Biotechnologie a genové inženýrství rostlin - MB130P19I

• Anglický název: Plant biotechnology and gene engineering
• Zajišťuje: Katedra experimentální biologie rostlin (31-130)
• Fakulta: Přírodovědecká fakulta
• Platnost: od 2014 do 2016
• Semestr: zimní
• E-Kredity: 3
• Způsob provedení zkoušky: zimní s.:
• Rozsah, examinace: zimní s.:2/0, Zk [HT]
• Počet míst: neomezen
• Minimální obsazenost: 5
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: vyučován
• Jazyk výuky: čeština
• Vysvětlení: Čas a místo konání přednášky bude upřesněno na semináři 2.10. 15 :00, V5 II.p
• Další informace: http://kfrserver.natur.cuni.cz/lide/opat/biotech/index.html
• Poznámka: povolen pro zápis po webu
• Garant: prof. RNDr. Zdeněk Opatrný, CSc.
• Vyučující: doc. RNDr. Jindřich Bříza, CSc.; RNDr. Lukáš Fischer, Ph.D.; prof. RNDr. David Honys, Ph.D.; Ing. Marie Křístková; Miluše Kusendová; prof. doc. Ing. Tomáš Macek, CSc.; prof. RNDr. Zdeněk Opatrný, CSc.; prof. Ing. Petr Smýkal, Ph.D.

Anotace

čeština

Poslední úprava: Mgr. Tomáš Moravec, Ph.D. (02.10.2018)

Kurs je určen pro studenty se širokým zájmem o biologii rostlin a rostlinných ekosystémů ať přírodních či civilizačních. U posluchačů předpokládá vstupní znalost základních poznatků fyziologie a genetiky rostlin či molekulárních technik, ale dílčí přednášky jsou stavěny tak, aby byly zajímavé a užitečné nejen pro budoucí vědce, ale také učitele a manažery. Má široký odborný rámec a byl připraven jako tématicky propojená mozaika přednášek špičkových odborníků z řady institucí: vysokých škol, výzkumných ústavů AV, soukromých firem i státní správy. Přednášející vesměs aktivně pracují v oné vědní oblasti,o níž přednášejí a dokáží tedy o ní také interaktivně diskutovat.
Kurs probíhá úspěšně již několik let, jeho posluchači přicházejí i z jiných VŠ (VŠCHT,ČZU), jak magisterští studenti tak doktorandi vesměs oceňují vysokou odbornost a autenticitu jednotlivých přednášek i fakt jejich průběžné inovace.

angličtina

Poslední úprava: RNDr. Hana Konrádová, Ph.D. (15.03.2019)

The lecture gives a survey of plant biotechnologies based on current knowledge in plant cell biology and mechanisms controlling behaviour of cells and cellular complexes (tissues, organs, embryos) both in vivo and in vitro. Further, it deals with interactions between plants and microorganisms as well as cellular and molecular mechanisms of stresses effect on plant organisms. It includes characteristics of cellular division, differentiation and ontogenesis in in vitro plant cultures; programmed cell death and senescence are discussed. The methods, contemporary results, profits and risks of modern molecular approaches, including GMO construction and use are discussed.

Literatura

Poslední úprava: RNDr. Hana Konrádová, Ph.D. (15.03.2019)

Základní studijní literatura:

Ondřej M. (1992) Genové inženýrství kulturních rostlin. Praha: Academia. ISBN 80-200-0310-X.

Pavlová L. (2005) Fyziologie rostlin. Skriptum PřF UK v Praze.

Vondrejs V. (2010) Otazníky kolem genového inženýrství. Praha: Academia. ISBN 978-80-200-1892-2.

Doporučená literatura:

Drobník J. (2008) Biotechnologie a společnost. Skriptum PřF UK v Praze. ISBN 978-80-246-1484-7.

