Sylabus
1. Vymezení předmětu studia: co jsou rostliny - historický a současný pohled s exkursem do vývoje názorů na evoluci eukaryot. Vztah rostlin k jiným fotosyntetisujícím organismům (sekundární endosymbiosy). Běžné rostlinné a "rostlinné" experimentální modely: kam patří a co representují (s důrazem na specifika příslušných evolučních linií, i v porovnání s dalšími významnými skupinami rostlin). Rostlinný genom jako dynamická struktura v měřítku fylogenetickém (a někdy i kratším - agrobakterie a jejich aplikace, genotrofy a pod.). Kolinearita genomů, polyploidizace jakožto evoluční mechanismus významný v rostlinné říši, dynamika repetitivních sekvencí, stěhování genů mezi organelami a jádrem.
2. Rostlinná buňka a její genom(y). Struktura a kompartmentace rostlinné buňky s důrazem na rysy sdílené s jinými eukaryotními liniemi versus "rostlinná specifika". Membrány, jejich funkce, role, vzájemné vztahy a proměny buněčných kompartmentů. Mechanická role turgoru. Plastidy jakožto specificky rostlinné organely, jejich životní cyklus. Cytoskelet a buněčná stěna, pohyb organel. Tvar buňky jako výsledek koordinace endomembránového systému, cytoskeletu, buněčné stěny a vakuoly. Buněčný syklus - rostlinná specifika (zejm. v cytokinezi). Xylem jako modelový příklad extrémní buněčné diferenciace zahrnující i smrt buňky.
3. Modelová semenná rostlina v prvním přiblížení - stavba a ontogeneze (více méně příklad Arabidopsis thaliana). Rodozměna, pohlavní rozmnožování a životní cyklus. Principy určení buněčného osudu, rozvrh rostlinného těla, meristémy, organogeneze (včetně modelového příkladu rozvrhování květních orgánů). Struktura rostlinných pletiv (symplast a apoplast), stavba těla a jeho typických orgánů. Průběžně ilustrováno vybranými příklady využití mutantů v rostlinné biologii.
4. Metabolismus, zejména primární (energetický), a jeho kompartmentace v rámci buňky i těla.Toky energie a živin v rostlině. Fotosyntéza: zachycení fyzikální energie a její přeměna na chemickou, fotosyntetické struktury, pigmenty, náhled do evolučního pozadí. Fixace CO2 - Calvinův cyklus, fotorespirace - C3, C4 a CAM rostliny v kontextu prostředí. Rostlinná specifika respirace (např. kyanid-rezistentní dýchání).
5. Osudy a role asimilátů. Syntéza, transport (krátké a dlouhé vzdálenosti), prostorová a časová distribuce asimilátů (zejm. sacharóza a škrob). Vztahy zdroj - sink. Nový náhled na signální úlohu sacharidů.
6. Hospodaření s vodou a živinami. Vodní provoz: vztah kořen-list, transportní mechanizmy - zejm. vodní potenciál, transpirace (současné problémy klasické kohezní teorie , regulace průduchů), ekofyziologický kontext. Minerální výživa - příjem a distribuce vybraných makro- a mikroprvků v rostlinném těle, kompartmentace na buněčné úrovni (vakuolární sekvestrace). Praktické aplikace (fytoremediace).
7. Fytohormony a jiné zajímavé metabolity. Historie objevů, funkce, chemická povaha, cesty syntézy a degradace.Vybrané sekundární metabolity - jejich syntéza a funkce v buňce i na organismální úrovni (barviva, látky s funkcí stavební či obrannou/např.jedy/), jejich praktické využití. Metabolity jako prostředky komunikace či jiného ovlivňování nablízko (v rámci pletiva či orgánu) a na dálku (mezi jedinci, i odlišných druhů či dokonce vzdálených evolučních linií).
8. Ontogeneze - regulační aspekty. Udržování a regulace funkce apikálních meristémů, transport auxinu v ontogenezi (apikální dominance, diferenciace vodivých pletiv, fylotaxe), strigolaktonová regulační dráha. Algoritmická povaha rostlinné ontogeneze, její modelování.
9. Rostlina v kontextu prostředí I: ontogenetické odpovědi na vnější vlivy. Světlo jako signál, fotomorfogeneze, skotomorfogeneze, etiolace. Regulace kvetení, podmínky přechodu z vegetativní do generativní fáze, kontrola délkou dne, vernalizace. Jiné modifikace ontogeneze prostředím - mechanické vlivy (aneb jak udělat z kapusty strom), symbiózy. Mají rostliny paměť, a mohly by být inteligentní?
10. Rostlina v kontextu prostředí II: stres. V jakém smyslu lze (nebo naopak nelze) u rostlin uplatňovat původně živočišnou koncepci stresu. Strategie a vybrané příklady odpovědi rostlin na nepříznivé podmínky (včetně biotických) a doklady pro (přece jen) existenci univerzální stresové odpovědi.
11. Úloha rostlin v globálním ekosystému. Rostliny v kolobězích vody a CO2, paleontologické doklady pro biogenní změny globálního klimatu související s fotosyntézou (kyslíková katastrofa), autoregulace v ekosystémech. Rostliny a lidstvo - od neolitické revoluce až po politické spory kolem genových manipulací.
12. Závěrečný diskusní seminář.
Anotace
Přehled základů biologie rostlin - od genomiky přes buněčnou biologii, vývojovou biologii, fyziologii a biochemii až po základy ekologie. Kurs je koncipován s důrazem na evoluční a srovnávací témata a na situace, kde studium rostlin může osvětlit obecné biologické zákonitosti.