Genetyka roślin

GENETYKA Z
BIOTECHNOLOGIĄ
Dr hab. Jerzy Przyborowski, prof. UWM
Dr hab. Danuta Packa
Dr Paweł Sulima
GENETYKA Z
BIOTECHNOLOGIĄ (ECTS: 3)
Cel kształcenia:
1. Poznanie podstawowych mechanizmów dziedziczenia oraz źródeł zmienności
genetycznej roślin wyższych w celu zrozumienia funkcjonowania organizmów w
środowisku przyrodniczym.
2. Poznanie metod utrzymania i poszerzania zmienności genetycznej w obrębie i
między gatunkami roślin wyższych, w tym drzew leśnych.
3. Zapoznanie studentów z najnowszymi osiągnięciami z zakresu badań
genetycznych i biotechnologicznych, wspierających hodowle leśne oraz z
możliwością ich zastosowania w praktyce leśnej.
GENETYKA Z
BIOTECHNOLOGIĄ (ECTS: 3)
Treści wykładów
Budowa i organizacja materiału genetycznego w komórkach organizmów
wyższych. Chromatyna – skład, struktura i poziomy organizacji. Cykl komórkowy,
replikacja DNA. Zapis i odczyt informacji genetycznej. Pojęcie genu, budowa i
struktura genów. Centralny dogmat biologii molekularnej. Etapy ekspresji genów i
regulacja ich ekspresji. Źródła i rodzaje zmienności organizmów żywych.
Zmienność rekombinacyjna – mechanizm i znaczenie. Zmienność mutacyjna –
pojęcie i podział mutacji. Mutacje genowe i chromosomowe. Metody poszerzania
zmienności genetycznej. Programy selekcji i zachowania leśnych zasobów
genowych drzew oraz metody zachowania bioróżnorodności na poziomie
genetycznym. Biotechnologia w utrzymaniu i kształtowaniu bioróżnorodności leśnej.
Genetyczne i fizjologiczne podstawy kultur tkankowych in vitro: totipotencja i
zdolności morfogenetyczne komórek roślinnych. Mikrorozmnażanie in vitro –
metody, specyfika i wykorzystanie w leśnictwie. Biotechnologiczne doskonalenie
roślin.
GENETYKA Z
BIOTECHNOLOGIĄ (ECTS: 3)
• Egzamin
• Zaliczanie ćwiczeń
Literatura:
1.
2.
3.
4.
Samborska-Ciania A., Przyborowski J. – Materiały do
ćwiczeń z genetyki. Wydawnictwo UWM w Olsztynie,
2006.
Genetyka molekularna. Praca zbiorowa pod redakcją
P. Węgleńskiego. PWN W-wa, wyd. 6, 2006.
Winter P.C., Hickey G.I., Fletcher H.L. – Krótkie
wykłady. Genetyka. Wydawnictwo Naukowe PWN Wwa, wyd. 2, 2005.
Biotechnologia roślin. Praca zbiorowa pod red. S.
Malepszego. Wydawnictwo Naukowe PWN W-wa,
2005.
Literatura (cd.):
5.
6.
7.
8.
Gajewski W. – Genetyka ogólna i molekularna.
Wyd. VI, PWN W-wa, 1987.
Hames B.D., Hooper N.M. – Krótkie
wykłady.Biochemia. Wydawnictwo Naukowe PWN
W-wa, wyd. 2, 2006.
Berg P., Singer M. – Język genów. Prószyński i
Spółka, 1997.
Brown T.A. – Genomy. Wydawnictwo Naukowe
PWN W-wa, 2009.
Czym jest genetyka?
Genetyka jest jedną z podstawowych
nauk biologicznych badającą
zagadnienia zmienności i
dziedziczności u organizmów żywych.
Zmienność organizmów
Zmienność genetyczna
Dziedziczność
Dziedziczność
1. Prawa ustanawiane przez genetyków mają
charakter uniwersalny i w równym stopniu
odnoszą się do roślin, zwierząt i ludzi.
