Plant Epigenetics - MB120P172

• Title: Plant Epigenetics
• Czech title: Epigenetika rostlin
• Guaranteed by: Department of Botany (31-120)
• Faculty: Faculty of Science
• Actual: from 2020 to 2021
• Semester: winter
• E-Credits: 4
• Examination process: winter s.:
• Hours per week, examination: winter s.:2/4, C+Ex [HT]
• Capacity: 20
• Min. number of students: 5
• 4EU+: no
• Virtual mobility / capacity: no
• State of the course: taught
• Language: English
• Additional information: https://lab-allience.natur.cuni.cz/plantreproevo/teaching/epigenetics
• Note: enabled for web enrollment
• Guarantor: doc. Clément Lafon Placette, Dr.
• Teacher(s): Mgr. Vojtěch Čermák, Ph.D.; RNDr. Lukáš Fischer, Ph.D.; doc. Clément Lafon Placette, Dr.; Iris Sammarco, Ph.D.

Annotation

English

Last update: Mgr. Michal Štefánek (22.05.2019)

Content:
After the major scientific advances in epigenetics during the last decade, it is now clear that epigenetic
mechanisms play an important role in gene regulation, genome integrity, phenotypic plasticity, reproduction, and
even evolution with the stable transmission of certain epigenetic marks over generations. This role seems even
exacerbated in plants, sessile organisms that cannot escape environmental changes and stresses, and therefore
evolved molecular mechanisms to cope with such constraints. The aim of this course is to deliver the current
knowledge on plant epigenetics, its role in gene regulation, transposable elements silencing, stress response and
its stable transmission through mitosis and even meiosis. It will involve theoretical lectures by internal and external
experts. The practical classes will be based on research cases and will include biochemistry, molecular biology
and bioinformatics.

Czech

Last update: doc. Clément Lafon Placette, Dr. (29.10.2019)

Tento kurz se bude konat v angličtině. Po hlavních vědeckých pokrokech v epigenetice během posledního desetiletí je nyní jasné, že epigenetika
mechanismy hrají důležitou roli v regulaci genů, integritě genomu, fenotypové plasticitě, reprodukci a
rovnoměrný vývoj se stabilním přenosem určitých epigenetických značek po generace. Tato role se zdá být sudá
zhoršuje se v rostlinách, přisedlých organismech, které nemohou uniknout změnám prostředí a stresům, a proto
vyvinuly molekulární mechanismy, aby se s těmito omezeními vyrovnaly. Cílem tohoto kurzu je poskytnout aktuální
- znalost epigenetiky rostlin, její role v regulaci genů, umlčení transponovatelných prvků, stresová reakce a
jeho stabilní přenos mitózou a dokonce meiozou. Bude zahrnovat teoretické přednášky interní a externí
Odborníci. Praktické kurzy budou založeny na výzkumných případech a budou zahrnovat biochemii, molekulární biologii
a bioinformatika.

Aim of the course

Last update: Mgr. Michal Štefánek (22.05.2019)

Learning outcomes: At the end of the course, the students will be able to:

• explain the mechanisms influencing the chromatin structure and its consequences on gene expression in plants.

• describe the role of epigenetics in plant development, response to environment, reproduction and evolution.

• perform experiments aiming at identifying epigenetic marks and analyze related data.

Literature

English

Last update: doc. Clément Lafon Placette, Dr. (29.10.2019)

Lämke, J., and Bäurle, I. (2017). Epigenetic and chromatin-based mechanisms in environmental stress adaptation and stress memory in plants. Genome Biol 18:124. doi 10.1186/s13059-017-1263-6.

Matzke MA, Kanno T, Matzke AJM. (2015). RNA-Directed DNA Methylation: The Evolution of a Complex Epigenetic Pathway in Flowering Plants. Annual Review of Plant Biology 66: 243–267.

Ojolo, S.P., Cao, S., Priyadarshani, S.V.G.N., Li, W., Yan, M., Aslam, M., Zhao, H., and Qin, Y. (2018). Regulation of Plant Growth and Development: A Review From a Chromatin Remodeling Perspective. Frontiers in Plant Science 9:1232. doi: 10.3389/fpls.2018.01232.

Wong, M.M., Chong, G.L., and Verslues, P.E. (2017). Epigenetics and RNA Processing: Connections to Drought, Salt, and ABA? In Plant Stress Tolerance: Methods and Protocols, R. Sunkar, ed. (New York, NY: Springer New York), pp. 3–21.

Requirements to the exam

English

Last update: doc. Clément Lafon Placette, Dr. (04.10.2022)

·         For the theoretical part, the written exam will consist of a mix of questions and figures to analyze.

·         For the practical part, students will practice the writing of article with the preparation of a lab report.

Czech

Last update: doc. Clément Lafon Placette, Dr. (04.10.2022)

· V teoretické části bude písemná zkouška obsahovat kombinaci otázek a čísel k analýze.

