Augu molekulārā ģenētika

1

Nils Rostoks LU Bioloģijas fakultāte

AUGU MOLEKULĀRĀ ĢENĒTIKA

2013. GADA 8. FEBRUĀRIS

2


2 kredītpunkti 11 lekcijas 2 semināri Patstāvīgais darbs – sagatavot prezentāciju semināram Nobeigumā – eksāmens

Prasības KP ieguvei: Lekciju apmeklējums, uzstāšanās ar referātu seminārā un aktīva dalība referātu apspriešanā (50% atzīmes), sekmīgi nokārtots rakstiskais eksāmens (50%)

KURSA APJOMS

MĀCĪBU PLĀNS UN LEKCIJU SARAKSTS


3

Datums Lekcijas temats08.02.2013 Iepazīšanās, ievadlekcija15.02.2013 Augu ģenētikas vēsture. Augi kā ģenētikas modeļorganismi. 22.02.2013 Augu genomu struktūra un pētīšanas metodes 01.03.2013 Augu genomu struktūra un evolūcija. Genomu polimorfisms, poliploīdija

08.03.2013 Molekulāro marķieri un to genotipēšanas tehnoloģijas un to pielietojums genoma kartēšanā

15.03.2013 Kartēšana augos izmantojot eksperimentālas un dabiskas populācijas 22.03.2013 Lekcija nenotiek 29.03.2013 Lieldienu brīvdienas05.04.2013 Molekulārie marķieri augu selekcijā 12.04.2013 Seminārs. Augu genoma struktūra un molekulārie marķieri 19.04.2013 Augu - augu patogēnu molekulārā ģenētika un bioloģija

26.04.2013 Augu abiotiskā stresa izturības un hormonālās regulācijas molekulārā ģenētika

03.05.2013Transgēno augu iegūšanas vēsture, metodes un pielietojums fundamentālos pētījumos. Latvijas un ES likumdošana ĢMO kultūraugu līdzāspastāvēšanas un ierobežotas izmantošanas jomās Transgēno augu pielietojums biotehnoloģijā. Ģenētiski modificēti kultūraugi.

10.05.2013 Seminārs. Augu abiotiskais un biotiskais stress un ĢMO 17.05.2013 Lekcija nenotiek 24.05.2013 Eksāmens

4 REFERĀTU PIEMĒRI


1. Retrotranspozonu LTR sekvenču pielietojums to insercijas vecuma noteikšanā (piemēram, SanMiguel et al. (1996) Nested retrotransposons in the intergenic regions of the maize genome. Science, 274: 765)

2. Dominances, pārdominances (overdominance) un epistāzes teorijas par heterozes molekulārajiem pamatiem (piemēram, Syed and Chen (2005) Molecular marker genotypes, heterozygosity and genetic interactions explain heterosis in Arabidopsis thaliana. Heredity, 94: 295)

3. NBS-LRR tipa augu slimību izturības gēnu veidi (piemēram, McHale et al. (2006) Plant NBS-LRR proteins: adaptable guards. Genome Biol, 7: 212)

Referāts par maģistra darba tēmu, ja tā saistīta ar augiem un ģenētiku, vai arī par brīvi izvēlētu tēmu, kas saistīta ar augiem un ģenētiku

5UZDEVUMU

PIEMĒRI


Krustojot savvaļas miežu līniju ar elites šķirni, iegūst F1 hibrīdu. Atkrustojot F1 ar elites šķirni, cik procenti genoma BC3 paaudzē būs no elites šķirnes genoma?: 75% 87.5% 93.75% 96.875%

Tipisks augu slimību izturības gēns kodē proteīnu ar: RNS saistīšanas un kināzes domēniem Zn pirkstu un kināzes domēniem NBS un LRR domēniem SH3 un kalmodulīna saistīšanas domēniem

6MĀCĪBU MATERIĀLI

I


Lekcijas


II


Lekcijas


III


Mācību grāmatas augu ģenētikā un fizioloģijā:

