Cílem přednášky je seznámit posluchače se specifickými vlastnostmi rostlinného genomu. Představeny jsou aktuální informace o velikosti, organizaci, fyzické struktuře a informačním obsahu (typech kódujících a nekódujících, unikátních a repetitivních sekvencí, jejich základní struktuře a funkci) jaderného genomu rostlin a jeho amplifikaci. Dále jsou posluchači seznámeni s plastidovým a mitochondriálním genomem rostlin (velikost, struktura a organizace, informační obsah, regulace genové exprese) a hlavními informacemi o genetickém základu rostlinné reprodukce.
Přednáška probíhá vždy TURNUSOVOU FORMOU NA KONCI ZIMNÍHO SEMESTRU, konkrétní data jsou vždy určována na základě dohody mezi přednášejícími a zapsanými studenty (na počátku semestru).
Poslední úprava: Holá Dana, doc. RNDr., Ph.D. (11.07.2023)
The purpose of the lecture is to provide students with specific characteristics of plant genome. Current information on the size, organization, structure, sequence types (coding vs non-coding, unique vs repetitive) and amplification of plant nuclear genome are presented. Students are also given a detailed review on plant mitochondrial and plastid genome (size, structure, organization, information content, regulation of gene expression). The genetics of plant reproduction and development is also included.
Poslední úprava: Holá Dana, doc. RNDr., Ph.D. (25.08.2013)
Literatura -
Prezentace z přednášek jsou studentům k dispozici po domluvě s vyučujícími.
K dalšímu studiu jsou doporučovány především tyto časopisy: Trends in Plant Science, Annual Reviews of Plant Biology, Current Opinion in Plant Biology, New Phytologist.
Další doporučená literatura:
Buchanan B.B., Gruissem W., Jones R.L.: Biochemistry and Molecular Biology of Plants. American Society of Plant Physiologists. Rockville (MD). 2000.
Poslední úprava: Holá Dana, doc. RNDr., Ph.D. (25.08.2013)
The presentations from the lectures can be obtained by the students personally from the lecturers.
For further study, the following journals are recommended: Trends in Plant Science, Annual Reviews of Plant Biology, Current Opinion in Plant Biology, New Phytologist.
Further recommended literature:
Buchanan B.B., Gruissem W., Jones R.L.: Biochemistry and Molecular Biology of Plants
Jain H.K., Kharkwal M.C.: Plant Breeding. Mendelian to Molecular Approaches
Poslední úprava: Holá Dana, doc. RNDr., Ph.D. (23.10.2019)
Požadavky ke zkoušce -
Forma zkoušky je písemná nebo ústní (student si může vybrat), důraz je kladen především na pochopení principů a vzájemných souvislostí. Součástí zkoušky je studentská prezentace na zadané téma, přednesená na konci přednáškového cyklu.
Poslední úprava: Holá Dana, doc. RNDr., Ph.D. (03.09.2021)
The exam is combined (student´s presentation of assigned topic followed by the written exam during which students have to write answers to selected questions + if necessary, further verbal examination). Students should focus particularly on good understanding of main principles and possible relationships among the topics that are included in the lectures.
Poslední úprava: Holá Dana, doc. RNDr., Ph.D. (23.10.2019)
Sylabus -
1a. JADERNÝ GENOM ROSTLIN - ZÁKLADNÍ CHARAKTERIZACE: Počet chromozómů, velikost genomu, vnitrodruhová variabilita
Základní charakteristiky jaderného rostlinného genomu. Mezidruhová a vnitrodruhová variabilita v počtu chromozómů, dysploidie, chromozómová čísla, vztah mezi počtem chromozómů a velikostí genomu. Metody stanovení velikosti genomu (průtoková cytometrie, sekvenování). Variabilita ve velikosti genomu v rámci druhu, pangenom. Variabilita genomu v rámci jedinců, endopolyploidie.
