Biologické rytmy a fotoperiodizmus rostlin - MB130P06

• Anglický název: Biological rhytms and photoperiodicity in plants
• Zajišťuje: Katedra experimentální biologie rostlin (31-130)
• Fakulta: Přírodovědecká fakulta
• Platnost: od 2012 do 2012
• Semestr: letní
• E-Kredity: 3
• Způsob provedení zkoušky: letní s.:
• Rozsah, examinace: letní s.:2/0, Zk [HT]
• Počet míst: neomezen
• Minimální obsazenost: neomezen
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: nevyučován
• Jazyk výuky: čeština
• Další informace: http://kfrserver.natur.cuni.cz/studium/prednasky/kolar/index.html
• Garant: Mgr. Jan Kolář, Ph.D.

Anotace

čeština

Poslední úprava: VOTRUB (20.06.2005)

Přednáška pro studenty magisterského studia. Tématem jsou procesy zodpovědné za časování různých životních pochodů rostlin v měřítku minut až roků, tedy biologické rytmy (především denní neboli cirkadiánní) a fotoperiodizmus. Přednáška se zabývá fyziologickými i molekulárněbiologickými aspekty těchto jevů a rovněž jejich významem pro rostliny v přírodě. Poskytuje též představu o evoluci cirkadiánní rytmicity a fotoperiodizmu, hlavně na základě porovnání jejich mechanizmů u rostlin a jiných skupin organizmů.
Doporučuje se předem absolvovat přednášky z Fyziologie rosrlin, Anatomie rostlin a Morfologie rostlin.

angličtina

Poslední úprava: VOTRUB (14.04.2005)

Topics of this lecture for undergraduate students are mechanisms responsible for timing of various processes in plants, on the scale from minutes to years. These mechanisms are biological rhythms (especially daily or circadian rhythms) and photoperiodism. The lecture will focus on physiological and molecular aspects of these phenomena, as well as their significance for plants in natural environments. Evolution of circadian rhythmicity and photoperiodism will also be considered, mainly by comparing their molecular details in plants with other groups of organisms.

Literatura

Poslední úprava: VOTRUB (14.04.2005)

Pro základní orientaci jsou vhodné kapitoly týkající se cirkadiánních rytmů, fotoperiodizmu a kontroly kvetení ve skriptech:

Pavlová L.: Fotomorfogeneze. Univerzita Karlova, Praha, 1996

a případně obdobné kapitoly v kvalitních učebnicích rostlinné fyziologie, například:

Taiz L., Zeiger E.: Plant Physiology. 2nd ed. Sinauer Associates, Sunderland, Massachusetts, USA, 1998

Taiz L., Zeiger E.: Plant Physiology. 3rd ed. Sinauer Associates, Sunderland, Massachusetts, USA, 2002

Salisbury F.B., Ross C.W.: Plant Physiology. 4th ed. Wadsworth Publishing Company, Belmont, California, USA, 1992

ostatní literaturu (hlavně odborné články a review) dodá přednášející během semestru.

Požadavky ke zkoušce

Poslední úprava: doc. RNDr. Helena Lipavská, Ph.D. (17.04.2012)

ústní zkouška

Sylabus

čeština

Poslední úprava: VOTRUB (14.04.2005)

) Úvodní seznámení s biologickými rytmy a fotoperiodizmem

Představení biologických rytmů a fotoperiodizmu rostlin na několika modelových příkladech (pohyby listů, fotosyntéza, genová exprese a jiné denní rytmy, roční časování kvetení u rostlin). Charakteristika a vzájemné rozlišení biologických rytmů a fotoperiodizmu. Základní parametry rytmů (perioda, fáze, amplituda) a rozdělení podle délky periody (ultradiánní, cirkadiánní, přílivové, měsíční, roční rytmy).

2) Cirkadiánní a ostatní rytmy související s periodicitou prostředí

Základní vlastnosti cirkadiánních rytmů (endogenní původ, schopnost synchronizace s rytmicitou prostředí, teplotní kompenzace délky periody) a na nich založený model vstupy/oscilátor/výstupy. Metody výzkumu těchto rytmů u rostlin. Další rytmy související s periodicitou prostředí - důležité příklady, srovnání vlastností s cirkadiánními rytmy. Porovnání rytmů rostlin a jiných skupin organizmů (živočichové, houby, prokaryota).

3) Synchronizace cirkadiánních rytmů s denními změnami prostředí

Význam pro rostliny, mechanizmy synchronizace (diskrétní a kontinuální synchronizace, modely založené na limitních cyklech).

4) Fyziologický a ekologický význam cirkadiánních rytmů

Načasování procesů do vhodné denní doby, ochrana před denně se opakujícími nepříznivými podmínkami.

5) Fyziologický a ekologický význam cirkadiánních rytmů - pokračování

Časová kompartmentace fyziologických pochodů, koordinace biochemických procesů, měření času ve fotoperiodizmu. Experimenty testující selekční výhody cirkadiánních rytmů v přírodě.

6) Cirkadiánní oscilátory

Srovnání lokalizace oscilátorů v těle živočichů a rostlin. Molekulární mechanizmy cirkadiánní rytmicity - modely inspirované studiem chemických a biologických oscilací (Bělousovova-Žabotinského reakce, oscilace v rychlosti glykolýzy), molekulární struktura cirkadiánního oscilátoru modelové rostliny Arabidopsis thaliana (geny a proteiny zodpovědné za vytváření cirkadiánních rytmů, metody jejich identifikace).

7) Evoluce cirkadiánní rytmicity

Porovnání molekulární stavby cirkadiánního oscilátoru Arabidopsis thaliana a dalších modelových organizmů (Drosophila, myš, houba Neurospora, sinice Synechococcus) - jaké z toho plynou závěry o evoluci cirkadiánní rytmicity?

