Genetika rostlin - MB140P02

• Anglický název: Plant Genetics
• Český název: Genetika rostlin
• Zajišťuje: Katedra genetiky a mikrobiologie (31-140)
• Fakulta: Přírodovědecká fakulta
• Platnost: od 2023 do 2023
• Semestr: zimní
• E-Kredity: 5
• Způsob provedení zkoušky: zimní s.:ústní
• Rozsah, examinace: zimní s.:3/0, Zk [HT]
• Počet míst: neomezen
• Minimální obsazenost: 5
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: vyučován
• Jazyk výuky: čeština
• Úroveň: specializační
• Další informace: http://www.natur.cuni.cz/biologie/genetika/studium-1/magisterske-studium/prednasky-a-cviceni-pro-magisterske-a-doktorske-studenty#Genetika
• Poznámka: povolen pro zápis po webu; předmět má cyklickou výuku
• Garant: doc. RNDr. Dana Holá, Ph.D.
• Vyučující: doc. RNDr. Dana Holá, Ph.D.; Mgr. Hana Marková; RNDr. Olga Rothová, Ph.D.

Anotace

čeština

Poslední úprava: doc. RNDr. Dana Holá, Ph.D. (11.07.2023)

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).

angličtina

Poslední úprava: doc. RNDr. Dana Holá, Ph.D. (25.08.2013)

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.

Literatura

čeština

Poslední úprava: doc. RNDr. Dana Holá, Ph.D. (25.08.2013)

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.

Jain H.K., Kharkwal M.C.: Plant Breeding. Mendelian to Molecular Approaches. Kluwer Academic Publisher. Boston-Dordrecht-London. 2004.

angličtina

Poslední úprava: doc. RNDr. Dana Holá, Ph.D. (23.10.2019)

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

Požadavky ke zkoušce

čeština

Poslední úprava: doc. RNDr. Dana Holá, Ph.D. (03.09.2021)

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.

angličtina

Poslední úprava: doc. RNDr. Dana Holá, Ph.D. (23.10.2019)

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.

Sylabus

čeština

Poslední úprava: doc. RNDr. Dana Holá, Ph.D. (03.10.2023)

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)

angličtina

Poslední úprava: doc. RNDr. Dana Holá, Ph.D. (04.09.2023)

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.