Plant biotechnology and gene engineering - MB130P19I

• Title: Biotechnologie a genové inženýrství rostlin
• Czech title: Biotechnologie a genové inženýrství rostlin
• Guaranteed by: Department of Experimental Plant Biology (31-130)
• Faculty: Faculty of Science
• Actual: from 2020
• Semester: winter
• E-Credits: 3
• Examination process: winter s.:
• Hours per week, examination: winter s.:2/0, Ex [HT]
• Capacity: unlimited
• Min. number of students: 5
• 4EU+: no
• Virtual mobility / capacity: no
• State of the course: taught
• Language: Czech
• Additional information: http://kfrserver.natur.cuni.cz/lide/opat/biotech/index.html
• Note: enabled for web enrollment
• Guarantor: Mgr. Tomáš Moravec, Ph.D.
• Teacher(s): RNDr. Lukáš Fischer, Ph.D.; prof. doc. Ing. Tomáš Macek, CSc.; Mgr. Tomáš Moravec, Ph.D.; prof. RNDr. Zdeněk Opatrný, CSc.; prof. Ing. Jaroslav Petr, DrSc.; prof. Ing. Petr Smýkal, Ph.D.

Annotation

English

Last update: RNDr. Hana Konrádová, Ph.D. (03.03.2022)

The lecture gives a survey of plant biotechnologies based on current knowledge in plant cell biology and mechanisms controlling behaviour of cells and cellular complexes (tissues, organs, embryos) both in vivo and in vitro. Further, it deals with interactions between plants and microorganisms as well as cellular and molecular mechanisms of stresses effect on plant organisms. It includes characteristics of cellular division, differentiation and ontogenesis in in vitro plant cultures; programmed cell death and senescence are discussed. The methods, contemporary results, profits and risks of modern molecular approaches, including GMO construction and use are discussed.

Czech

Last update: RNDr. Hana Konrádová, Ph.D. (03.03.2022)

Kurs je určen pro studenty se širokým zájmem o biologii rostlin a rostlinných ekosystémů ať přírodních či civilizačních. U posluchačů předpokládá vstupní znalost základních poznatků fyziologie a genetiky rostlin či molekulárních technik, ale dílčí přednášky jsou stavěny tak, aby byly zajímavé a užitečné nejen pro budoucí vědce, ale také učitele a manažery. Má široký odborný rámec a byl připraven jako tématicky propojená mozaika přednášek špičkových odborníků z řady institucí: vysokých škol, výzkumných ústavů AV, soukromých firem i státní správy. Přednášející vesměs aktivně pracují v oné vědní oblasti,o níž přednášejí a dokáží tedy o ní také interaktivně diskutovat.
Kurs probíhá úspěšně již několik let, jeho posluchači přicházejí i z jiných VŠ (VŠCHT,ČZU), jak magisterští studenti tak doktorandi vesměs oceňují vysokou odbornost a autenticitu jednotlivých přednášek i fakt jejich průběžné inovace.

Literature

English

Last update: RNDr. Hana Konrádová, Ph.D. (03.03.2022)

Drobník J., Sehnal F. (2009) White Book genetically modified crops. Biology Centre of the Academy of Science of the Czech Republic. ISBN 978-80-86668-05-3.

Halford N. G. (2006) Plant Biotechnology - Current and Future Applications of Genetically Modified Crops. Chichester: John Willey & Sons Ltd. ISBN 10-0-470-02181-0

The list of recent recommended literature / papers will be available during the lectures.

 
Internet sources

https://geneticliteracyproject.org/ 

https://www.gmwatch.org/en/  

 

Recommended

William G. Hopkins (2006) Plant Biotechnology, Chelsea House

Dan Charles: 2011  Lords of the Harvest,Basic Books

Halford N. G. (2006) Plant Biotechnology - Current and Future Applications of Genetically Modified Crops. Chichester: John Willey & Sons Ltd. ISBN 10-0-470-02181-0

Drobník J., Sehnal F. (2009) White Book genetically modified crops. Biology Centre of the Academy of Science of the Czech Republic. ISBN 978-80-86668-05-3.

Czech

Last update: RNDr. Hana Konrádová, Ph.D. (03.03.2022)

Základní studijní literatura:

Vondrejs V. (2010) Otazníky kolem genového inženýrství. Praha: Academia. ISBN 978-80-200-1892-2.

