Τα φυτά συνιστούν ένα εκπληκτικό βασίλειο στην ύπαρξη του οποίου οφείλει τη ζωή του ο πλανήτης μας. Η κατανόηση της βιολογίας ανάπτυξης και φυσιολογίας των φυτών, αποτελεί τις τελευταίες δεκαετίες αντικείμενο πολλών επιστημονικών μελετών. Η γενετική, μοριακή και βιοχημική ανάλυση των αναπτυξιακών γονιδίων, μπορεί να συμβάλλει στην αποκρυπτογράφηση της βιολογικής τους λειτουργίας, της συμμετοχής τους σε περίπλοκα ρυθμιστικά δίκτυα και, κατά συνέπεια, στην κατανόηση των μηχανισμών που καθορίζουν την ανάπτυξη των φυτών. Μία τέτοια διεπιστημονική προσέγγιση θα μπορούσε να σχεδιάσει ορθολογιστικές πρακτικές για τη δημιουργία βελτιωμένων φυτών με μοναδικά χαρακτηριστικά ή/και επιθυμητές ιδιότητες. Σκοπός του μαθήματος είναι η περιγραφή και ανάλυση (σε μοριακό, βιοχημικό και γενετικό επίπεδο) όλων των μέχρι σήμερα ερευνητικών επιτευγμάτων και μηχανισμών μοριακής γενετικής. Απευθύνεται στις φοιτήτριες και τους φοιτητές που επιθυμούν να εντρυφήσουν σε μία σειρά σύνθετων και ταυτόχρονα συναρπαστικών μοριακών μηχανισμών αλληλεπίδρασης, επίστασης, ιστοειδικής και επιγενετικής γονιδιακής ρύθμισης, οι οποίοι διέπουν την αύξηση και ανάπτυξη των φυτών.

1. Η μελέτη της ανάπτυξης και διαφοροποίησης των φυτών στο μοριακό, βιοχημικό και γενετικό επίπεδο.

2. Η εξοικείωση των φοιτητών/τριών με τις μεθοδολογίες της μοριακής γενετικής και βιοτεχνολογίας φυτών που χρησιμοποιούνται σήμερα στη μελέτη των αναπτυξιακών γονιδίων και των μηχανισμών κυτταρικής διαφοροποίησης. 

3. Η απόκτηση γνώσεων της λειτουργικής δράσης επιμέρους γονιδίων/μηχανισμών και των μοριακών σινιάλων που εμπλέκονται στην ανάπτυξη και διαφοροποίηση τόσο των επιμέρους ιστών και οργάνων, όσο και στην ορθή μορφογένεση ολόκληρου του φυτικού σώματος.

Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος, ο/η φοιτητής/τρια θα: α) Έχει γνώση των βασικών φυτών που χρησιμοποιούνται ως οργανισμοί αναφοράς για την αποκωδικοποίηση των μοριακών μηχανισμών που ρυθμίζουν την ανάπτυξη σε μοριακό επίπεδο, β)  Έχει κατανοήσει τους μηχανισμούς που ρυθμίζουν την κυτταρική επικοινωνία και καθορίζουν την «τύχη» και την καθοδηγούμενη διαφοροποίηση τους, γ) Έχει γνώση των μοριακών σινιάλων που σε συνεργασία με περιβαλλοντικούς παράγοντες καθορίζουν το πρότυπο ανάπτυξης των κυττάρων, ιστών και οργάνων των φυτών, δ) Έχει εξοικειωθεί με τις μεθοδολογίες της μοριακής γενετικής και βιοτεχνολογίας φυτών που χρησιμοποιούνται σήμερα στη μελέτη των αναπτυξιακών γονιδίων και μηχανισμών, ε) Έχει αντιληφθεί τα βασικά «προγράμματα» γονιδιακών δικτύων και ορμονικών μονοπατιών μεταγωγής σημάτων που καθορίζουν την ανάπτυξη του εμβρύου, του βλαστού, του φύλλου, της ρίζας και του άνθους των φυτών, στ) Μπορεί να συνεργαστεί με τους συμφοιτητές του στην ανάλυση και παρουσίαση ενός σχεδίου ή μίας μελέτης που αποσκοπεί στην επίλυση σύγχρονων προβλημάτων στην αγροτική παραγωγή, στοχεύοντας σε μοριακές παρεμβάσεις στην βιολογία ανάπτυξης των φυτών, ζ) Έχει αναπτύξει και βελτιώσει την ικανότητα του για on-line πρόσβαση σε βιβλιοθήκες, βάσεις δεδομένων και επιστημονικά περιοδικά, καθώς επίσης και στη χρήση λογισμικών πακέτων (software) επεξεργασίας και ανάλυσης βιολογικών δεδομένων, η) Έχει ενδυναμώσει τις δεξιότητες κριτικής κατανόησης, ανάλυσης, και παρουσίασης ερευνητικών και βιβλιογραφικών δεδομένων.