1b. JADERNÝ GENOM ROSTLIN - ZÁKLADNÍ CHARAKTERIZACE: Evoluční změny ve velikosti genomu - zvětšování a zmenšování
Evoluční změny velikosti genomu: WGD, další typy duplikací, osud genů po jejich duplikaci, transponovatelné elementy v souvislosti s velikostí genomu, horizontální přenos DNA, nerovnoměrná rekombinace, některé procesy oprav poškození DNA.
2a. JADERNÝ GENOM ROSTLIN -ORGANIZACE: Interfázické buněčné jádro a různé úrovně 3D struktury chromozómů
Buněčné jádro a jeho hlavní struktury (jaderná obálka, póry, periferium, tělíska; jadérko) v souvislosti s lokalizací a organizací chromozómů. Chromozómová teritoria, teritoria chromozómových ramének. Organizace interfázického chromatinu do struktur vyššího řádu: chromozómové kompartmenty a subkompartmenty, topologicky asociované domény, chromatinové smyčky. Pohyb / přesuny chromatinu v jádře.
2b. JADERNÝ GENOM ROSTLIN - ORGANIZACE: Chromatin a jeho hlavní strukturní proteinové složky
Základní charakteristiky rostlinného chromatinu. Typy histonů a jejich varianty. HMG proteiny, histonové chaperony, SMC proteiny (koheziny a kondenziny)
2c. JADERNÝ GENOM ROSTLIN -ORGANIZACE: Posttranslační modifikace histonů
Kovalentní modifikace histonů (zejména acetylace a deacetylace, fosforylace, ubikvitylace a deubikvitylace, metylace a demetylace) a proteiny, které tyto modifikace provádějí. Role histonových modifikací v regulaci různých procesů.
2d. JADERNÝ GENOM ROSTLIN - ORGANIZACE: Metylace DNA
Hlavní typy metylace DNA. DNA metyltransferázy. RNA-dependentní metylace DNA (RdDM), hlavní proteiny, které se jí účastní, její mechanizmy a různé varianty. Demetylace DNA a její různé mechanizmy. Role metylace a demetylace DNA v regulaci různých procesů.
2e. JADERNÝ GENOM ROSTLIN - ORGANIZACE: Proteiny, které čtou chromatinové značky a remodelují chromatin
Čtení chromatinových značek: Polycomb a Trithorax komplexy, ATP-dependentní chromatin-remodelující proteiny, proteiny s MBD a SRA doménou. Rozvolněnost / kompakce chromatinu a jeho různé stavy. Remodelace chromatinu při regulaci transkripce a během buněčného cyklu.
3a. JADERNÝ GENOM ROSTLIN - INFORMAČNÍ OBSAH: Kódující DNA
Hlavní složky rostlinného jaderného genomu - kódující a nekódující DNA. Strukturní geny - počty, organizace v rámci genomu, základní charakteristiky, vlastnosti jejich částí (promotory, introny/exony, 5´- a 3´-UTRs). Sestřih a alternativní sestřih. Malé kódující geny.
3b. JADERNÝ GENOM ROSTLIN - INFORMAČNÍ OBSAH: Geny pro "udržovací" RNA
Geny pro ribozomální RNA. Geny pro transferové RNA. Geny pro snRNA a snoRNA. Geny pro další malé "udržovací" RNA. Geny pro telomerázovou RNA.
3c. JADERNÝ GENOM ROSTLIN - INFORMAČNÍ OBSAH: Geny pro "regulační" RNA (miRNA aj. hpRNA)
Hlavní typy sRNA u rostlin. Geny pro miRNA. Biogeneze a turnover miRNA (+ regulace), jejich funkce. isomiRNA. Jiné typy hpRNA.
3d. JADERNÝ GENOM ROSTLIN - INFORMAČNÍ OBSAH: Geny aj. oblasti, podle nichž vznikají další typy „regulačních“ sRNA (různé siRNA + tsRNA)
Biogeneze a funkce různých typů siRNA: ra-siRNA (viz též Jaderný genom 2d); sekundární siRNA (phasiRNA včetně tasiRNA, easiRNA, ct-siRNA); nat-siRNA; lsiRNA; diRNA; sutrRNA; vasiRNA; rqc-siRNA. Biogeneze a funkce tsRNA.