2. Uniwersalność genetyki wynika z jedności
materiału genetycznego i jednakowych
zasad kodowania.
3. Poszczególne gatunki różnią się jedynie
zasobem
posiadanej
informacji
oraz
aparatem służącym do jej odczytywania i
realizacji.
Badania prowadzone przez genetyków
wykonywane są na organizmach z
wszystkich grup, a uzyskiwane wyniki
znajdują zastosowanie w tak różnych
dziedzinach życia jak rolnictwo,
medycyna czy biotechnologia.
Kwasy nukleinowe to związki
polimeryczne zbudowane z
monomerów zwanych
nukleotydami
Nukleotyd – monomer kwasów
nukleinowych, składający się z:
• reszty kwasu ortofosforowego,
• cząsteczki pentozy,
• jednej z organicznych zasad
azotowych.
Figure 1.4a Genomes 3 (© Garland Science 2007)
Organiczne
azotowe
Nucleic zasady
Acid Bases
Adenina
Guanina
Puryny
Cytozyna
Tymina
Pirymidyny
Uracyl
Wiązanie N-glikozydowe
Wiązanie fosfodiestrowe
Figure 1.5 Genomes 3 (© Garland Science 2007)
Reguła komplementarności
zasad
– puryna
w jednej nici łączy się za
pośrednictwem wiązań wodorowych z
pirymidyną w drugiej nici, przy czym
zawsze adenina z tyminą oraz guanina z
cytozyną.
Wiązania wodorowe:
A
G
T
C
stosunek A do T
oraz
stosunek C do G
wynosi 1:1
Reguła polarności
(biegunowości)
– nici tworzące podwójny heliks biegną w
przeciwnym kierunku, jedna od 5` do
3`końca deoksyrybozy, druga zaś od 3`
do 5` końca deoksyrybozy.
Figure 1.8a Genomes 3 (© Garland Science 2007)
Podwójna helisa opisana przez
Watsona i Crick`a jest formą B.
DNA w komórce występuje
głównie w formie B
Inne formy DNA w komórce
powstają dzięki elastyczności
nukleotydów, która pozwala
przybierać ich cząsteczkom
różne kształty.
Dlaczego?
Cechy różnych form podwójnej helisy DNA
Cecha
Konformacja
B-DNA
Typ helisy
Średnica helisy (nm)
Przyrost długości helisy na parę
zasad (nm)
Skok helisy (nm)
Liczba zasad na skręt
A-DNA
Z-DNA
Prawoskrętna
2,37
0,34
Prawoskrętna
2,55
0,29
Lewoskrętna
1,84
0,37
3,4
10
3,2
11
4,5
12
Figure 1.9 Genomes 3 (© Garland Science 2007)
DNA musi współdziałać z
białkami!
Specyficzność oddziaływań między DNA
a białkami wiążącymi DNA zależy od:
– zmian konformacyjnych wzdłuż cząsteczki
DNA
– zróżnicowania struktury DNA
wynikającego z sekwencji nukleotydów
Dlaczego to DNA jest
substancją zawierającą
informację genetyczną?
• Różnorodna kolejność występowania
czterech różnych nukleotydów stwarza
nieograniczone możliwości kodowania
informacji genetycznej;
• Informacja genetyczna występuje w
postaci różnych sekwencji zasad w
różnych odcinkach DNA odpowiadających
pojedynczym genom;
Przykład
Jeśli założymy, że cząsteczka DNA
jakiegoś organizmu składa się z 106 par
nukleotydów, to ilość różnych
sekwencji, które mogą wystąpić w tej
cząsteczce DNA jest róna 4 10(6)
Dlaczego DNA jest substancją
przekazującą informację
genetyczną?
• Podwójna struktura heliksu DNA
umożliwia samopowielanie DNA
(replikację), a więc również informacji w
nim zawartej.
• Każdy z komplementarnych łańcuchów
tworzy matrycę (wzorzec), na której może
być odtworzony drugi komplementarny
łańcuch DNA.