Εισαγωγικές έννοιες (3 ώρες): Φυτικό γονιδίωμα. Αρχές και μηχανισμοί ανάπτυξης των φυτών. Επιγενετικά φαινόμενα και μηχανισμοί ρύθμισης της γονιδιακής έκφρασης. Ο ρόλος των ορμονών στην ανάπτυξη των φυτών. Προγραμματισμένος κυτταρικός θάνατος. Συντονισμός της ανάπτυξης των οργάνων και ολόκληρου του φυτικού σώματος.

Μεθοδολογία στη μελέτη ανάπτυξης των φυτών (15 ώρες): Φυτά πρότυπα στη μελέτη ανάπτυξης των φυτών. Απόκτηση και δημιουργία μεταλλαγμένων και γενετικά τροποποιημένων σειρών. Προωθητική και αντίστροφη γενετική. EMS και T-DNA μεταλαξιγένεση. RNAi και Μετα-μεταγραφική γονιδιακή σίγηση (PTGS). Μέθοδοι μετασχηματισμού φυτών, γονιδιακής παρέμβασης και τεχνολογίας CRISPR. Γενετική, μοριακή και φαινοτυπική ανάλυση μεταλλαγμένων σειρών. Απομόνωση και μελέτη γονιδίων. Μεθοδολογία λειτουργικής ανάλυσης γονιδίων. Δια-γονιδιακά, συν-γονιδιακά και ενδο-γονιδιακά μεταλλάγματα στη βασική και εφαρμοζόμενη έρευνα.

Ενδογενής και εξωγενής πληροφορία (4 ώρες): Προέλευση των κυττάρων και πρόβλεψη της κυτταρικής διαφοροποίησης. Αδρανοποίηση κυττάρων με λέιζερ στο Arabidopsis. Πράσινες-άσπρες-πράσινες περικλινείς χίμαιρες. Σχέση μεταξύ «καταγωγής» και «τοπολογίας/θέσης» ενός κυττάρου. Σχέση μεταξύ κυτταρικής διαφοροποίησης και «ηλικίας» ενός κυττάρου (Ηλικιο-εξαρτόμενες πληροφορίες διαφοροποίησης). Μεταλλάξεις και γονίδια που επηρεάζουν το πρότυπο κυτταρικών διαιρέσεων στο Arabidopsis.

Εμβρυογένεση (3 ώρες): Εισαγωγή στην εμβρυογένεση. Ανάπτυξη και ωρίμανση του σπέρματος. Πολυπλοκότητα της γονιδιακής έκφρασης στο έμβρυο. Μοριακή γενετική της εμβρυογένεσης. Εμβρυο-θνησιγόνα μεταλλάγματα. Μεταλλάξεις και γονίδια εμβρυογενετικού προτύπου.

Ανάπτυξη του βλαστού (4 ώρες): Οργάνωση του ακραίου μεριστώματος του βλαστού (ΑΜΒ). Εγκαθίδρυση κυτταρικών σειρών στο AMΒ. Μοριακή βιολογία και γενετική της ανάπτυξης του βλαστού. Γονίδια που εμπλέκονται στη διατήρηση του θύλακα των βλαστικών κυττάρων στο ΑΜΒ. Μεταλλάξεις που επηρεάζουν το αναπτυξιακό πρότυπο και την οργάνωση του AMΒ. Ο ρόλος των miRNAs στην ανάπτυξη του βλαστού.

Ανάπτυξη του φύλλου (3 ώρες): Απαρχή του αρχέφυτρου του φύλλου. Εγκαθίδρυση αξονικής πολικότητας (ασυμμετρίας). Καθορισμός παραξονικής ταυτότητας. Καθορισμός της απαξονικής ταυτότητας. Ανάπτυξη του περιθωρίου του φύλλου. Αύξηση της φυλλικής επιφάνειας (ελάσματος). Έλεγχος του σχήματος του φύλλου. Ανάπτυξη στομάτων. Ανάπτυξη τριχιδίων φύλλου. Γονίδια και μεταλλαγμένες σειρές στην ανάπτυξη των δομικών προτύπων του φύλλου. Ο ρόλος των miRNAs στην ανάπτυξη του φύλλου.

Ανάπτυξη του άνθους (4 ώρες): Μετάβαση από τη βλαστητική ανάπτυξη στην άνθιση. Εαρινοποίηση. Τα επαγωγικά μονοπάτια της άνθησης. Μοριακή γενετική της ανάπτυξης του άνθους. Γονίδια και μεταλλάξεις που εμπλέκονται στην ανάπτυξη-μορφογένεση του άνθους. Ομοιοτικά μεταλλάγματα άνθους, το μοντέλο ABCΕ και οι αλληλεπιδράσεις των εμπλεκόμενων πρωτεϊνών. Θετική και αρνητική ρύθμιση στη λειτουργία των ομοιοτικών γονιδίων. Ο ρόλος των miRNAs στην ανάπτυξη του άνθους.