3e. JADERNÝ GENOM ROSTLIN - INFORMAČNÍ OBSAH: Geny aj. oblasti, podle nichž vznikají dlouhé či kružnicové „regulační“ sRNA (lncRNA, circRNA)
Biogeneze a funkce lncRNA a circRNA + konkrétní příklady, jak mohou různé lncRNA regulovat genovou expresi na nejrůznějších úrovních.
4. JADERNÝ GENOM ROSTLIN - INFORMAČNÍ OBSAH: Transponovatelné elementy a další repetitivní sekvence
Transponovatelné elementy - klasifikace, základní charakteristiky, struktura, mechanizmy přenosu, vliv na expresi jiných genů a organizaci genomu. Centromerické a telomerické repetitivní sekvence. Satelitní, minisatelitní a mikrosatelitní DNA.
5. JADERNÝ GENOM ROSTLIN - POHLAVNÍ CHROMOZÓMY (+ genetika reprodukce)
Pohlavní chromozómy rostlin. Genetické mechanizmy spojené s indukcí kvetení. Květní orgány - vznik, vývoj a genetická determinace. Genetické rozdíly mezi samičím a samčím sporofytem a gametofytem. Proces opylení, oplození. Gametofytická a sporofytická autoinkompatibilita a její genetický základ.
6. JADERNÝ GENOM ROSTLIN - AMPLIFIKACE (+ mezidruhová hybridizace)
Haploidie a polyploidie. B-chromozómy. Základní charakteristiky auto- a allopolyploidie, eu- a aneuploidie a příklady u rostlin. Cytologické projevy. Genetické důsledky pro reprodukci. Význam pro základní a aplikovaný výzkum a šlechtitelskou praxi. Význam mezidruhových a mezirodových křížení. Izolační bariéry mezidruhové hybridizace. Cytologické projevy. Limity reprodukce u mezidruhových kříženců. Mezidruhová hybridizace a evoluce kulturních plodin. Uplatnění mezidruhových kříženců v zemědělské praxi.
7. PLASTIDOVÝ GENOM ROSTLIN
Velikost, struktura, informační obsah, specifické rysy genové exprese. Spolupráce jaderného a plastidového genetického systému. Endosymbiotická teorie, plastidy u dalších organizmů. Shodné a odlišné rysy rostlinného plastidového genomu a plastidového genomu dalších organizmů. Nukleomorf - struktura a informační obsah.
8. MITOCHONDRIÁLNÍ GENOM ROSTLIN
Velikost, struktura, informační obsah, specifické rysy genové exprese. Spolupráce jaderného a mitochondriálního genetického systému. Shodné a odlišné rysy rostlinného mitochondriálního genomu a mitochondriálního genomu dalších organizmů.
9. Studentské prezentace na vybraná témata
Studenti si vyberou některé ze zadaných témat a přípraví a přednesou k němu cca 15-20 min prezentaci. Některá témata budou určena pro jednotlivé studenty, jiná je možno nastudovat a připravit ve dvojici - u těch je ovšem nutno počítat s větší délkou prezentace. Témata pro akademický rok 2023/2024 budou stanovena a studentům sdělena v průběhu semestru (s dostatečným předstihem)
Poslední úprava: Holá Dana, doc. RNDr., Ph.D. (03.10.2023)
The lectures are given in Czech language only.
1. Plant Nuclear Genome - Size and Organisation
Basic characteristics of plant nuclear genome. Genome size and its various expressions. C-value and what is it dependent on. Changes in genome size during evolution. Chromosomal organisation of genome. Inter- and intraspecific variability in chromosome numbers. B-chromosomes. Genome organisation, syntenny and colinearity and mechanisms of their disturbance. Gene families, uniqua and species-specific genes.
