Bi7200 Pokročilé metody rostlinné cytogenomiky

Přírodovědecká fakulta
podzim 2025
Rozsah
0/2. 2 kr. (plus ukončení). Ukončení: z.
Vyučováno kontaktně
Vyučující
RNDr. Terezie Malík Mandáková, Ph.D. (přednášející)
Garance
RNDr. Terezie Malík Mandáková, Ph.D.
Ústav experimentální biologie – Biologická sekce – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: RNDr. Terezie Malík Mandáková, Ph.D.
Dodavatelské pracoviště: Ústav experimentální biologie – Biologická sekce – Přírodovědecká fakulta
Předpoklady
Bi6270 Cytogenetika
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je určen pouze studentům mateřských oborů.

Předmět si smí zapsat nejvýše 32 stud.
Momentální stav registrace a zápisu: zapsáno: 0/32, pouze zareg.: 0/32
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Kurz rozvíjí klíčové dovednosti potřebné pro moderní výzkum rostlinných genomů. Studenti se naučí vizualizovat chromozomální struktury v různých vývojových a buněčných kontextech a propojit tyto poznatky s molekulárními a evolučními daty. Získají hlubší porozumění dynamice rostlinných genomů, mechanismům chromozomálních přestaveb a jejich vlivu na diverzitu a adaptaci rostlin. Praktické zaměření kurzu podporuje samostatné myšlení, kritické hodnocení výsledků a kreativní přístup k řešení biologických otázek. Získané zkušenosti jsou využitelné jak v akademickém, tak v aplikovaném výzkumu, zejména v oblastech rostlinné genomiky, fylogenomiky, šlechtění a ochrany genetických zdrojů
Výstupy z učení
Absolvent kurzu získá praktické zkušenosti s pokročilými metodami vizualizace a analýzy rostlinných chromozomů. Bude schopen připravit kvalitní preparáty mitotických a meiotických chromozomů i interfázních jader z různých rostlinných tkání. Naučí se navrhovat a realizovat experimenty využívající metody FISH, GISH a chromosome painting s použitím různých typů sond (např. repetitivní DNA, rDNA, BAC klony, genomová DNA). Zvládne práci s fluorescenční mikroskopií, digitální dokumentací a základní analýzou obrazových dat. Porozumí principům hybridizace a bude schopen výsledky interpretovat v kontextu struktury, evoluce a diverzity rostlinných genomů. Kurz připraví studenty na samostatnou laboratorní práci a aktivní zapojení do výzkumných projektů v oblasti rostlinné genetiky, cytogenomiky a evoluční biologie.
Osnova
Den 1 – Úvod a příprava preparátů První den je věnován úvodu do rostlinné cytogenetiky, rozdílům mezi modelovými a nemodelovými druhy a specifikům rostlinných buněk (např. absence centriolů, pevná buněčná stěna, nutnost synchronizace buněčného cyklu). Studenti se seznámí s různými typy preparátů – mitotickými chromozomy z kořenových špiček, meiotickými chromozomy z prašníků a interfázními jádry z listů – a naučí se plánovat experiment s ohledem na výzkumnou otázku, výběr druhu, tkáně, typu sondy a způsob značení. Praktická část zahrnuje sběr materiálu ve vhodné vývojové fázi, fixaci v Carnoyově roztoku, enzymatickou digesci pektolytickými enzymy a přípravu preparátů. Současně probíhá izolace DNA z BAC klonů nebo genomové DNA, kontrola kvality a zahájení značení sond pomocí nick translace. Den 2 – Hybridizace a její principy Druhý den se zaměřuje na přípravu hybridizace a pochopení principů metod in situ hybridizace. Studenti se naučí rozlišovat využití FISH (lokalizace specifických sekvencí), GISH (rozlišení rodičovských genomů) a chromosome paintingu (studium strukturálních změn a evoluce). Diskutují se výzvy spojené s rostlinnými genomy, jako je vysoký obsah repetitivní DNA a autofluorescence