Ekofizjologia molekularna roślin

obowiązkowe

W ramach zajęć studenci zostaną zaznajomieni z problemami badawczymi ekofizjologii molekularnej roślin i stosowanymi metodami. Zajęcia będą miały charakter ćwiczeń laboratoryjnych, poprzedzonych

częścią teoretyczną. Każdy ze studentów będzie mógł samodzielnie wykonywać poszczególne zadania. Oprócz metod laboratoryjnych studenci poznają również narzędzia bioinformatyczne i statystyczne. Ta część zajęć będzie prowadzona w ramach pracowni komputerowej, przy czym każdy student będzie mógł samodzielnie wykonywać poszczególne zadania, np. przeszukiwać w internecie bazy danych, projektować startery czy analizować wyniki eksperymentów mikromacierzowych.

w sali

Celem zajęć jest zaznajomienie studentów z aktualnymi problemami badawczymi ekofizjologii molekularnej roślin. Oprócz metod laboratoryjnych, w szczególności molekularnych, studenci poznają również podstawowe narzędzia bioinformatyczne. Zajęcia będą miały charakter ćwiczeń laboratoryjnych i pracowni komputerowej, poprzedzonych częścią teoretyczną w postaci seminarium. Każdy ze studentów mógł samodzielnie wykonywać poszczególne zadania. Jedynie prace laboratoryjne z mikromacierzami, ze względu na koszty, będą miały charakter pokazu. Natomiast opracowanie wyników skanowania mikromacierzy będzie wykonywane samodzielnie przez studentów.

Część praktyczna

1. Zmiany ekspresji wybranych genów pod wpływem stresów środowiskowych.

Izolacja RNA z użyciem Trizol'u i kolumienek (opcjonalnie) z A. thaliana i Z. mays kontrolnych i poddanych działaniu stresu biotycznego i abiotycznego. Czyszczenie RNA. Ocena jakościowa i ilościowa izolowanego RNA ze wskazaniem różnic gatunkowych w obrazie elektroforetycznym. Badanie ekspresji genów (np. PAL, peroksydazy, ZmERF3, ZmDREB2A) metodą półilościowego RT PCR oraz oznaczanie aktywności odpowiadających im enzymów (PAL, peroksydazy).

2. Wykrywanie programowanej śmierci komórki na poziomie DNA.

Izolacja DNA metodą Milligana z ziarniaków Z. mays na różnym etapie rozwoju i z liści Z. mays poddanych działaniu chłodu. Elektroforeza w żelu agarozowym.

3. Wykrywanie organizmów roślinnych modyfikowanych genetycznie.

Izolacja DNA z soi transgenicznej (40-3-2, Roundup Ready ) i typu dzikiego metodą

CTAB. Przeprowadzenie reakcji PCR dla wykrycia promotora CaMV 35S. Elektroforeza DNA w żelu agarozowym. Wykrywanie GMO z użyciem testów polowych w oparciu o metodę ELISA.

4. Zastosowanie mikromacierzy do analizy zmian transkryptomu u roślin po wpływem stresu

Pokaz wybranych elementów procedury na przykładzie mikromacierzy oligo dla Z. mays.

Pracownia komputerowa: Obróbka automatyczna i ręczna obrazów po skanowaniu mikromacierzy, normalizacja i analiza statystyczna wyników z użyciem programu BioConductor, inne programy do analizy wyników: Acuity, JMP Genomics, Gene Spring, Ariadne.

Część teoretyczna

1. Stres biotyczny i abiotyczny. Molekularne mechanizmy reakcji roślin na stresy. Fizjologiczne metody badania reakcji roślin na stresy. Metody badania ekspresji genów.

2. Rola programowanej śmierci komórki w rozwoju roślin i ich reakcji na stresy biotyczne i abiotyczne. Programowana śmierć komórkowa a nekroza. Ultrasktrukturalne i molekularne metody wykrywania programowanej śmierci komórki u roślin: kryteria ultrastrukturalne, drabinka DNA, kometka, TUNEL.