2. Plant Nuclear Genome - Physical Structure
Basic characteristics of plant chromatin. Histons and HMG proteins, their variants, histone chaperones, nucleosome assembly. Covalent modifications of histones, pc-G proteins. DNA methylation/demethylation, MBD proteins. Role of small regulatory RNAs in chromatin structure, RNA-dependent DNA methylation (RdDM). Interaction of various proteins with histones and DNA. Chromatin changes during cell cycle, chromatin replication. Interphasic chromatin, chromosome territories, main chromosomal structures.
3. Plant Nuclear Genome - Information Content
Main components of plant nuclear genome - coding and non-coding DNA. Gens coding for proteins - number, basic characteristics, functional categories. rRNA and tRNA genes. Small housekeeping RNA genes, snRNA and snoRNA genes. Small regulatory RNA genes - miRNA, nat-miRNA, siRNA, ra-siRNA, nat-siRNA, ta-siRNA, lsi RNA and others. Formation, function and quantity regulation of small and long regulatory RNAs in plants.
4. Plant Nuclear Genome - Repetitive Sequences
Types and classification of repetitive sequences in plant nuclear DNA. Satellites, minisatellites and microsatellites. Centromeric and pericentromeric sequences and centromere structure and function. Telomeric and subtelomeric sequences and telomere structure and function. Transposable elements - types, basic characteristics, structure, mechanisms of transposition, impact on genome organization and gene expression in plants.
5. Plant Plastid Genome
Size, structure, information content and specific characteristics of gene expression. Interaction between nuclear and plastid genetic systems. Endosymbiotic theory, plastids in other groups of organisms. Similarities and differences among plastid genomes of higher plants and other organisms. Nucleomorf - structure and information content.
6. Plant Mitochondrial Genome
Size, structure, information content and specific characteristics of gene expression. Interaction between nuclear and mitochondrial genetic systems. Similarities and differences among mitochondrial genomes of higher plants and other organisms.
7. Amplification of Plant Nuclear Genome
Haploidy and polyploidy. Main characteristics of autopolyploidy and allopolyploidy, euploidy and aneuploidy, and various examples in higher plants. Cytological effects. Influence of haploidy and polyploidy on plant fertility, their use in plant breeding and research.
8. Interspecific Hybridization in Plants
Characterization of interspecific hybrids and their use in agronomy. Practical implications of interspecific hybridization for evolution of crop plants. Barriers of interspecific hybridization. Cytogenetics of interspecific hybrids and its association with their fertility.
9. Genetics of Plant Reproduction
Plant sex chromosomes. Genetic mechanisms associated with induction of flowering. Genetic and molecular analysis of flower development. Female and male gametophyte and sporophyte development. Genetics of pollen germination and fertilization, gametophytic and sporophytic self-incompatibility. Genetics of seed formation, embryo maturation and endosperm development. Expression of genes for storage proteins.
Poslední úprava: Holá Dana, doc. RNDr., Ph.D. (04.09.2023)
Výsledky učení -
Po úspěšném absolvování předmětu student:
definuje a charakterizuje specifické vlastnosti rostlinného genomu a porovná je s genomy jiných skupin organizmů.
popíše a interpretuje variabilitu počtu chromozómů a velikosti rostlinného genomu na mezidruhové i vnitrodruhové úrovni a vysvětlí evoluční procesy vedoucí ke zvětšování či zmenšování genomu.
vysvětlí a zhodnotí význam celogenomových duplikací, dalších typů duplikací a transponovatelných elementů pro evoluci, strukturu a funkci rostlinného genomu.
popíše a analyzuje organizaci rostlinného jaderného genomu v interfázním jádře, uvede vztahy mezi 3D strukturou chromatinu a regulací genové exprese a interpretuje dynamiku chromatinu v buněčném jádře.
charakterizuje, rozliší a vysvětlí hlavní strukturní a regulační proteinové složky rostlinného chromatinu a posoudí jejich roli v organizaci genomu a buněčném cyklu.
