Biologia molekularna roślin

W ostatnich latach coraz większego znaczenia, również w biologii roślin nabiera identyfikowanie funkcji genów, systemów regulacji ich ekspresji oraz wpływu ekspresji genów na przebieg procesów życiowych ze szczególnym uwzględnieniem sterowania procesów rozwojowych oraz reakcji na czynniki środowiskowe. Wykłady z przedmiotu zapoznają studentów z aktualnym stanem wiedzy na temat molekularnych regulacji procesów życiowych roślin. Zostanie również zwrócona uwaga na przykłady praktycznego wykorzystania wiedzy w tym zakresie dla doskonalenia odmian roślin uprawnych zarówno na drodze inżynierii genetycznej jak i rozwoju technik selekcyjnych.

Celem kursu w części ćwiczeniowej jest zilustrowanie wybranego procesu omawianego podczas wykładów poprzez samodzielne opracowanie i przeprowadzenie eksperymentu z wykorzystaniem mutantów (przede wszystkim A. thaliana). Preferowane będą eksperymenty rozszerzające dotychczasowy zakres wiedzy.

Wykłady:

1. Specyfika regulacji ekspresji genów w komórkach roślinnych: znaczenie poszczególnych poziomów kontroli ekspresji u roślin, roślinne mikro RNA, potranskrypcyjna regulacja ekspresji u roślin w tym rola białek 14-3-3, regulacja czasu życia białka

2-3. Szlaki transdukcji sygnału u roślin: receptory działające jako czynniki transkrypcyjne, białka G (szlak cyklazy adenylowej, aktywacja fosfolipaz – rola jonów Ca2+ w transdukcji sygnałów u roślin), receptory katalityczne, synergizm szlaków sygnałowych, rola H2O2 i NOx jako wtórnych przekaźników informacji (2 h)

4-5. Receptory czynników środowiskowych u roślin (fotoreceptory, sygnały redoksowe u roślin, percepcja temperatury, percepcja kierunku sił pola grawitacyjnego, percepcja obecności/braku wody, odbiór bodźców mechanicznych)

6-9. Molekularne podstawy działania hormonów roślinnych (receptory i elementy szlaków sygnałowych, ekspresja genów wczesnych i późnych)

10-12. Regulacja ekspresji genów w procesach wzrostu i rozwoju (kontrola i inicjacja kwitnienia, rola komunikacji międzykomórkowej w procesach rozwojowych, genetyczna kontrola organogenezy kwiatu)

13. Molekularne podstawy regulacji aktywności fotosyntetycznej roślin (endogenna oraz środowiskowa kontrola ekspresji genów kodujących białka aparatu fotosyntetycznego i białka ochronne)

14. Wpływ dostępności azotu na aktywność fotosyntetyczną roślin (regulacja ekspresji genów związanych z przyswajaniem azotu; rola metabolizmu aminokwasów w regulacji aktywności genów fotosyntetycznych oraz regulacji intensywności fotosyntezy)

15-18. Molekularne podstawy odpowiedzi roślin na niekorzystne, abiotyczne czynniki środowiska oraz możliwości ich poprawy na drodze inżynierii genetycznej i unowocześniania metod selekcji (odporność na niskie temperatury, odporność na suszę, odporność na zalewanie).

Ćwiczenia:

1-2. Projektowanie eksperymentu oraz starterów i sond do reakcji Real-Time PCR

3-4. Przeprowadzenie eksperymentu z roślinami

5-7. Izolacja mRNA z tkanek roślinnych

8-9. Odwrotna transkrypcja oraz eliminacja zanieczyszczeń genomowym DNA

10-11. Reakcja PCR w czasie rzeczywistym

12. Analiza i interpretacja wyników

Materiały udostępnione przez wykładowcę.

Wojtaszek P., Ratajczak T., Woźny A., Biologia komórki roślinnej, tom. 2 - Funkcja. PWN Warszawa 2016.

Brown T.A., Genomy, PWN Warszawa 2013

Malepszy S., (red). Biotechnologia roślin. PWN. Warszawa 2010.

Turner P., McLennan A., Bates A., White M. Biologia molekularna - krótkie wykłady, PWN, 2016.

Wiedza − absolwent zna i/lub rozumie:

- podstawowe mechanizmy regulacji procesów życiowych roślin na poziomie molekularnym

- przykłady wykorzystania wiedzy z zakresu biologii molekularnej w hodowli roślin

- technikę qRT-PCR

Umiejętności − absolwent potrafi:

- projektować i interpretować wyniki doświadczeń z wykorzystaniem roślin modelowych prowadzone w celu określenia funkcji genów i regulacji ich ekspresji

- proponować praktyczne możliwości wykorzystania wiedzy o funkcjach i mechanizmach regulacji ekspresji genów związanych z reakcjami na czynniki środowiska u roślin

- posługiwać się techniką qRT-PCR

Kompetencje społeczne, absolwent jest gotów do:

- ciągłego dokształcania

- pracy w zespole

Metody:

Wykłady: Sprawdzian wiedzy w formie test jednokrotnego wyboru, zaliczenie wymaga poprawnej odpowiedzi na >50% pytań, ocena stanowi 75% oceny końcowej.

Ćwiczenia: Ocena projektu, wykonania i opisania rezultatów eksperymentu praktycznego, ocena stanowi 25% oceny końcowej.