Αναπτυξιακή Μοριακή Βιολογία Φυτών (Εργαστηριακές Ασκήσεις)

Τα φυτά συνιστούν ένα εκπληκτικό βασίλειο στην ύπαρξη του οποίου οφείλει τη ζωή του ο πλανήτης μας. Τα φυτά μας τρέφουν, μας επιτρέπουν να αναπνέουμε, ρυθμίζουν το περιβάλλον στο οποίο ζούμε και η βιομάζα τους προμηθεύει με ενέργεια την πλειονότητα των οικοσυστημάτων της γης. Η μελέτη και κατανόηση της βιολογίας ανάπτυξης και φυσιολογίας των φυτών, αποτελεί κατ’ αυτό τον τρόπο πρωταρχικής σημασίας στόχο των ερευνητών ανά τον κόσμο, ιδιαίτερα σε μία εποχή όπου οι ανθρωπογενείς παρεμβάσεις απειλούν να διαταράξουν μη αντιστρεπτά την ισορροπία ολόκληρου του πλανητικού οικοσυστήματος. Ένα από τα εκπληκτικότερα βιολογικά φαινόμενα είναι η σταδιακή ανάπτυξη και διαφοροποίηση του γονιμοποιημένου ωαρίου σε έναν σύνθετο πολυκύτταρο οργανισμό. Ο όρος «ανάπτυξη» περιλαμβάνει το σύνολο των μορφολογικών και λειτουργικών αλλαγών που λαμβάνουν χώρα κατά τη διάρκεια του κύκλου ζωής ενός ατόμου. Σε αντίθεση με τα ζώα, όπου τα έμβρυα αποτελούν ουσιαστικά μία μικρογραφία των ενήλικων ατόμων, τα έμβρυα των φυτών συνίστανται από μία σειρά βασικών μόνο δομών. Η δημιουργία επιπρόσθετων ιστών και οργάνων, όπως είναι ο βλαστός, η ρίζα, τα φύλλα και τα άνθη, συντελείται σε μετα-εμβρυακό επίπεδο με συντονισμένες και υψηλά ελεγχόμενες πορείες κυτταρικές διαιρέσεις και διαφοροποιήσεις. Μία σειρά από σημαντικές επιστημονικές ανακαλύψεις βασίστηκαν σε παρατηρήσεις πειραμάτων με φυτά, όπως η Μεντελική κληρονομικότητα των γονιδίων, τα μεταθετά DNA στοιχεία και η γονιδιακή σίγηση (αρχικά ονομαζόμενη «συγκαταστολή»). Από τότε μέχρι σήμερα, οι κλάδοι της Μοριακής Βιολογίας και Μοριακής Γενετικής Φυτών έχουν εξελιχθεί ραγδαία και οι μεθοδολογίες τους έχουν συμβάλει ουσιαστικά στην κατανόηση πολλών παραμέτρων της Βιολογίας Ανάπτυξης των Φυτών. Προς την κατεύθυνση αυτή συνέβαλε η ολοκλήρωση της DNA αλληλούχισης και δημοσίευσης του πρώτου φυτικού γονιδιώματος το 1999. Πολλές διεργασίες των φυτών, όπως η κυτταρική διαίρεση, η ανάπτυξη, ο μεταβολισμός, αλλά και τα επιγενετικά φαινόμενα, προσεγγίζονται πλέον με αναλύσεις διαγονιδιακών και μεταλλαγμένων σειρών που παρουσιάζουν αποκλίνοντες του φυσιολογικού προτύπου φαινότυπους. Το Μάθημα της «Αναπτυξιακής και Μοριακής Βιολογίας Φυτών» σκοπό έχει να μεταδώσει στους φοιτητές όλη τη σύγχρονη γνώση και πληροφορία που αφορά στους μηχανισμούς ανάπτυξης και διαφοροποίησης των φυτών σε μοριακό επίπεδο. Επεξεργάζεται μία σειρά σύνθετων και ταυτόχρονα συναρπαστικών μοριακών μηχανισμών αλληλεπίδρασης, επίστασης, ιστοειδικής και επιγενετικής γονιδιακής ρύθμισης, οι οποίοι διέπουν τόσο τη δημιουργία των επιμέρους ιστών και οργάνων, όσο και την ορθή μορφογένεση ολόκληρου του φυτικού σώματος.

