Τα φυτά συνιστούν ένα εκπληκτικό βασίλειο στην ύπαρξη του οποίου οφείλει τη ζωή του ο πλανήτης μας. Η μελέτη και κατανόηση της βιολογίας ανάπτυξης και φυσιολογίας των φυτών, αποτελεί τις τελευταίες δεκαετίες αντικείμενο πολλών επιστημονικών ερευνών. Σκοπός του μαθήματος είναι η περιγραφή και ανάλυση όλων των μέχρι σήμερα ερευνητικών επιτευγμάτων, που αφορά στους μηχανισμούς ανάπτυξης και διαφοροποίησης των φυτών σε μοριακό επίπεδο. 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 τόσο τη δημιουργία των επιμέρους ιστών και οργάνων, όσο και την ορθή μορφογένεση ολόκληρου του φυτικού σώματος.

Τα τελευταία χρόνια, οι κλάδοι της Μοριακής Βιολογίας και Μοριακής Γενετικής Φυτών έχουν εξελιχθεί ραγδαία και οι μεθοδολογίες τους έχουν συμβάλει ουσιαστικά στην κατανόηση πολλών παραμέτρων της Βιολογίας Ανάπτυξης των Φυτών. Πολλές διεργασίες των φυτών, όπως η κυτταρική διαίρεση, η ανάπτυξη, ο μεταβολισμός, αλλά και τα επιγενετικά φαινόμενα, προσεγγίζονται πλέον με αναλύσεις διαγονιδιακών και μεταλλαγμένων σειρών. Στόχοι του μαθήματος αποτελούν: α) η εξοικείωση των φοιτητών/τριών με τις μεθοδολογίες της μοριακής γενετικής και βιοτεχνολογίας φυτών που χρησιμοποιούνται σήμερα και β) η απόκτηση γνώσεων της λειτουργικής δράσης επιμέρους γονιδίων/μηχανισμών και των μοριακών σινιάλων που εμπλέκονται στην ανάπτυξη και διαφοροποίηση του εμβρύου, του ακραίου μεριστώματος του βλαστού και της ρίζας, των φύλλων και των αναπαραγωγικών οργάνων των φυτών.

Εισαγωγικές έννοιες (3 Ώρες): Αρχές και μηχανισμοί ανάπτυξης των φυτών. Ο ρόλος των ορμονών στην ανάπτυξη των φυτών. Προγραμματισμένος κυτταρικός θάνατος. Συντονισμός της ανάπτυξης. Επιγενετικά φαινόμενα. Τροποποιήσεις του DNA και των ιστονών κατά την επιγενετική ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης.

Γονιδιωματική των ανώτερων φυτών (9 Ώρες): Περί δομής του φυτικού γονιδιώματος. Η βασική «εργαλειοθήκη» της γονιδιωματικής. Εξαγωγή πληροφορίας από το γονιδίωμα - κατάτμηση γονιδιωμάτων και βιβλιοθήκες. Mοριακοί χάρτες. Συστήματα Μοριακών Δεικτών. Κλασμάτωση γονιδιωμάτων.

Μεθοδολογία στη μελέτη ανάπτυξης των φυτών (12 Ώρες): Φυτά πρότυπα στη μελέτη ανάπτυξης των φυτών. Μεθοδολογία απόκτησης και δημιουργίας μεταλλαγμένων και διαγονιδιακών φυτών/σειρών. Προωθητική και αντίστροφη γενετική. EMS και T-DNA μεταλαξιγένεση. RNAi, μετα-μεταγραφική γονιδιακή σίγηση (PTGS) και CRISPR. Μέθοδοι μετασχηματισμού φυτών. Γενετική, μοριακή και φαινοτυπική ανάλυση μεταλλαγμένων σειρών. Απομόνωση και μελέτη γονιδίων. Μεθοδολογία λειτουργικής ανάλυσης γονιδίων.