chloroplastů. Dokončuje se značení sond, kontroluje se fragmentace elektroforézou a připravuje se hybridizační směs. Následuje denaturace DNA na preparátech i v sondách, aplikace směsi, zakrytí krycím sklíčkem a zahájení hybridizace přes noc. Den 3 – Post-hybridizační kroky a interpretace Třetí den je věnován post-hybridizačním krokům a interpretaci výsledků v kontextu evoluce rostlinných genomů. Po ukončení hybridizace studenti provádějí promývání preparátů ve formamidu a SSC roztocích. Následuje imunodetekce pomocí značených protilátek (např. avidin-Texas Red, anti-digoxigenin-Alexa488). V teoretické části se probírá využití chromosome paintingu a jeho přínos pro identifikaci chromozomálních přestaveb (fúze, inverze, translokace). Studenti diskutují homeologické vztahy, rekonstrukci ancestrálních karyotypů a připravují se na mikroskopii. Den 4 – Mikroskopie, analýza a prezentace Čtvrtý den se zaměřuje na práci s fluorescenčním mikroskopem, volbu filtrů, nastavení expozice a snímání hybridizačních signálů. Studenti dokumentují lokalizaci 45S rDNA, telomer, rozlišení genomů pomocí GISH a kolokalizaci BAC sond v CCP. Následuje analýza obrazových dat v programech jako ImageJ nebo Photoshop – overlay kanálů, anotace signálů, měření vzdáleností. Studenti připravují prezentaci nebo poster shrnující experiment, metodiku, výsledky a jejich interpretaci. Kurz končí prezentacemi, diskusí, zpětnou vazbou a návrhy na využití metod ve vlastním výzkumu.
Výukové metody
Výuka probíhá formou intenzivního pětidenního laboratorního bloku, který kombinuje praktická cvičení, teoretické přednášky a samostatnou práci studentů. Důraz je kladen na aktivní zapojení účastníků, kteří si osvojí všechny kroky – od přípravy chromozomálních preparátů přes hybridizační techniky až po mikroskopickou analýzu a digitální zpracování dat. Studenti pracují s moderním laboratorním vybavením, včetně fluorescenčních mikroskopů a softwaru pro analýzu obrazových dat. Součástí kurzu je také práce na vlastních projektech nebo modelových úlohách, které umožňují aplikaci získaných dovedností v kontextu konkrétního výzkumného zájmu. Kurz je zakončen prezentací výsledků, během níž studenti shrnou své experimentální postupy, interpretují data a diskutují jejich možné využití ve vlastním výzkumu.
Metody hodnocení
Kurz je zakončen zápočtem, který student získá na základě aktivní účasti na všech částech výuky, úspěšného zvládnutí praktických úkolů a prezentace výsledků vlastního experimentu.
Navazující předměty
Informace učitele
Literatura: Heitkam, T., & Garcia, S. (Eds.). (2023). Plant cytogenetics and cytogenomics: Methods and protocols. Methods in Molecular Biology, Vol. 2672. Springer. https://doi.org/10.1007/978-1-0716-3155-4 Mandakova T. (2025). Chromosome preparation and fluorescent in situ hybridization. Book chapter in Apomixis Handbook, v tisku. Mandáková, T., & Lysak, M. A. (2016). Painting of Arabidopsis chromosomes with chromosome-specific BAC clones. Current Protocols in Plant Biology, 1, 359–371. https://doi.org/10.1002/cppb.20035 Mandáková, T., & Lysak, M. A. (2016). Chromosome preparation for cytogenetic analyses in Arabidopsis. Current Protocols in Plant Biology, 1, 1–9. https://doi.org/10.1002/cppb.20004 Schwarzacher, T., & Heslop-Harrison, J. S. (2000). Practical in situ hybridization. Oxford: BIOS Scientific Publishers. ISBN: 9781859961235
Další komentáře
Předmět je vyučován každoročně.
Výuka probíhá blokově.
  • Statistika zápisu (nejnovější)
  • Permalink: https://is.muni.cz/predmet/sci/podzim2025/Bi7200