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)
Anotace
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).