8) Fotoperiodizmus

Fotoperiodizmus jako adaptace umožňující načasování důležitých procesů do vhodné roční doby. Základní charakteristika fotoperiodických reakcí a přehled fotoperiodicky regulovaných dějů u rostlin (kvetení, tvorba hlíz, dormance, opad listů aj.). Typy fotoperiodické odpovědi (krátkodenní, dlouhodenní atd.). Porovnání fotoperiodizmu rostlin a živočichů.

9) Fotoperiodická indukce kvetení

Nejlépe prostudovaný příklad fotoperiodické reakce u rostlin. Metodika výzkumu květní indukce (experimentální světelné režimy, kvantifikace kvetení, modelové systémy). Mechanizmus měření délky dne/noci (role fotoreceptorů a cirkadiánní rytmicity).

10) Mechanizmy fotoperiodické indukce kvetení

Percepce fotoperiodické informace v listech a šíření indukčního signálu do vzrostného vrcholu stonku - fyziologické důkazy existence transportovatelného květního stimulu a současné hypotézy o jeho podstatě (jediný ?florigen" versus vícesložkový signál). Současný stav znalostí o molekulárních detailech fotoperiodické květní indukce u Arabidopsis thaliana.

11) Komplexní pohled na regulaci kvetení

Vztah fotoperiodické indukce k jiným procesům (vernalizace, autonomní indukce, reakce na kvalitu světla a další). Regulační dráhy kontrolující přechod do kvetení u Arabidopsis thaliana a jejich vzájemné ovlivňování a integrace. Srovnání těchto molekulárních mechanizmů u Arabidopsis thaliana a jiných rostlin.

12) Referáty studentů o vybraných odborných článcích týkajících se biologických rytmů nebo fotoperiodizmu. Případně též informace přednášejícího o důležitých objevech v oboru, které byly publikovány během semestru a nemohly být zařazeny do předchozích přednášek.

angličtina

Poslední úprava: VOTRUB (14.04.2005)

1) Introduction to biological rhythms and photoperiodism

Several model examples of plant biological rhythms and photoperiodism (leaf movements, photosynthesis, gene expression and other daily rhythms, annual timing of flowering in plants). Characteristic features and differences between biological rhythms and photoperiodism. Basic parameters of rhythms (period, phase, amplitude) and their division according to period length (ultradian, circadian, tidal, lunar, annual rhythms).

2) Circadian and other rhythms that match environmental periodicities

Basic properties of circadian rhythms (endogenous origin, ability to entrain to environmental rhythmicity, temperature compensation of period length) and the general model of inputs/oscillator/outputs. Methods of investigating these rhythms in plants. Other rhythms related to environmental periodicities - important examples, comparison of their properties with circadian rhythms. Comparison of rhythms in plants and other groups of organisms (animals, fungi, prokaryotes).

3) Entrainment of circadian rhythms to daily environmental changes

Importance for plants, mechanisms of entrainment (discreet and continuous entrainment, limit-cycle models).

4) Physiological and ecological importance of circadian rhythms

Timing of various processes to appropriate parts of the day, protection against daily recurring unfavorable conditions.

5) Physiological and ecological importance of circadian rhythms - continued

Temporal compartmentalization of physiological processes, coordination of biochemical processes, time measurement in photoperiodic reactions. Experiments testing selective advantages of circadian rhythms in nature.

6) Circadian oscillators

Comparison of oscillator localization in plant and animal bodies. Molecular mechanisms of circadian rhythmicity - models inspired by studies of chemical and biological oscillations (Belousov-Zhabotinsky reaction, oscillations in glycolysis rate), molecular structure of the circadian oscillator in the model plant Arabidopsis thaliana (genes and proteins responsible for generation of circadian rhythms, methods of their identification).

7) Evolution of circadian rhythmicity

Comparison of molecular structure of circadin oscillators in Arabidopsis thaliana and other model organisms (Drosophila, mouse, the fungus Neurospora, the cyanobacterium Synechococcus) - what can be concluded from this about the evolution of circadian rhythmicity?

8) Photoperiodism

Photoperiodism as an adaptation that enables timing of important processes to appropriate seasons of the year. Basic characterization of photoperiodic reactions and an overview of photoperiodically regulated events in plants (flowering, tuberization, dormancy, leaf abscission, etc.). Types of photoperiodic responses (short-day, long-day, etc.). Comparison of photoperiodism in plants and animals.

9) Photoperiodic flower induction

The most thoroughly investigated type of photoperiodic reaction in plants. Methods of studying flower induction (experimental light regimes, flower assessment, model systems). Mechanism of day/night length measurement (roles of photoreceptors and circadian rhythmicity).

10) Mechanisms of photoperiodic flower induction

Perception of photoperiodic information in leaves and transport of an induction signal to the shoot apex - physiological evidence supporting the existence of a translocable flowering stimulus and current hypotheses about its identity (a single ?florigen" versus multicomponent signal). Currently known molecular details of photoperiodic flower induction in Arabidopsis thaliana.

11) Regulation of flowering - a complex view

Photoperiodic induction in relation to other processes (vernalization, autonomous induction, light-quality response and others). Regulatory pathways controlling the transition to flowering in Arabidopsis thaliana and their mutual interactions and integration. Comparison of these molecular mechanisms in Arabidopsis thaliana and other plants.

12) Student presentations about selected scientific papers regarding biological rhythms or photoperiodism. Possibly also information of the lecturer about important discoveries in the field that were published during the semester and could not be included in previous lessons.