Bi8930 Vývojová a buněčná biologie rostlin

Přírodovědecká fakulta
jaro 2010
Rozsah
2/0/0. 2 kr. (plus ukončení). Ukončení: k.
Vyučující
Mgr. Jiří Friml, Dr. rer. nat. (přednášející), prof. RNDr. Jiří Fajkus, CSc. (zástupce)
Garance
prof. RNDr. Jiří Fajkus, CSc.
Ústav experimentální biologie – Biologická sekce – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: prof. RNDr. Jiří Fajkus, CSc.
Předpoklady
Předpokladem pro porozumění předmětu je absolvování základů molekulární biologie a genetiky nebo biochemie.
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Co jste vždycky chtěli vědět o tom, jak se dělá věda a nezeptali jste se. Přednáška o vybraných kapitolách z vývojové genetiky a buněčné biologie rostlin pro pokročilé studenty se zájmem o experimentální práci v biologických oborech. Přednáška je vyučována intenzivním blokovým kurzem v predvelikonočním týdnu, je velmi neformální a prakticky zaměřena. Podává téměř kompletní přehled současných metod experimentální biologie rostlin a na modelových příkladech z vývojové a buněčné biologie demonstruje jejich použití pro získávání vědeckých poznatků.
Hlavní cíle kurzu jsou:
získání přehledu o základních metodách a experimentálních přístupech rostlinné biologie včetně jejich výhod i limitací;
demonstrace použití těchto přístupů na vybraných problémech vývojové a buněčné biologie.
Úspěšní absoloventi budou schopni zvolit nejvhodnejsi experimentální strategii pro své vědecké projekty.
Osnova
  • A. Současné přístupy a metody experimentální rostlinné genetiky
  • 1. Historický vývoj experimentálních přístupů
  • Modelový organismus Arabidopsis thaliana - výhody a nevýhody.
  • 2. Výběr oblíbeného genu
  • a. Monte Carlo přístupy výběru genu
  • b. Od proteinu zpět ke genu
  • c. Funkční komplementace
  • d. Výběr na základě expresse: Enhancer a Gene trap, Rozdíly v expresi (substraktivní hybridizace, microarray)
  • e. Forward genetika: Mutageneza (EMS, T-DNA, transposon, aktivační tagging), Střídavé štěstí genetického screeningu, Identifikace a ověření genu, Supressor screen
  • f. QTL
  • 3. Funkce genu
  • a. Reverzní genetika (knihovny mutantů, TILLING)
  • b. Ektopická exprese
  • c. Chiméry a mozaiky
  • d. Site directed mutageneza, výměny domén
  • e. Analýza fenotypu
  • f. Biochemické přístupy, heterologní systémy
  • 4. Exprese a lokalizace
  • a. Northern a Western bloty, RT-PCR
  • b. Reportérové geny (transkripční a translační fůze, použití)
  • c. mRNA in situ hybridizace d. Lokalizace proteinů in situ
  • 5. Přátelé a sousedi
  • a. Yeast-two-hybrid
  • b. Split ubiquitin
  • c. Genetické interakce
  • d. Upstream and downstream
  • 6. Jiné metody a přístupy
  • a. DR5 auxin response reporter
  • b. Transient transfection
  • c. Heterologní systémy
  • d. Laserové ablace and laser capture
  • B. Od signálu ke genu
  • 1. Etylén - Učebnicový úspěch genetiky
  • Genetická analýza etylénové signální dráhy, posloupnost a funkce molekulárních členů, dvoukomponentový systém histidin kinázy
  • 2. Cytokinin - Příklad složitosti hormonální regulace u rostlin.
  • Syntéza, degradace, percepce, přenos signálu. Identifikace a verifikace receptorů a dalších členů signální kaskády. Poznatky ze studia protoplastů.
  • 3. Auxin - Velmi žádaný, stále nepochopený
  • Objev auxinu. Izolace členů signální kaskády: biochemie (ABP1), genetika (AXRs), molekulární biologie (AUX/IAA a ARF proteiny), pokus o ucelený model.
  • 4. Transport auxinu - PINy a jiná zvířena
  • Fyziologie, Chemiosmostický model, molekulární komponenty (PIN a AUX proteiny) - exprese, lokalizace, funkce.
  • C. Od procesu k mechanismu
  • 1. Embryogeneze - apikální-bazální osa
  • Pattern formation v embryogenezi. Mutanti Arabidopsis thaliana, identity genů, možná role auxinu, distribuce a transport auxinu, exprese, lokalizace a role PIN proteinů, buněčná polarita, ucelený model.
  • 2. Kořenový meristém - zpět ke kořenům
  • Kořenový meristém Arabdidopsis, mezibuněčné signály: klidové centrum kmenové buňky, auxin jako možný signál, radial patterning - SHR/SCR.