Drobník J., Sehnal F. (2009) White Book genetically modified crops. Biology Centre of the Academy of Science of the Czech Republic. ISBN 978-80-86668-05-3.

Halford N. G. (2006) Plant Biotechnology - Current and Future Applications of Genetically Modified Crops. Chichester: John Willey & Sons Ltd. ISBN 10-0-470-02181-0

Požadavky ke zkoušce

Poslední úprava: RNDr. Hana Konrádová, Ph.D. (15.03.2019)

ústní zkouška

Sylabus

čeština

Poslední úprava: RNDr. Hana Konrádová, Ph.D. (15.03.2019)

.Stručný sylabus předmětu

1. Historie a metodologie rostlinných biotechnologií prvé generace : od buněčné teorie po přímý genový přenos.

Zdeněk Opatrný Přírodovědecká fakulta UK Praha

Biotechnologie prvé generace ? explantátové ozdravování, množení a šlechtění rostlin.

Hormonální a non- hormonální regulace organogeneze a embryogeneze, mechanizmy a limity růstové, regenerační a produkční kompetence.

Buněčné linie jako experimentální modely v biomedicíně. Velkokapacitní kultivace v tekutých mediích.

Principy a postupy ozdravování in vitro. Aseptické x axenické kultivace, směsné kultury.

Základní množitelské technologie. Mikrotuberizace. Umělá semena.

Principy explantátového šlechtění , mutageneze a selekce in vitro, somaklonální variabilita.

Vzdálená hybridizace oplození in vitro.

Somatická hybridizace, cybridizace, přenosy organel.

2. Základy šlechtění rostlin předgenomické a postgenomické éry

Petr Smýkal Agritec Šumperk s.r.o.

Historie šlechtění rostlin. Genetická diverzita ? metody studia, význam diversity a genofondové sbírky.

Domestifikace kulturních rostlin v kontextu molekulární biologie, bottleneck, genetický drift. Základy

klasické šlechtitelské práce ? výběr, křížení, mutageneze, samosprašnost, cizosprašnost,

inkompatibilita.

Polyploidie u kulturních rostlin. Rostlinný genom ? C-value paradox, velikost versus počet genů.

Somatická variabilita-testování genetické stability in vitro kultur (repetetivní sequence,

retrotransposony a metylace DNA), příklady využití ve šlechtění.

Genomika ? znalost genetické informace v kontextu syntenie a kolinearity ? přenos poznatků

z modelových na pěstované plodiny.

Indukce dihaploidů in vitro ? získání a testování homozygotního materiálu.

Cytoplasmatická samčí sterilita, využití, molekulární detekce.

Heterózní efekt (F1 hybridi), kombinační schopnost.

DNA markery ? marker assisted breeding (MAS), principy, příklady. Pyramidovaní genů

Breeding by

Design. Rezistence k chorobám a škůdcům.

Mutagenese- molekulární identifikace mutantů ? TILLING.

Transgenose, cisgenose rostlin ? současnost a budoucnost.

3. Metodologie přípravy transgenních rostlinných buněk a organizmů: genový přenos, selekce, analytika stability inserce a exprese. Inserční mutageneze. Silencing.

Lukáš Fischer Přírodovědecká fakulta UK Praha

Definice geneticky modifikovaných organismů, stabilní x transientní transformace.

Omezení přenosu genů mezi různými organismy, genetický kód, regulační sekvence.

Metody vnášení DNA do rostlinných buněk ? transformace pomocí agrobaktéria a balistické metody;

principy metod, použití, výhody a limitace.

Principy přípravy geneticky modifikovaných rostlin ? transformace somatických buněk, indukce tvorby

kalusu, získání transformovaných rostlin organogenezí či somatickou embryogenezí; transformace

generativních buněk A. thaliana. Selekční a reportérové geny.

Analýzy transgenních rostlin ? určení místa inzerce, počtu kopií transgenu, hladiny transkriptu a

proteinu. Stabilita exprese transgenů ? silencing, mechanismy umlčování exprese na posttranskripční

a transkripční úrovni.

