Fotosyntetické organismy v rámci 6 říší Zel. rost. a řasy Ruduchy Glauco phyta Rozsivky atd. Obrněnky Euglenozoa WHAT IS A PLANT?
Původ plastidů: jednou a přece víckrát! PRIMÁRNÍ I Sekundární endosymbióza Primární endosymbióza (sinice) Sekundární endosymbióza Sekundární endosymbióza U sekundárních endosymbiontů je plastid vlastně řasa, z jádra někdy nukleomorf.
Paulinella chromatophora
Paulinella chromatophora Cercozoa 860 genů 25% pův. Sekundární Bigelowiella natans Chlorarachniophyte
Roger and Simpson, Curr. Biol. 2009
C-S Unikont-Bikont concept does not fit
Mnohobuněčnost rostlin je evolučně nepříbuzná mnohobuněčnosti živočichů
Rostliny kolonizovaly souši jen jednou a jen zelené rostliny
Z 1. rozměru do prostoru význam orientace dělení a dloužení. Klíčový význam lignifikace
Rodozměna Tendence k rozvoji/převládnutí sporofytu Jak vůbec vznikl mnohobuněčný sporofyt?
Dvě hypotézy o vzniku dvou generací u rostlin Interpolační teorie - předek měl diploidní jen zygotu (tak je tomu u parožnatek). Oddálení meiózy po mitotickém dělení zygoty vede ke vzniku sporofytu. Transformační teorie - předek suchozemských rostlin vyvinul simultánně mnohobuněčný gametofyt i sporofyt (analog. Ulva). Stará dobrá Coleochaete hypotéza mluví pro IT.
Dvě hypotézy o vzniku dvou generací u rostlin Interpolační teorie - předek měl diploidní jen zygotu (tak je tomu u parožnatek). Oddálení meiózy po mitotickém dělení zygoty vede ke vzniku sporofytu. Transformační teorie - předek suchozemských rostlin vyvinul simultánně mnohobuněčný gametofyt i sporofyt (analog. Ulva). Stará dobrá Coleochaete hypotéza mluví pro IT.
Hlavní evoluční novinky suchozemských rostlin Kutikula a průduchy. Evoluce listu. Evoluce květu a semenných obalů
Květy
Listy Vyvinuly se 6x nezávisle
MODELS FOR PLANT DEVELOPMENTAL BIOLOGY
Physcomitrella Physcomitrellapatens patensje je dosud dosud jedniný jedninýrostlinný model, model, který který umožňuje umožňuje homologní homologní rekombinace rekombinace --tzv. tzv. gene gene knock-out knock-out
Arabidopsis Arabidopsis- -10 10 7 7 pb pb (A) (A) a Fritillaria Fritillaria- -10 10 11 11 pb pb (B) (B) Rostliny Rostliny se se zcela zcela srovnatelnou srovnatelnou komplexitou komplexitou pletiv pletiv a orgánů orgánů se se liší liší 10 10000x 000x obsahem obsahem DNA. DNA.
Zea Zeamays maysnejstarší vývojově-genetický vývojově-genetický model model krytosemenných krytosemenných mutace mutace knotted knotted
Osekvenované genomy rostlin ALE UŽ TAKÉ MODELOVÁ OBILNINA RÝŽE A MODELOVÝ STROM TOPOL (Populus trichocarpa)
Campus Umea modelový jedinec
ROSTLINNÉ GENOMY PROBLÉM KOORDINACE TŘÍ GENOMŮ V JEDNOM ORGANISMU Stěhování genů z organel do jádra.
Genom Mitochondrií Vetšina mt transkriptů je editována.
Genom Plastidů
Polyploidizace je běžnou součástí speciace Jako pozůstatek dávné polyploidizační události se i v genomu Arabidopsis vyskytují některé úseky chromozomů dvakrát
SYNTENIE SYNTENIE či či KOLINEARITA KOLINEARITA GENOMU GENOMU Příbuzné Příbuzné druhy druhy rostlin rostlin mají mají obdobnou obdobnou lokální lokální architekturu architekturu genomu genomu --pořadí pořadí genů genů na na homologních homologníchúsecích chromosomů. chromosomů.
SHORTLY ON METHODS
Metody studia rostlinných genů
Mutageneze transpozonem může být reversibilní
T-DNA JAKO NÁSTROJ ROSTLINNÉ EXPERIMENTÁLNÍ BIOLOGIE Mechanismus přenosu T-DNA Agrotransformace jako důležitý nástroj studia i modifikací rostlin
Reporter Gene Systems GFP a GUS Use of a reporter gene gene whose expression is easy to observe. Used to report gene expression - regulation and localization Green fluorescent protein (GFP) Protein identified form luminescent jellyfish Aequorea victoria. GFP has now been produced in a number of heterologous cell types and there appears to be little requirement for specific additional factors for post-translational modification of the protein, which may be autocatalytic or require ubiquitous factors. Many structural variants now available commercially (e.g. red fluorescent protein) A. thaliana C24 wild type (left) 35S-mgfp4-ER transformed (right) Aequorea victoria http://www.plantsci.cam.ac.uk/haseloff/gfp/gfpbackgrnd.html http://pantheon.cis.yale.edu/~wfm5/gfp_gateway.html GUS (uida) gene X-Glc 5-bromo-4-chloro-3-inolyl -β-d-glucuronic acid β-glucuronidase Blue precipitate ABA-inducible expression Guard cells Roots http://home.ust.hk/~rocklab/dc3gus/ http://bldg6.arsusda.gov/mtucker/public/ images/f2_tapg_gus.html
Koncept rostlinného organismu 1.Neukončená organogeneze/embryogeneze 2. Modulární stavba - FYTOMERA 3. Neoddělená zárodečná linie 4. Totipotence rostlinných buněk 5. Střídání n a 2n generací rodozměna 6. Velká vývojová plasticita stresová odolnost.