· V praktické části si studenti procvičí psaní článku s přípravou laboratorní zprávy.

Syllabus

English

Last update: doc. Clément Lafon Placette, Dr. (04.10.2022)

Preliminary schedule:

Week 1. Lecture: Basic concept of epigenetics (genetic and epigenetic information; chromatin structure; main components of epigenetic information (introduction): histone variants, histone PTM, DNA methylation; basic principles of introducing (targeting) and erasing epigenetic information, mitotic inheritance). [LF]; no practical class.

Week 2. Lecture: Histone PT modifications and histone variants (enzymes; interpretation - interactions; basic functions) [LF]; no practical class.

Week 3. Lecture: Histone modifications: role in plant development [IM]; no practical class.

Week 4. Lecture: DNA methylation (enzymes - sequence contexts; RNA-directed DNA methylation; interpretation, basic functions) [LF]; no practical class.

Week 5. Lecture: Methodologies to study epigenetics/epigenomics (methylation analysis by restriction, methylation analysis by bisulfite conversion; ChIP; dCAS9-ChIP/MS) [LF]; no practical class.

Week 6. Lecture: Journal club/“homework” on histone modifications and ChIP; 4 x 4 hours practical classes: 1/ Cross-linking and immunoprecipitation, 2/ DNA isolation from ChIPed samples, 3/ ChIP-qPCR, 4/ Analysis of the ChIP-qPCR.

Week 7. Lecture: Transposable elements: regulation and biological roles [AP]; 4 x 4 hours practical classes: 1/ Bisulfite Conversion, 2/ BS-PCR, 3/ Cloning of BS-PCR fragments, 4/ Sequencing of clones.

Week 8. Lecture: Epigenetics and stress response [CLP]; no practical class.

Week 9. Lecture: Epigenetics and sexual reproduction [CLP]; 2 x 4 hours practical classes: 1/ Epigenomics: ChIP-Seq analysis 1, 2/ Epigenomics: ChIP-Seq analysis 2.

Week 10. Lecture: Mitotic epigenetic memory; 2 x 4 hours practical classes: 1/ Epigenomics: BS-Seq analysis 1, 2/ Epigenomics: BS-Seq analysis 2.

Week 11. Lecture: Meiotic heritability: evolutionary perspectives [CLP]; no practical class.

Week 12. Lecture: Comparative epigenomics: conservation across kingdoms [CLP]; no practical class.

Czech

Last update: doc. Clément Lafon Placette, Dr. (04.10.2022)

Předběžný harmonogram:
1. týden: Přednáška: Základní koncepce epigenetiky (genetická a epigenetická informace; chromatinová struktura; hlavní složky epigenetických informací (úvod): histonové varianty, histon PTM, methylace DNA; základní principy zavádění (cílení) a mazání epigenetických informací, mitotická dědičnost ). [LF]; žádná praktická třída.
2. týden: Přednáška: Modifikace PT histonu a varianty histonu (enzymy; interpretace - interakce; základní funkce) [LF]; žádná praktická třída.
3. týden: Přednáška: Modifikace histonu: role ve vývoji rostlin [IM]; žádná praktická třída.
4. týden: Přednáška: methylace DNA (enzymy - sekvenční kontexty; methylace DNA zaměřená na RNA; interpretace, základní funkce) [LF]; žádná praktická třída.
5. týden: Přednáška: Metodiky studia epigenetiky / epigenomiky (methylační analýza restrikcí, methylační analýza bisulfitovou konverzí; ChIP; dCAS9-ChIP / MS) [LF]; žádná praktická třída.
6. týden: Přednáška: Žurnálový klub / „domácí úkoly“ o úpravách histonu a ChIP; 4 x 4 hodiny praktických lekcí: 1 / zesíťování a imunoprecipitace, 2 / izolace DNA ze vzorků ChIPed, 3 / ChIP-qPCR, 4 / analýza ChIP-qPCR.
7. týden: Přednáška: Přenosné prvky: regulace a biologické role [AP]; Praktická cvičení 4 x 4 hodiny: 1 / bisulfitová přeměna, 2 / BS-PCR, 3 / klonování fragmentů BS-PCR, 4 / sekvenování klonů.
8. týden: Přednáška: Epigenetika a stresová reakce [CLP]; žádná praktická třída.
9. týden: Přednáška: Epigenetika a sexuální reprodukce [CLP]; 2 x 4 hodiny cvičení: 1 / Epigenomika: ChIP-Seq analýza 1, 2 / Epigenomika: ChIP-Seq analýza 2.
10. týden Přednáška: Mitotická epigenetická paměť; 2 x 4 hodiny cvičení: 1 / Epigenomika: BS-Seq analýza 1, 2 / Epigenomika: BS-Seq analýza 2.
11. týden: Přednáška: Meiotická dědičnost: evoluční perspektivy [CLP]; žádná praktická třída.
12. týden: Přednáška: Srovnávací epigenomika: zachování napříč královstvími [CLP]; žádná praktická třída.