes into amino acids.

Also used to study  cytoskeleton; dynein was first isolated

Telomeres ‐ The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2009 jointly toElizabeth H. Blackburn, Carol W. Greider and Jack W. Szostakfor the discovery of "how chromosomes are protected by telomeres and the enzyme telomerase"

Ribozymes 1989 Nobel Prize in chemistry jointly toProfessor Sidney Altman, Yale University, New Haven, Connecticut, USAProfessor Thomas Cech, University of Colorado, Boulder, USA

4

for their discovery of catalytic properties of RNA.

The Genetics and Epigenetics of Developmentally‐Programmed DNA Rearrangements;

chromosomal rearrangement that occurs during development of the ciliated protozoan Tetrahymena thermophila in which as many as 6,000 DNA segments are coordinately excised from the newly forming somatic nucleus.how eukaryotic cells can differentially regulate genes within the genome and thereby uncover mechanisms of epigenetic regulation.Small RNAs that are generated during meiosis guide the cell as to what DNA should be removed

http://www.biology.wustl.edu/faculty/chalker/current.htmlhttp://www.biology.wustl.edu/faculty/chalker/research.htmlhttp://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.0040286

4

Ursula Goodenough; molecular basis and evolution of life‐cycle transitionslipid‐body biogenesis inChlamydomonas, the goal being to contribute to the international effort to produce algal biodieselsexual adhesion mechanism, A fascinating feature of the Chlamydomonas sexual cycle is its mode of uniparental inheritance of organelle DNA: chloroplast chromosomes deriving from theminus parent are selectively destroyed in the zygote, as are mitochondrial chromosomes deriving from the plus parent.

The Dutcher Lab studies the assembly and function of basal bodies/centrioles and cilia (motor and sensory)During interphase, basal bodies are found at the anterior end of the cell at the proximal ends of the two flagella. During mitosis, the flagella are resorbed and the basal bodies are located near the poles of the mitotic spindle.

How do cells move?How do cells respond to light? (an "eyespot" that senses light)How do cells recognize one another?How do cells generate regular, repeatable flagellar waveforms? How do cells regulate their proteome to control flagellar length?How do cells respond to changes in mineral nutrition? (nitrogen, sulfur, etc.)

5

Also Jim Umen’s lab studies them @ Danforth Plant Sciences

https://en.wikipedia.org/wiki/File:UrsaMajor.jpghttps://en.wikipedia.org/wiki/File:Cross_section_of_a_Chlamydomonas_reinhardtii_algae_cell,_a_3D_representation.jpghttps://en.wikipedia.org/wiki/File:Chlamydomonas6‐1.jpghttp://news.wustl.edu/news/PublishingImages/11112_RJB_Susan%20Dutcher_006_standalone.jpghttp://www.genetics.wustl.edu/sdlab/

5

spherical colonies of up to 50,000 cellsfirst reported by Antonie van Leeuwenhoek in 1700The cells haveeyespots

Cell Size Homeostasis and the RB Tumor Suppressor Pathway multiple fission cell cycle of Chlamydomonas uncouples cell growth and division and allows us unique access to a size checkpoint mechanism. A key regulator of this checkpoint is the Chlamydomonas retinoblastoma (RB) tumor suppressor pathway,

Evolution of Developmental Complexity and Multicellularity

Volvox carteri, a species that embodies many of the hallmarks of multicellular metazoans or plants. These include terminally differentiated somatic cells, reproductive stem cells, complex embryonic patterning, and formation of sexually dimorphic germ cells (eggs and sperm), none of which are present in its unicellular relative Chlamydomonas.

Jim Umen is the corresponding author on the genome paper

https://en.wikipedia.org/wiki/File:Mikrofoto.de‐volvox‐4.jpghttp://www.algaeindustrymagazine.com/algae‐discovery‐reveals‐origin‐sexes/http://www.phytozome.net/volvox.php

6

red bread mold phylum Ascomycota."nerve spore" refers to the characteristic striations on the sporesOften found on dead plants after fires

Knockout project ongoing to generate one for all 10,000 genes.

What is the benefit of a haploid life cycle? – Able to see recessive traits

X‐ray mutagenesis ‐>  "one gene, one enzyme" hypothesis

Edward Tatum and George Wells Beadle

Nobel Prize in Physiology or Medicine in 1958.

mating in N. crassa can only occur between strains of different mating type suggests that some degree of outcrossing is favored by natural selection.

The Neurospora genome was sequenced at the Broad Institute.