Στόχοι Μαθήματος

Σκοπός Μαθήματος Τα φυτά συνιστούν ένα εκπληκτικό βασίλειο στην ύπαρξη του οποίου οφείλει τη ζωή του ο πλανήτης μας. Η μελέτη και κατανόηση της βιολογίας ανάπτυξης και φυσιολογίας των φυτών, αποτελεί τις τελευταίες δεκαετίες αντικείμενο πολλών επιστημονικών ερευνών. Σκοπός του μαθήματος είναι η περιγραφή και ανάλυση όλων των μέχρι σήμερα ερευνητικών επιτευγμάτων, που αφορά στους μηχανισμούς ανάπτυξης και διαφοροποίησης των φυτών σε μοριακό επίπεδο. Απευθύνεται στις φοιτήτριες και τους φοιτητές που επιθυμούν να εντρυφήσουν σε μία σειρά σύνθετων και ταυτόχρονα συναρπαστικών μοριακών μηχανισμών αλληλεπίδρασης, επίστασης, ιστοειδικής και επιγενετικής γονιδιακής ρύθμισης, οι οποίοι διέπουν τόσο τη δημιουργία των επιμέρους ιστών και οργάνων, όσο και την ορθή μορφογένεση ολόκληρου του φυτικού σώματος.   Στόχος Μαθήματος Τα τελευταία χρόνια, οι κλάδοι της Μοριακής Βιολογίας και Μοριακής Γενετικής Φυτών έχουν εξελιχθεί ραγδαία και οι μεθοδολογίες τους έχουν συμβάλει ουσιαστικά στην κατανόηση πολλών παραμέτρων της Βιολογίας Ανάπτυξης των Φυτών. Πολλές διεργασίες των φυτών, όπως η κυτταρική διαίρεση, η ανάπτυξη, ο μεταβολισμός, αλλά και τα επιγενετικά φαινόμενα, προσεγγίζονται πλέον με αναλύσεις διαγονιδιακών και μεταλλαγμένων σειρών. Στόχοι του μαθήματος αποτελούν: α) η εξοικείωση των φοιτητών με τις μεθοδολογίες της μοριακής γενετικής και βιοτεχνολογίας φυτών που χρησιμοποιούνται σήμερα και β) η απόκτηση γνώσεων της λειτουργικής δράσης επιμέρους γονιδίων/μηχανισμών και των μοριακών σινιάλων που εμπλέκονται στην ανάπτυξη και διαφοροποίηση του εμβρύου, του ακραίου μεριστώματος του βλαστού και της ρίζας, των φύλλων και των αναπαραγωγικών οργάνων των φυτών.

Προαπαιτούμενες Γνώσεις

Η Αναπτυξιακή και Μοριακή Βιολογίας Φυτών προϋποθέτει καλές γνώσεις των φοιτητών σε βασικά μαθήματα του Τμήματος που σχετίζονται με το αντικείμενο της ΑΜΒΦ, όπως Βιοχημεία, Γενετική, Εισαγωγή στη Βοτανική, Κυτταρική Βιολογία, Μοριακή Βιολογία και Φυσιολογία Φυτών. Κατ' αυτό τον τρόπο ο φοιτητής θα κατανοήσει καλύτερα την ανάπτυξη των φυτών σε μοριακό επίπεδο και τις μεθοδολογίες της μοριακής γενετικής και βιοτεχνολογίας (γενετικής τροποποίησης) φυτών που χρησιμοποιούνται σήμερα στη μελέτη αναπτυξιακών γονιδίων και μηχανισμών.

Περιεχόμενα

Σταθερός μετασχηματισμός φυτών Arabidopsis thalianaμε Agrobacterium tumefaciens, χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της εμβάπτισης ανθικών στελεχών. Επιλογή μετασχηματισμένων σπερμάτων Τ2 γενιάς σε τριβλία MS Km50 (αντιβιοτικό καναμυκίνη) και ανάπτυξη των διαγονιδιακών φυτών. Παροδικός μετασχηματισμός φυτών Nicotiana με καλλιέργεια Agrobacterium tumefaciens που φέρει κατασκευή υπερέκφρασης της πράσινης φθορίζουσας πρωτεΐνης (GFP). Ιστοειδική ανίχνευση του γονιδίου μάρτυρα β-γλουκουρονιδάση (GUS) μετά από χρώση διαγονιδιακών φυτώνArabidopsis thaliana με υπόστρωμα Χ-Gluc. Ποσοτικός προσδιορισμός της έκφρασης του γονιδίου μάρτυρα GUS σε διαγονιδιακά φυτά Arabidopsis,χρησιμοποιώντας φθοριομετρικές μεθόδους και κινητική ενζυμικής αντίδρασης.