  • 3. Organogeneze - jednota v různosti
  • Přehled různých organogenních procesů, orgány odvozené ze stonku a kořene, vzájemný vztah mezi místními gradienty auxinu, transportem a vývojem orgánů.
  • 4. Jednotící principy - gradienty morfogenů a růstové osy
  • D. Do buňky
  • 1. Vnitrobuněčný transport a buněčná polarita
  • Recyklace proteinů auxinového transportu, inhibitory auxinového transportu a jejich efekty, význam recyklace pro auxinový transport, endocytosa v rostlinách, polární targetování.
  • 2. Poučení z GNOMu
  • Izolace mutanta gnom, GNOM protein - biochemická funkce a role ve vývoji rostliny. Souvislost s transportem auxinu. GNOM a recyklace endozomů.
  • 3. Gravitropismus kořene - integrace přístupů
  • Fyziologie, genetika, molekulární a buněčná biologie gravitropismu: Spojení různých přístupů pro pochopení jednoho procesu.
Literatura
  • VIETEN, Anne, Michael SAUER, Philip B BREWER a Jiří FRIML. Molecular and cellular aspects of auxin-transport-mediated development. TRENDS IN PLANT SCIENCE. 2007, roč. 12, č. 4, s. 160-168. ISSN 1360-1385. info
  • FRIML, J., P. BENFEY, E. BENKOVÁ, M. BENNET, T. BERLETH, N. GELDNER, M. GREBE, M. HEISLER, J. HEJÁTKO, G. JURGENS, T. LAUX, K. LINDSEY, W. LUKOWITZ, C. LUSCHNIG, R. OFFRINGA, B. SCHERES, R. SWARUP, R. TORRES-RUIZ, D. WEIJERS a E. ZAŽÍMALOVÁ. Apical-basal polarity: why plant cells dont standon their heads. Trends Plant Sci. 2006, roč. 11, č. 1, s. 12-14. ISSN 1360-1385. info
  • SAUER, Michael, Jozef BALLA, Christian LUSCHNIG, Marie WIŠNIEWSKA, Vilém REINÖHL, Jiří FRIML a Eva BENKOVÁ. Canalization of auxin flow by Aux/IAA-ARF-dependent feed-back regulation of PIN polarity. Genes & Development. Spojené státy americké: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2006, roč. 20, č. 20, s. 2902-2911. ISSN 0890-9369. info
  • ABAS, L., R. BENJAMINS, N. MALENICA, T. PACIOREK, J. WISNIEWSKA, J.C. MOULINIER-ANZOLA, T. SIEBERER, J. FRIML a C. LUSCHNIG. Intracellular trafficking and proteolysis of the auxin efflux facilitator PIN2 in Arabidopsis is proteasomedependent and involved in root gravitropism. Nature Cell Biology. 2006, roč. 2006, č. 8, s. 249-256, 7 s. ISSN 1465-7392. info
  • PETRÁŠEK, J., J. MRAVEC, R. BOUCHARD, J. BLAKESLEE, M. ABAS, D. SEIFERTOVÁ, J. WISNIEWSKA, Z. TADELE, M. ČOVANOVÁ, P. DHONUKSHE, P. SKŮPA, E. BENKOVÁ, L. PERRY, P. KŘEČEK, O.R. LEE, G. FINK, M. GEISLER, A. MURPHY, C. LUSCHNIG, E. ZAŽÍMALOVÁ a J. FRIML. PIN proteins perform a rate-limiting function in cellular auxin efflux. Science. 2006, roč. 2006, Apr 6, s. advanced on line, 8 s. ISSN 0036-8075. info
  • DUBOVÁ, Jaroslava, Jan HEJÁTKO a Jiří FRIML. Reproduction of Plants. In Encyclopedia of Molecular Cell Biology and Molecular Medicine. 2. vyd. Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co, KGaA, 2005, s. 249-295. Vol. 12. ISBN 3-527-30649-8. info
Metody hodnocení
Přednášky, blokově, ukončené kolokviem. Předpokladem pro úspěšné ukončení je aktivní účast na přednáškách a zapojení se do neformální společné rozpravy na závěr kurzu. Rozprava bude rekapitulovat vybraná obtížnější témata z přednášek.
Informace učitele
Přednášky budou probíhat v v areálu nového kampusu PřF v Brně-Bohunicích, Kamenice 5, budova A2; míst. č. 211. Letošní blok přednášek proběhne v druhem týdnu po Velikonocich - 14.-16. dubna. Začátek výuky v 9.00, přestávka na oběd, orientačně do 16.00.
Další komentáře
Studijní materiály
Předmět je vyučován každoročně.
Výuka probíhá blokově.
Předmět je zařazen také v obdobích jaro 2008 - akreditace, jaro 2011 - akreditace, podzim 2002, podzim 2003, podzim 2004, jaro 2006, jaro 2007, jaro 2008, jaro 2009, jaro 2011, jaro 2012 - akreditace.