Využití geneticky modifikovaných rostlin pro výzkum ? identifikace genů na základě fenotypového

projevu (inzerční mutageneze, aktivační mutageneze, promotor-trap konstrukty), zvyšování a

snižování exprese studovaných genů, fúze reportérových genů s promotorem či kódující sekvencí

studovaného genu, databáze mutantů

A. thaliana s inzerčně inaktivovanými geny.

4. Transgenoze mimojaderná (plastidy, mitochondrie) : metodologie, aplikace

Jindřich Bříza Ústav molekulární biologie rostlin AV

Jihočeská univerzita České Budějovice

Principy a historie ?mimojaderné? transgenóze.

Transgenóze plastidová (pt DNA přenos), její výhody proti transgenózi jaderné.

Používané selekční systémy, regulační sekvence plastidových transformačních vektorů.

Transaktivace plastidových transgenů, eliminace selekčních transgenů z ptDNA.

Příklady využití rostlin s transgenní ptDNA ? zemědělská produkce, biofarmaceutika.

Transgenóze mitochondriální DNA ? metody, limity.

5. Aplikace transgenních technik v přípravě rostlin tolerantních/resistentních vůči biotickým stresorům

Zdeněk Opatrný Přírodovědecká fakulta UK Praha

Herbicid ? tolerantní (HT) plodiny. Historie, příklady, příprava, přínosy, potenciální

rizika ? zdravotní, ekologická, ekonomická

Mezidruhová konkurence v přirozených ekosystémech ? alelopatie, parazitismus. Invazní rostliny.

Člověk jako iniciátor vzniku ?plevelů?. Strategie herbicidní aplikace, herbicidy selektivní a totální.

Spontánní selekce herbicid ?rezistentních plevelů.

Historie přípravy transgenních HT plodin ? principy, strategie využití

Mýtus vzniku/rizik superplevelů.

Virus ? resistentní GM plodiny. GM strategie v přípravě rostlin resistentních

k bakteriálním či houbovým patogenům.

Insekt ? resistentní (IR) plodiny. Historie, příklady, příprava, přínosy, potenciální rizika ?

zdravotní, ekologická, ekonomická

Přirozené mechanizmy obrany/ochrany rostlin vůči hmyzím škůdcům.

Přímé a nepřímé důsledky poškození rostlin ? problematika mykotoxinů.

Strategie využití klasických insekticidů a bioinsekticidů (včetně bakteriálních toxinů, zejm. Bacillus

thuringiensis ), alternativní způsoby a účinnost biologické ochrany (bakterie, roztoči, vosičky ..)

Transgenní Bt plodiny ? historie, typy, aplikační rozšíření. Specifita účinku, cílové organizmy.

Alternativní IR strategie ? transgenní rostliny s cizorodými geny proteázových inhibitorů, transgenní

rostliny exprimující cizorodé lektiny. Použití, limity, rizika.

6. GM plodiny odolné vůči abiotickým stresorům. GM plodiny v ozdravování životního prostředí. Fyto- a rhizoremediace.

Tomáš Macek Ústav organické chemie a biochemie AV

Vysoká škola chemicko-technologická Praha

Civilizační znečištění půdy a vod ? možnosti a limity konvenční ?remediace?.

Bioalternativy : mikrobiální remediační systémy. GM mikroorganizmy.

GM plodiny a strategie fyto-či rhizoremediace.

• Těžké kovy. Radionuklidy

• Organické polutanty.

GM rostliny v nápravě kontaminace.

GM rostliny v prevenci kontaminace.

7. Biopotraviny a biofortifikované potraviny: teorie a limity ekologického zemědělství, principy udržitelného zemědělství

ekozemědělec/specialista

Principy strategie ?organického/ekologického? zemědělství ? aspekty sociologické, psychologické,

ekonomické a biologické.