3. Organizmy modyfikowane genetycznie: uzyskiwanie, zastosowanie, znaczenie

praktyczne, wprowadzenie do prawodawstwa unijnego i krajowego dotyczącego GMO.

Metody wykrywania GMO: RT PCR, real time PCR, ELISA

4. Mikromacierze cDNA, oligo i białkowe i ich zastosowanie w ekofizjologii molekularnej roślin i innych dziedzinach biologii eksperymentalnej, projektowanie eksperymentu z użyciem mikromacierzy, ocena jakości i normalizacja wyników, analiza statystyczna wyników, analiza funkcjonalna wyników z użyciem Gene Ontology, analiza zmian w szlakach metabolicznych, weryfikacja wyników, prezentacja wyników eksperymentów mikromacierzowych w bazach publicznych w formacie MIAME (minimum information about microarray experiment), elementy bioinformatyki.

Skrypt do ćwiczeń (do pobrania ze strony: http://www.biol.uw.edu.pl/ibebr/dydaktyka)

Bioinformatyka. Baxevanis A.D., Ouellette B.F.F. (red). PWN, Warszawa, 2005.

Prasad M.N.V. Plant Ecophysiology. J. Wiley & Sons, New York.Turner P.C., 1996. McLennan A.G., Bates A.D., White M.R.H. Biologia Molekularna. PWN, Warszawa, 2007.

Nobel, P. S. Physicochemical and Environmental Plant Physiology. Elsevier Academic Press, 2005.

Aktualna literatura przedmiotu wskazana przez prowadzących zajęcia.

Wiedza: absolwent zna i rozumie

• problemy nauk przyrodniczych, kategorie pojęciowe i terminologię przyrodniczą oraz rozwój metod badawczych, a także potrafi wskazać najważniejsze odkrycia naukowe w historii nauk biologicznych, w tym biotechnologii. (K_W02 Bt)

• w zaawansowanym stopniu techniki i narzędzia w badaniach zjawisk przyrodniczych, rozumie znaczenie pracy doświadczalnej w biotechnologii oraz potrafi opisać znaczenie analiz molekularnych w badaniach biologicznych i medycznych. (K_W04 Bt)

• w zaawansowanym stopniu wiedzę dotyczącą wykorzystania technicznych i technologicznych aspektów biotechnologii. (K_W05 Bt)

• podstawy technik informatycznych i wykorzystuje narzędzia informatyczne do pozyskiwania informacji, przetwarzania tekstów, prezentacji. (K_W08 Bt)

Umiejętności: absolwent potrafi

• stosować podstawowe techniki, właściwe dla biotechnologii. (K_U01 Bt)

• korzystać z dostępnych źródeł informacji, w tym ze źródeł elektronicznych. (K_U03 Bt)

• przeprowadzać proste zadania badawcze lub ekspertyzy pod okiem opiekuna indywidualnie oraz w zespole. (K_U04 Bt)

• wykonywać w terenie/laboratorium proste pomiary fizycznochemiczne lub biologiczne oraz dokonywać obserwacji, oraz stosować, na poziomie podstawowym, metody matematyczne i statystyczne do opisu zjawisk i analizy danych. (K_U05 Bt)

• poprawnie wnioskować na podstawie danych z różnych źródeł. (K_U06 Bt)

Kompetencje społeczne: absolwent jest gotów do

• zrozumienia zjawisk i procesów biologicznych w przyrodzie. (K_K01 Bt)

• wykazywania odpowiedzialności za własną pracę i powierzony sprzęt; wykazuje poszanowanie pracy własnej i innych. (K_K03 Bt)

• efektywnej pracy w zespole. (K_K04 Bt)

krótkie sprawozdania pisemne z poszczególnych zadań,

opracowanie końcowe (w formie prezentacji multimedialnej lub raportu) wybranych zagadnień dla poszczególnych zespołów

nie