Ενδογενής και εξωγενής πληροφορία (3 Ώρες): Προέλευση των κυττάρων και πρόβλεψη της κυτταρικής διαφοροποίησης. Σχέση μεταξύ της πληροφορίας «καταγωγής», «θέσης» και «ηλικίας» στον καθορισμό της κυτταρικής «τύχης». Αδρανοποίηση κυττάρων με λέιζερ. Πράσινες-άσπρες-πράσινες περικλινείς χίμαιρες. Πολυπλοειδείς χίμαιρες Datura. Μεταλλάξεις και γονίδια που επηρεάζουν το πρότυπο διαίρεσης και διαφοροποίησης των κυτταρικών στο Arabidopsis thaliana.

Εμβρυογένεση (2 Ώρες): Εισαγωγή στην εμβρυογένεση. Ανάπτυξη και ωρίμανση του σπέρματος. Πολυπλοκότητα της γονιδιακής έκφρασης στο έμβρυο. Μοριακή γενετική της εμβρυογένεσης. Εμβρυο-θνησιγόνες μεταλλαγμένες σειρές. Μεταλλάξεις και γονίδια εμβρυογενετικού προτύπου.

Ανάπτυξη του βλαστού (3 Ώρες): Οργάνωση του ακραίου μεριστώματος του βλαστού (ΑΜΒ). Εγκαθίδρυση του «θύλακα των βλαστικών κυτταρικών» και του «κέντρου οργάνωσης» του AMΒ. Μοριακή γενετική της ανάπτυξης του βλαστού. Γονιδιακές αλληλεπιδράσεις στηv αυτο-διατήρηση του ΑΜΒ. Μεταλλάξεις που επηρεάζουν το αναπτυξιακό πρότυπο και την οργάνωση του AMΒ.

Ανάπτυξη του φύλλου (2 Ώρες): Απαρχή του αρχέφυτρου του φύλλου. Εγκαθίδρυση αξονικής πολικότητας (ασυμμετρίας). Καθορισμός παραξονικής-απαξονικής ταυτότητας. Εμπλοκή των miRNA στον καθορισμό της παραξονικής-απαξονικής ασυμμετρίας. Ανάπτυξη του περιθωρίου και του σχήματος του φύλλου. Αύξηση της φυλλικής επιφάνειας (ελάσματος). Ανάπτυξη των στομάτων και τριχωμάτων του φύλλου. Μεταλλάξεις και γονίδια που επηρεάζουν τα πρότυπα ανάπτυξης των δομών του φύλλου.

Ανάπτυξη του άνθους (3 Ώρες): Μετάβαση από τη βλαστητική ανάπτυξη στην άνθιση. Φωτοπεριοδικός έλεγχος της άνθισης. Μοριακή γενετική της ανάπτυξης του άνθους. Μελέτες των εμπλεκομένων γονιδίων και μεταλλαγμένων σειρών κατά την ανάπτυξη-μορφογένεση του άνθους. Ομοιοτικά γονίδια άνθισης και η αλληλεπίδρασή τους. Το μοντέλο ABCΕ. Θετική και αρνητική ρύθμιση στη λειτουργία των ομοιοτικών γονιδίων. Ο ρόλος των miRNAs στην ανάπτυξη του άνθους.

Ανάπτυξη της ρίζας (2 Ώρες): Μορφολογία και ανάπτυξη της ρίζας. Οργάνωση του ακραίου μεριστώματος (AMΡ) και μοριακή γενετική της ανάπτυξης της ρίζας. Κυτταρική «τύχη» 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 μάρτυρα β-γλουκουρονιδάση (GUS) μετά από χρώση διαγονιδιακών φυτών Arabidopsis thaliana με υπόστρωμα Χ-Gluc. 5. Ποσοτικός προσδιορισμός της έκφρασης του γονιδίου μάρτυρα GUS σε διαγονιδιακά φυτά Arabidopsis, 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 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 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.