Jones R, Ougham H, Thomas H, Waaland S (2012) The molecular life of plants (Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra)

Devi P (2003) Principles and methods in plant molecular biology, biochemistry and genetics (LU BF bibliotēka)

Taiz L (2006) Plant physiology 4th ed. (LU BF bibliotēka)

Mācību grāmatas ģenētikā un molekulārajā bioloģijā:

Piemēram, Griffiths AJF (2002) Modern genetic analysis: integrating genes and genomes (LU BF bibliotēka)

Lewin B (2008) Genes IX

9 MĀCĪBU MATERIĀLI IV


Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedras grāmatu plaukts:

Buchanan et al. (2000) Biochemistry and molecular biology of plants

Kole C (2006) Genome mapping and molecular breeding in plants

Hartl and Clark (1997) Principles of population genetics

von Bothmer et al. (2003) Diversity in barley

Weising et al. (2005) DNA fingerprinting in plants

Avise J (2004) Molecular markers, natural history and evolution

Oraguzie N (2006) Association mapping in plants


V


Zinātniskie žurnāli:

Trends in Plant Science (http://www.trends.com/plants/default.htm)

Current Opinion in Plant Biology (http://www.current-opinion.com/jpbl/about.htm)

Plant Physiology, The Plant Journal, Plant Cell, BMC Plant Biology u.t.t.

Interneta resursi:

http://plantgenetics.lu.lv

http://www.trends.com/plants/default.htm

http://www.current-opinion.com/jpbl/about.htm

http://plantgenetics.lu.lv/

11


AUGI NODROŠINA MŪS AR PĀRTIKU


12

ANO Pārtikas un lauksaimniecības organizācijas (FAO) datiwww.fao.org

GRAUDAUGI IR NOZĪMĪGĀKAIS OGĻHIDRĀTU AVOTS


13

FAO www.fao.org

Cereals

,Total

+Wheat

Barley

Maize

Tritical

eOats Rye

Rice, p

addy

Sorgh

um

Buckwhea

tMille

t0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

ES 2007 (tonnas)

Cereals

,Total

+Maiz

e

Rice, p

addy

WheatBarl

ey

Sorgh

umMille

tOats Rye

Tritical

e

Buckwhea

t0

500000

1000000

1500000

2000000

2500000

Pasaule 2007 (tonnas)

http://www.fao.org/

GRAUDAUGU PRODUKCIJAS PIEAUGUMS (TONNĀS)


14

0

500000

1000000

1500000

2000000

2500000

3000000

3500000

4000000

4500000

1961

1964

1967

1970

1973

1976

1979

1982

1985

1988

1991

1994

1997

2000

2003

2006

World +

Europe +

FAO www.fao.org

http://www.fao.org/

15LAUKSAIMNIECĪBAS PRODUKCIJA

UZ VIENU IEDZĪVOTĀJU


19611963

19651967

19691971

19731975

19771979

19811983

19851987

19891991

19931995

19971999

20012003

20050

20

40

60

80

100

120

140

Food production per capita (percent of 1999 - 2001 average)

WorldEuropeDeveloped CountriesDeveloping Countries

CILVĒKU POPULĀCIJAS ATTĪSTĪBAS PROGNOZES


16

ANO (http://www.un.org/en/)

ĢEOGRĀFISKIE RAJONI, KUROS TRŪKST PĀRTIKAS


17

World Health Organization (http://www.who.int)

Geographical pattern of stunting in children under 5 years of age

http://www.who.int/

AUGI UN CILVĒKS


18

Pārtika

Skābeklis un CO2

Klimats

Ainava

Enerģija

Rūpniecības izejmateriāli

19ĢENĒTIKA UN

GENOMIKA


Ģenētika – bioloģijas nozare, kas pēta organismu iedzimtību un mainību

Vienkāršoti sakot - ģenētika pēta gēnus

Genomika – zinātnes nozare, kas pēta organismu pilnu DNS secību (genomu)