Zdeněk Opatrný Přírodovědecká fakulta UK Praha

Biofortifikované potraviny: principy, příklady (proteiny, AK, tuky, vitaminy,bioaktivní látky, stopové

prvky)

.

8. Molekulární farmářství

David Honys Ústav experimentální botaniky AV Praha

High-throughput? technologie, ?omiky; definice, klasifikace, využití

Molekulární farmaření; výklad pojmu, potřebná metodologie, rozdělení podle použití produktů

Syntéza produktů rostlinám vlastních; modifikované lipidy a sacharidy, produkty sekundárního

metabolismu

Syntéza cizorodých produktů; bioplasty, bílkoviny ? protilátky

Produkce farmaceutik; syntéza vakcín proti spalničkám, dětské cukrovce, chorobám srdce a cév,

některým nádorovým onemocněním, Crohnově chorobě a dalším

Rostliny ? bioreaktory; tabák, brambor, rajče, vojtěška, hrách, sója, salát, len, mrkev, okřehek,

světlice, pšenice, ječmen, kukuřice, banánovník, rýže, mech Physcomitrella patens

9. GM živočichové a GM plodiny jako krmiva, potraviny, léčiva: přínosy a rizika.

Jaroslav Petr Výzkumný ústav živočišné výroby/ Česká zemědělská univerzita Praha

a hoc novelizace přednášky

11. Legislativa GMO v ČR ve vztahu k EU ? historie, současný stav a perspektivy.

Marie Křístková Ministerstvo zemědělství ČR

Různé typy nakládání s GMO vyplývající z legislativní terminologie.

Princip předběžné opatrnosti ve vztahu k nakládání s GMO.

Právní předpisy v oblasti GMO na úrovni EU.

Národní právní předpisy v oblasti GMO.

Problematika označování a sledovatelnosti, příp. zpětné dohledatelnosti GMO ve výrobním řetězci.

Problematika koexistence různých typů zemědělské produkce (konvenční, ekologické a

biotechnologické zemědělství).

12. Diskuse u kulatého stolu

s bezprostřední návazností na výše uvedená témata i s dalšími vstupy posluchačů

Zdeněk Opatrný a kolektiv

květen 2012 Opatrný Zdeněk

angličtina

Poslední úprava: RNDr. Hana Konrádová, Ph.D. (15.03.2019)

1. Plant biotechnologies: history, principles and use of in vitro techniques and models in experimental plant cell biology and their practical application in agroindustrial sphere

2. Cell cultures: the principles of their initiation, the techniques of the work with plant cell lines and protoplast cultures. Regulatory factors of their growth, division, differentiation. Growth and life cycles, cell senescence and programmed cell death .

3. Polarity and its role in the cell ontogenesis . The role of cytoskeleton and other cell structures in the determination of life events of plant cell lines.

4. Phytohormones and plant cell/tissue cultures. Hormonal metabolism of the cell lines, role of phytohormones / growth regulators in signal pathways in vitro.

5. The mechanisms of regeneration in vivo and in vitro. Principles of micropropagation techniques.

6. Plant embryogenesis I: zygotic and somatic, pollen embryogenesis, gynogenesis.

7. Plant embryogenesis II.: molecular aspects. Practical application of haploid/dihaploid plants in breeding, alternative techniques of their production.

8. Mutagenesis and selection in vitro. Somaclonal and gametoclonal variability. Somatic hybridization.

9. Transgenic cell lines and plants: principles of their construction and use as model materials in plant biology. GMO profits in agroindustry. Potential risks, legislative.

10. Plants and microorganisms: principles and consequences of their interactions. Plant cell/tissue cultures application in their theoretical studies.

11. Plants and abiotic stress. Plant cell/tissue cultures as model experimental systems.

12. Primary and secondary metabolism of plant cell/tissue cultures in connection with their practical application in agrofood, chemical and pharmaceutical industry.