Ανάπτυξη της ρίζας (3 ώρες): Μορφολογία και ανάπτυξη της ρίζας. Οργάνωση του ακραίου μεριστώματος (AMΡ) και μοριακή γενετική της ανάπτυξης της ρίζας. Κυτταρική «μοίρα» και προέλευση των κυτταρικών σειρών. Ο ρόλος της πληροφορίας «θέσης» στη διαφοροποίηση των κυττάρων. Μεταλλάξεις και γονίδια που εμπλέκονται στην ανάπτυξη της ρίζας. Μοριακή γενετική της ανάπτυξης των ριζικών τριχιδίων..

1. Σταθερός μετασχηματισμός φυτών Arabidopsis thaliana με Agrobacterium tumefaciens, χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της εμβάπτισης ανθικών στελεχών. 2. Επιλογή μετασχηματισμένων σπερμάτων Τ2 γενιάς σε τριβλία MS Km50 (καναμυκίνη) και ανάπτυξη των διαγονιδιακών φυτών. 3. Παροδικός μετασχηματισμός φυτών Nicotiana benthamiana με καλλιέργεια Agrobacterium tumefaciens που φέρει κατασκευή υπερέκφρασης της πράσινης φθορίζουσας πρωτεΐνης (GFP). 4. Ιστοειδική ανίχνευση του γονιδίου αναφοράς β-γλουκουρονιδάση (GUS) μετά από χρώση διαγονιδιακών φυτών Arabidopsis thaliana με υπόστρωμα Χ-Gluc. 5. Ποσοτικός προσδιορισμός της έκφρασης του γονιδίου αναφοράς β-γλουκουρονιδάση (GUS) σε διαγονιδιακά φυτά Arabidopsis thaliana, χρησιμοποιώντας φθοριομετρικές μεθόδους και κινητική ενζυμικής αντίδρασης.

Δεν υπάρχουν προαπαιτούμενα μαθήματα προκειμένου ο/η φοιτητής/τρια να επιλέξει και να παρακολουθήσει το μάθημα. Ωστόσο, για την καλύτερη παρακολούθηση και κατανόηση της ύλης του μαθήματος απαιτούνται καλές γνώσεις των φοιτητών/τριών σε βασικά μαθήματα του Τμήματος που σχετίζονται με το αντικείμενο του μαθήματος, όπως Βιοχημεία, Γενετική, Βοτανική, Κυτταρική Βιολογία, Μοριακή Βιολογία και Φυσιολογία Φυτών. Κατ' αυτό τον τρόπο ο/η φοιτητής/τρια θα κατανοήσει καλύτερα την ανάπτυξη των φυτών σε μοριακό επίπεδο και τις μεθοδολογικές προσεγγίσεις της μοριακής γενετικής και βιοτεχνολογίας (γενετικής τροποποίησης) φυτών που χρησιμοποιούνται σήμερα στη μελέτη των αναπτυξιακών γονιδίων και μηχανισμών.

Η διαδικασία αξιολόγησης των φοιτητών/τριών γίνεται στην ελληνική γλώσσα (υπάρχει η δυνατότητα εξέτασης στην αγγλική για τους φοιτητές του Erasmus), με τελική εξέταση στο σύνολο της ύλης και περιλαμβάνει: Α. Γραπτή Εξέταση του εργαστηρίου που περιλαμβάνει: α) Ερωτήσεις σύντομης ανάπτυξης για την αξιολόγηση της κριτικής σκέψης των φοιτητών/τριών στις μεθοδολογίες και πρακτικές που ασκήθηκαν, β) Προβλήματα για την αξιολόγηση των δεξιοτήτων τους στην ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών και γ) Ασκήσεις για την αξιολόγηση των ικανοτήτων τους στην επαγωγική σκέψη και την εφαρμογή των γνώσεων που αποκτήθηκαν για την επίλυση ερευνητικών προβλημάτων - Β. Γραπτή εξέταση του μαθήματος με ερωτήσεις διαβαθμισμένης δυσκολίας που περιλαμβάνει: α) Ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής, β) Ερωτήσεις σύντομης θεωρητικής ανάπτυξης και γ) Προβλήματα ή/και ασκήσεις βασισμένα στις θεωρητικές γνώσεις που αναπτύχθηκαν στις παραδόσεις - Γ. Προαιρετικές Ατομικές Εργασίες για την αξιολόγηση των ικανοτήτων αναζήτησης, επεξεργασίας και παρουσίασης επιστημονικών δεδομένων. Ο συνολικός βαθμός προκύπτει ως άθροισμα των δύο ή τριών παραπάνω επιμέρους αξιολογήσεων.