Jonathan Arnold at UGA

7

http://www.fgsc.net/https://en.wikipedia.org/wiki/Neurospora_crassahttps://en.wikipedia.org/wiki/File:Neurospora_crassahyphae.jpg

7

Maize is the domesticated variant of teosinteThe genome, 85% of which is composed of transposons,

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1983Barbara McClintockPrize share: 1/1The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1983 was awarded to Barbara McClintock "for her discovery of mobile genetic elements".

https://permablitzhawaii.files.wordpress.com/2014/04/teosinte.jpghttp://www.sciencemag.org/content/326/5956/1112http://www.maizegdb.org/popcorn/main/index.phphttp://www.dnalc.org/view/16673‐Gallery‐32‐Barbara‐McClintock‐1953.htmlhttp://waynesword.palomar.edu/transpos.htmhttp://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1983/

8

Have CNS, Photoreceptors (eyespots)1/279th of an animal is capable of producing a complete organism in <1weekRNAi; identified functions of PIWI in stem cellsRadiation can eliminate stem cells

Sequencing the 4.8x108 bp genome of the sexual, diploid planarian S. mediterraneawill provide a vital resource for the development of a unique model to study metazoan evolution, regeneration, and the regulation of the ability to differentiate into several types of cells. Insights into these basic biological problems will have deep and obvious implications for the improvement of human health.

This genome has proven to be A/T rich, and very repetitious, heterozygous (even though the animals used for DNA preparation were clonally derived) having portions that recombine, making automated assembly of the genome very difficult.

http://genome.wustl.edu/genomes/detail/schmidtea‐mediterranea/http://www.hhmi.org/biointeractive/planarian‐regeneration‐and‐stem‐cellshttps://en.wikipedia.org/wiki/Schmidtea_mediterranea#/media/File:Smed.jpghttp://morgana249.blogspot.com/2014/08/7‐biologically‐immortal‐organisms‐faces.html

9

easy to find in nature and easy to keep in aquaria.

Cooperative Behavior (Tit‐For‐Tat Strategy, Partner‐Dependence) when doing predator inspection. an individual cooperates on the first move and then does whatever its opponent does on the previous move. This allows for a combination of collaborative (it starts by cooperating), retaliatory (punishes defection), and forgiving (respond to cooperation of others, even if they had defected previously) behavioral responses.[22] When three‐spined sticklebacks approaching a live predator were provided with either a stimulated cooperating companion or a stimulated defecting one, the fish behaved according to tit‐for‐tat strategy, supporting the hypothesis that cooperation can evolve among egoists. [23]

sticklebacks operate in pairs. Prisoner's Dilemma in which selfish defection is always more rewarding than cooperation1. If the two protagonists have a certain minimum probability of meeting again a strategy called TIT FOR TAT is very successful. `

Manfred Milinski is a German Biologist who is Director of the Max Planck Institute for Evolutionary Biology

a major research organism for evolutionary biologists trying to understand the genetic changes involved in adapting to new environments. The entire genome of a female fish from Bear Paw Lake in Alaska was recently sequenced by the Broad 

10

Institute and many other genetic resources are available

http://www.genome.gov/pages/research/sequencing/seqproposals/sticklebackseq.pdfhttp://www.nature.com/nature/journal/v444/n7120/images/7120xiiib‐i1.0.jpghttp://calphotos.berkeley.edu/cgi/img_query?enlarge=0000+0000+0999+0002

10

Roughly same number of genes as humansSmaller introns, much less repetitive DNA“This means you don’t have to sequence all that rubbish” –Brenner“Biology actually has three values: yes, no, and don’t care” –Brenner

used as a ‘reference’ for identifying genes and other elements in human and other vertebrate genomes. The genome was published in 2002,[1] the first vertebrate genome to be made publicly available after the human genome.

http://www.nature.com/nrm/journal/v9/n1/images/nrm2320‐i1.jpg

11

the largest among the analyzed fish species and has, at 45%, the highest repeat content. Remarkably, tandem repeats comprise 21%, which is 4‐12 times more than in the other four fish species

Zimbabwe and Mozambique annual fish inhabits ephemeral pools desiccation‐resistant eggsnatural lifespan of these animals is limited to a few months and their captive lifespan is likewise short, making them an attractive model system forageing researchInbred line GRZ shows a captive lifespan of only three months.Tandem repeats comprise 21% of the species' genome

http://www.jenage.de/includes/include‐nothobranchius.htmlhttp://web.stanford.edu/group/brunet/N%20furzeri.htmlhttp://genomebiology.com/content/10/2/R16http://www.fishbase.org/http://web.stanford.edu/group/brunet/Valenzano%20et%20al,%202009.pdfhttps://cap.stanford.edu/profiles/viewImage?profileId=6012&type=square

12

Much easier to begin researching a new organism for its unique and interesting biology. Still need to consider ability to maintain in lab.

https://www.addgene.org/CRISPR/guide/http://www.illumina.com/systems/hiseq‐x‐sequencing‐system.html

13

http://www.amazon.com/Genes‐Share‐Yeast‐Flies‐Worms/dp/0756720192

14