vysvětlí mechanizmy a funkční důsledky posttranslačních modifikací histonů a metylace DNA a analyzuje jejich význam v epigenetické regulaci genové exprese u rostlin.
popíše a kategorizuje informační obsah rostlinného jaderného genomu.
rozliší a interpretuje jednotlivé typy regulačních malých, dlouhých a kružnicových RNA u rostlin, vysvětlí biogenezi a funkce těchto RNA a uvede příklady jejich zapojení do regulace genové exprese.
klasifikuje a zhodnotí transponovatelné elementy a další repetitivní sekvence rostlinného genomu a analyzuje jejich vliv na strukturu genomu, stabilitu a genovou expresi.
popíše a vysvětlí genetický základ rostlinné reprodukce, včetně role pohlavních chromozómů, regulace kvetení, vývoje květních orgánů, oplození a autoinkompatibility.
analyzuje genetické a cytologické důsledky haploidie, polyploidie, aneuploidie a přítomnosti B-chromozómů a zhodnotí jejich význam pro evoluci a šlechtitelskou praxi.
vysvětlí principy a limity mezidruhové a mezirodové hybridizace u rostlin a posoudí jejich roli v evoluci kulturních plodin a v aplikovaném výzkumu.
popíše a porovná strukturu, organizaci a genovou expresi plastidového a mitochondriálního genomu rostlin a uvede vztahy mezi jaderným a organelárními genetickými systémy.
zhodnotí endosymbiotickou teorii vzniku plastidů a mitochondrií a interpretuje důsledky přenosu genetické informace mezi genomovými kompartmenty buňky.
Samostatně zpracoval, syntetizoval a prezentoval odborné téma z oblasti genetiky rostlin, kriticky zhodnotil dostupné zdroje a obhájil své závěry před odborným publikem.
Poslední úprava: Holá Dana, doc. RNDr., Ph.D. (15.12.2025)
After successful completion of the course, the student:
defines and characterizes the specific features of the plant genome and compares them with the genomes of other groups of organisms;
describes and interprets variability in chromosome number and plant genome size at both interspecific and intraspecific levels, and explains the evolutionary processes leading to genome expansion or reduction;
explains and evaluates the significance of whole-genome duplications, other types of duplications, and transposable elements for the evolution, structure, and function of the plant genome;
describes and analyzes the organization of the plant nuclear genome in the interphase nucleus, identifies relationships between the 3D chromatin structure and gene expression regulation, and interprets chromatin dynamics within the cell nucleus;
characterizes, distinguishes, and explains the major structural and regulatory protein components of plant chromatin and assesses their roles in genome organization and the cell cycle;
explains the mechanisms and functional consequences of post-translational histone modifications and DNA methylation, and analyzes their importance in the epigenetic regulation of gene expression in plants;
describes and categorizes the informational content of the plant nuclear genome;
distinguishes and interprets individual types of regulatory small, long, and circular RNAs in plants, explains their biogenesis and functions, and provides examples of their involvement in the regulation of gene expression;
classifies and evaluates transposable elements and other repetitive sequences of the plant genome and analyzes their effects on genome structure, stability, and gene expression;
describes and explains the genetic basis of plant reproduction, including the role of sex chromosomes, regulation of flowering, development of floral organs, fertilization, and self-incompatibility;
analyzes the genetic and cytological consequences of haploidy, polyploidy, aneuploidy, and the presence of B chromosomes, and evaluates their significance for evolution and plant breeding practice;
explains the principles and limitations of interspecific and intergeneric hybridization in plants and assesses their roles in the evolution of crop plants and in applied research;
describes and compares the structure, organization, and gene expression of plant plastid and mitochondrial genomes and identifies relationships between nuclear and organellar genetic systems;
evaluates the endosymbiotic theory of the origin of plastids and mitochondria and interprets the consequences of genetic information transfer among genomic compartments of the cell.
Poslední úprava: Holá Dana, doc. RNDr., Ph.D. (15.12.2025)