Rostliny Rostliny si si musí musí poradit poradit se se vším vším co co se se děje děje tam, tam, kde kde vyklíčily vyklíčily a rostou. rostou. Cesty Cesty příjmu příjmu živin živin a energie energie jsou jsou oddělené oddělené
Overview of ontogenesis
Vývoj embrya začíná - DVOJITÉ OPLOZENÍ Pylové zrno = samčí gametofyt. Zárodečný vak = samičí gametofyt.
Promoter Promotertrap trap s GFP GFP
Cell divison periclinal anticlinal
CHARACTERISTICS OF PLANT CELLS, TISSUES AND ORGANS
Uspořádání Uspořádání MT MT během během buněčného buněčného cyklu cyklu rostlinné rostlinné buňky buňky
APOPLAST APOPLAST A SYMPLAST SYMPLAST
Buňky Buňky apikálního apikálního meristému meristému jsou jsou symplasticky symplasticky propojeny propojeny --plasmodesmy plasmodesmyumožňují mezibuněčný mezibuněčný transport transport bílkovin bílkovin A --KN1 KN1 bílkovina, bílkovina, B --KN1 KN1 mrna mrna
MODULARITY - PHYTOMER
CELL-INTRINSIC INFORMATION Vnitrobuněčná informace vs. poziční informace
CLONAL CLONAL AND POSITION POSITION
Vývojový osud závisí na buněčné linii
Vývojový osud závisí na pozici
CLONAL ANALYSIS
Cell divison periclinal anticlinal
LASER MICROSURGERY Ben Scheres - Utrecht
REGULACE REGULACE DIFERENCIACE DIFERENCIACE KOŘENOVÉHO KOŘENOVÉHO MERISTÉMU MERISTÉMU
Starch production as differentiation marker
Vliv Vliv ploidie ploidie na na velikost velikost buněk buněk u periklinálních periklinálních meristémových meristémových chimér chimér
Theor Appl Genet (2002) 104:192 199 Springer-Verlag 2002 T. Franks R. Botta M.R. Thomas Chimerism in grapevines: implications for cultivar identity, ancestry and genetic improvement Here we show that when the two cell layers of a periclinal chimera, Pinot Meunier, are separated by passage through somatic embryogenesis the regenerated plants not only have distinct DNA profiles which are different from those of the parent plant but also have novel phenotypes. Recovery of these phenotypes indicates that additional genetic differences can exist between the two cell layers and that the Pinot Meunier phenotype is due to the interaction of genetically distinct cell layers. It appears that grapevine chimerism can not only modify phenotype but can also impact on grapevine improvement as both genetic transformation and conventional breeding strategies separate mutations in the L1 and L2 cell layers.
Mutace ovlivňující uspořádání buněčných dělení POKRACOVANI!!!
tangled
pi-12 ; m.w. 40(maize) or 50 (Arabidopsis) kda
Not all Arabidopsis tangled cells show abnormal wall patterns so, assuming that the mutations are completely null, Arabidopsis TANGLED can only be part of the mechanism for division plane determination. The search now continues for other components of the division ring and insights into the attractive influence they exert over the leading edge of the cytokinetic apparatus.
Vývojová kompenzace poruchy dělivého růstu zvětšováním objemu/expansí nedělících se buněk.
FASS
Další příklad chaotického mutanta fs/ton který nakonec také vytvoří rostlinku
WT wol fass Scheres et al. 1994
Rostlina vládne buňkám, ne buňky rostlině
Genetická nomenklatura LEAFY, LFY - WT alela genu leafy, lfy mutantní alela genu či fenotyp rostliny LEAFY WT bílkovina leafy mutantní bílkovina
TIME Vztah mezi stářím/věkem, pozicí a vývojovým osudem Čas a prostor jsou u rostlin neoddělitelně spojeny homeotic vs. heterochronic mutants
7d 7d Ler PSD = exportin trna homologue
Herr 2005
amp1 altered meristem programming1 encodes glutamate carboxypeptidase polypeptide processing signal. oligopeptide prod. Phenotype opposite to psd.
Intrinsic timer independent on cell division. Giberellins as general promotors of phase transition support also earlier initiation of adult phase.
Shrnutí 1. Vnitrobuněčná informace jen velmi zřídka určuje vývojový osud buňky. Vše nasvědčuje neustálé vnitrobuněčné proměně; ta je spíše důsledkem, než příčinou buněčného osudu Dominantní roli hraje poziční informace Liniová informace přispívá, ale může být zcela přepsána poziční