20 GENOMIKA


Zinātne par genomiem, to pilnām sekvencēm un tajās atrodamajiem gēniem

The birth of the term "genomics" was documented as follows: "For the newly developing discipline of mapping/sequencing (including analysis of the information) we have adopted the term GENOMICS. We are indebted to T. H. Roderick of the Jackson Laboratory, Bar Harbor, Maine, for suggesting the term. The new discipline is born from a marriage of molecular and cell biology with classical genetics and is fostered by computational science." (Victor A. McKusick and Frank H. Ruddle. A new discipline, a new name, a new journal [editorial]. Genomics 1987 Sep;1:1-2.)

21 ĢENĒTIKAS MĒRĶIS


Identificēt visus gēnus, noteikt to funkciju un darbības mehānismus

22 KAS IR GĒNS?


No klasiskās ģenētikas viedokļa gēns ir iedzimtības faktors, kas nosaka organisma īpašības – tāpēc mums ir slimību izturības gēni, acu krāsas gēni, savvaļas gēni un tmldz. brīnumi

No molekulārās ģenētikas viedokļa gēns ir noteikta DNS secība, tas visbiežāk kodē kādu proteīnu, kuram ir noteikta funkcija

Jāatšķir gēns un gēna alēle!

Taču tajā pat laikā dalījums klasiskajā un molekulārajā ģenētikā ir mākslīgs...

23KLASISKĀ UN MOLEKULĀRĀ

ĢENĒTIKA


Klasiskā ģenētika pēta gēnus pazīmju līmenī

Molekulārā ģenētika pēta gēnus molekulārā līmenī – DNS, RNS un to kodētās aminoskābju sekvences

Nav jau svarīgi vai skaldās acu krāsa, vai DNS fragmentu garums

24 AUGU ĪPATNĪBAS


Augi ir nekustīgi, aug kur iestādīti

Augiem ir izstrādāti mehānismi kā izturēt dažādus stresus – sausumu, aukstumu, karstumu, toksisku savienojumu klātbūtni, dažādu patogēnu infekcijas

Augiem ir ļoti atšķirīgas reproduktīvās sistēmas

Pašappute – svešappute – apomikse, vienmāju – divmāju augi, pašnesavietojamība

Augu šūnā ir kodola, mitohondriju un hloroplastu genoms

Augi gan elpo (patērē O2, izdala CO2), gan fotosintezē (izmanto CO2, izdala O2)

Augi sintezē lielu daudzumu dažādu sekundāro metabolītu

25SAVVAĻAS AUGI UN

KULTŪRAUGI


Savvaļas augi un kultūraugi atšķiras daudzos svarīgos aspektos. Kultūraugi ir pielāgoti cilvēka vajadzībām, savvaļā tie bieži vien vairs nespēj pastāvēt

Daudzi savvaļas augu pielāgojumi ir zuduši – miežu vārpas vairs nav trauslas, plēksnes atdalās pašas, zudusi vernalizācijas nepieciešamība, zudusi nepieciešamība pēc sēklu miera stāvokļa pirms dīgšanas, izmainījies bioķīmiskais sastāvs...

26CILVĒKI IZMANTOJA SAVVAĻAS

MIEŽUS JAU PIRMS 23,000 GADU

Savvaļas miežu graudi uz augsnes virsmas. Jau pirms miežu domestikācijas, mednieku – vācēju sabiedrības vāca savvaļas miežu graudus un izmantoja tos pārtikā

Kislev et al. (2004) PNAS 101: 26922013. GADA 8. FEBRUĀRIS

27MIEŽU LĪNIJAS, KAS

ATŠĶIRAS PĒC BTR LOKUSA


btr1btr1 Btr2Btr2Ziedkopas ass

(rachis) nav trausla

Btr1Btr1 Btr2Btr2Ziedkopas ass

trausla

Augu molekulārā ģenētika

Documents