Internetové zdroje

https://geneticliteracyproject.org/  - denní přehled médií na různá biotechnologická témata, občasné autorské komentáře

https://www.gmwatch.org/en/   - velmi aktuální vhled do myšlení lidí, kteří oponují biotechnologiím

 

 Doporučená literatura (cizojazyčné zdroje budou k dispozici ke stažení)

William G. Hopkins (2006) Plant Biotechnology, Chelsea House

Dan Charles: 2011  Lords of the Harvest,Basic Books – rozhodně doporučuju k  přečtení. Autor se osobně setkal s mnoha lidmi, kteří stáli u zrodu prvních transgenních rostlin a velmi zajímavě popisuje jak a hlavně proč vznikaly . Rovněž i pohnutky které vedly některé levicové intelektuály k odmítnutí této technologie.

Halford N. G. (2006) Plant Biotechnology - Current and Future Applications of Genetically Modified Crops. Chichester: John Willey & Sons Ltd. ISBN 10-0-470-02181-0

Drobník J. (2008) Biotechnologie a společnost. Skriptum PřF UK v Praze. ISBN 978-80-246-1484-7.

Drobník J., Sehnal F. (2009) White Book genetically modified crops. Biology Centre of the Academy of Science of the Czech Republic. ISBN 978-80-86668-05-3.

Requirements to the exam

Last update: RNDr. Hana Konrádová, Ph.D. (03.03.2022)

ústní zkouška

Syllabus

English

Last update: RNDr. Hana Konrádová, Ph.D. (15.03.2019)

1. Plant biotechnologies: history, principles and use of in vitro techniques and models in experimental plant cell biology and their practical application in agroindustrial sphere

2. Cell cultures: the principles of their initiation, the techniques of the work with plant cell lines and protoplast cultures. Regulatory factors of their growth, division, differentiation. Growth and life cycles, cell senescence and programmed cell death .

3. Polarity and its role in the cell ontogenesis . The role of cytoskeleton and other cell structures in the determination of life events of plant cell lines.

4. Phytohormones and plant cell/tissue cultures. Hormonal metabolism of the cell lines, role of phytohormones / growth regulators in signal pathways in vitro.

5. The mechanisms of regeneration in vivo and in vitro. Principles of micropropagation techniques.

6. Plant embryogenesis I: zygotic and somatic, pollen embryogenesis, gynogenesis.

7. Plant embryogenesis II.: molecular aspects. Practical application of haploid/dihaploid plants in breeding, alternative techniques of their production.

8. Mutagenesis and selection in vitro. Somaclonal and gametoclonal variability. Somatic hybridization.

9. Transgenic cell lines and plants: principles of their construction and use as model materials in plant biology. GMO profits in agroindustry. Potential risks, legislative.

10. Plants and microorganisms: principles and consequences of their interactions. Plant cell/tissue cultures application in their theoretical studies.

11. Plants and abiotic stress. Plant cell/tissue cultures as model experimental systems.

12. Primary and secondary metabolism of plant cell/tissue cultures in connection with their practical application in agrofood, chemical and pharmaceutical industry.

Czech

Last update: RNDr. Hana Konrádová, Ph.D. (03.03.2022)

Stručný sylabus předmětu

1. Historie a metodologie rostlinných biotechnologií prvé generace : od buněčné teorie po přímý genový přenos.

Tomáš Moravec , Ústav experimentální botaniky AV Praha

Biotechnologie prvé generace,  explantátové kultury.
Hormonální a non- hormonální regulace organogeneze a embryogeneze, mechanizmy a limity růstové, regenerační a produkční kompetence.

Metody transformace rostlin a první transgenní rostliny


2. Základy šlechtění rostlin
Petr Smýkal Univerzita Palackého v Olomouci

Historie šlechtění rostlin. Genetická diverzita  - metody studia, význam diversity a genofondové sbírky.
Domestikace kulturních rostlin

Základy klasické šlechtitelské práce : výběr, křížení, mutageneze, samosprašnost, cizosprašnost, inkompatibilita.
Polyploidie u kulturních rostlin. Rostlinný genom.
Somatická variabilita-testování genetické stability in vitro kultur (repetetivní sequence, retrotransposony a metylace DNA), příklady využití ve šlechtění.
Genomika - znalost genetické informace v kontextu syntenie a kolinearity - přenos poznatků z modelových na pěstované plodiny.
Indukce dihaploidů in vitro - získání a testování homozygotního materiálu.
Cytoplasmatická samčí sterilita, využití, molekulární detekce.
Heterózní efekt (F1 hybridi), kombinační schopnost.
DNA markery : marker assisted breeding (MAS), principy, příklady. Pyramidovaní genů
Rezistence k chorobám a škůdcům.
Mutagenese- molekulární identifikace mutantů - TILLING.


3. Metodologie přípravy transgenních rostlin I
Lukáš Fischer Přírodovědecká fakulta UK Praha

Definice geneticky modifikovaných organismů, stabilní x transientní transformace.
Omezení přenosu genů mezi různými organismy, genetický kód, regulační sekvence.
Metody vnášení DNA do rostlinných buněk,  transformace pomocí agrobaktéria a balistické metody; principy metod, použití, výhody a limitace.
Principy přípravy geneticky modifikovaných rostlin ,  transformace somatických buněk, indukce tvorby kalusu, získání transformovaných rostlin organogenezí či somatickou embryogenezí; transformace generativních buněk A. thaliana.

4.  Metodologie přípravy transgenních rostlin II

Lukáš Fischer Přírodovědecká fakulta UK Praha

Příprava genových konstruktů

Genový přenos do jaderného a plastidového genomu

Selekce a odvození transgenních rostlin

Umlčování exprese transgenů a rostlinných genů

Analýzy transgenních rostlin

Nové techniky šlechtění


5. GMO plodiny v praxi

Tomáš Moravec, Ústav experimentální botaniky AV Praha

Herbicid tolerantní (HT) plodiny. Historie, principy, přínosy, potenciální rizika  zdravotní, ekologická, ekonomická
Insekt  resistentní (IR) plodiny. Historie, příklady, principy, přínosy, potenciální rizika, zdravotní, ekologická, ekonomická
Virus resistentní GM plodiny. GM strategie v přípravě rostlin resistentních k bakteriálním či houbovým patogenům.


6. GM plodiny odolné vůči abiotickým stresorům. GM plodiny v ozdravování životního prostředí. Fyto- a rhizoremediace.
Tomáš Macek,  Vysoká škola chemicko-technologická Praha

Civilizační znečištění půdy a vod : možnosti a limity konvenční remediace.
Bioalternativy : mikrobiální remediační systémy. GM mikroorganizmy.
GM plodiny a strategie fyto-či rhizoremediace.
-Těžké kovy. Radionuklidy
-Organické polutanty.
GM rostliny v nápravě a prevenci  kontaminace.


7. Biotechnologie  ve vesmíru

Zdeněk Opatrný Přírodovědecká fakulta UK Praha

Jak a proč pěstovat rostliny ve vesmíru. 


8. Molekulární farmářství
Tomáš Moravec , Ústav experimentální botaniky AV Praha

Molekulární farmaření; výklad pojmu, potřebná metodologie, rozdělení podle použití produktů
Rostliny jako bioreaktory; tabák, brambor, rajče, vojtěška, hrách, sója, salát, len, mrkev, okřehek,
světlice, pšenice, ječmen, kukuřice, banánovník, rýže, mech Physcomitrella patens. Proč jsou některé lepší než jiné
Syntéza produktů rostlinám vlastních; modifikované lipidy a sacharidy, produkty sekundárního metabolismu
Syntéza cizorodých produktů; proteiny, protilátky, secondary metabolites
Produkce farmaceutik; syntéza vakcín chřipce, Sars Cov2, některým nádorovým onemocněním, Crohnově chorobě a dalším


9. Biotechnologie ve šlechtění zvířat : přínosy a rizika.
Jaroslav Petr Výzkumný ústav živočišné výroby/ Česká zemědělská univerzita Praha

použití biotechologií ke šlechtění užitkových zvířat, tvorba farmaceutických proteinů, transplantace, CRISPR, rizika, přínosy, legislativa

10. Legislativa GMO v ČR ve vztahu k EU : historie, současný stav a perspektivy.
Tomáš Moravec , Ústav experimentální botaniky AV Praha

Různé typy nakládání s GMO vyplývající z legislativní terminologie.
Princip předběžné opatrnosti jako pilíř EU legislativy.
Právní předpisy v oblasti GMO na úrovni EU.
Národní právní předpisy v oblasti GMO.
Problematika označování a sledovatelnosti, příp. zpětné dohledatelnosti GMO ve výrobním řetězci.
Problematika koexistence různých typů zemědělské produkce (konvenční, ekologické a
biotechnologické zemědělství).

Problematika genové editace, Crispr a další nové šlechtitelské techniky

Verze 2.3.2022, Tomáš Moravec