FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES DEPARTAMENTO DE BIOLOGIA

Código-Materia: 21020 Biología del Desarrollo Requisitos: Fisiología Animal, Fisiología Vegetal Programa-Semestre: Biología, 7mo semestre Periodo académico: 2016-2 Intensidad semanal: 3 horas Profesores: Thaura Ghneim-Herrera, Carlos Valderrama, Juliana Rengifo Créditos: 4 Descripción El curso de Biología del Desarrollo introduce a los estudiantes a los procesos del desarrollo animal y vegetal en sus diferentes niveles de complejidad (molecular, celular, tisular, organísmica). Objetivos General Analizar los procesos del desarrollo de animales y plantas en sus diferentes niveles de complejidad biológica. Terminales: Al finalizar el semestre el estudiante estará en capacidad de: Explicar los procesos del desarrollo en las diferentes escalas de complejidad biológica. Describir los cambios evolutivos que han tenido los diferentes procesos del desarrollo y su efecto en la diversidad biológica a nivel espacial y temporal. Específicos Analizar los procesos del desarrollo a diferentes escalas de complejidad (molecular, celular, tisular y organísmica). Comprender los principios de la biología del desarrollo. Comprender el desarrollo embrionario temprano y tardío. Conocer las ramificaciones adicionales de la biología del desarrollo como son: los efectos ambientales sobre el desarrollo, los mecanismos ontogénicos del cambio evolutivo y sus implicaciones sociales y biomédicas. PRIMERA PARTE: DESARROLLO EN PLANTAS MODULO UNO: Plantas terrestres con énfasis en angiospermas El módulo sobre el desarrollo de plantas, con una duración de 8 semanas, se concentrará en el análisis del proceso de diferenciación y desarrollo en plantas terrestres. Los mayores avances en el este campo de estudio se registraron en las últimas 3 décadas, gracias a la elucidación de los mecanismos implicados en el control del desarrollo en angiospermas. A pesar de que el número de trabajos en otros filas es limitado, particularmente en relación a los mecanismos moleculares, en este curso se realizarán

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análisis comparativos entre angiospermas y otros grupos de plantas terrestres como las gimnospermas y licofitas. El módulo no está basado en un texto guía. Los diferentes temas serán trabajados con artículos científicos y capítulos de libros. Varios de los temas a analizar requieren retomar conocimientos básicos de los cursos Biología General (Filas de Plantas Terrestres y Sus Características) y Fisiología Vegetal (Desarrollo embrionario, Hormonas vegetales, fitocromo, ritmo circadiano y regulación mediada por factores abióticos). En consecuencia, encontrarán en el Moodle las clases preparadas para estos temas. Biología del Desarrollo de Plantas Terrestres es un curso dinámico, basado en el aprendizaje activo. A través de lecturas dirigidas y talleres, estudiaremos las etapas de desarrollo de las plantas terrestres, los factores endógenos y exógenos que los regulan, y los mecanismos moleculares implicados en su control. El uso de herramientas tecnológicas para promover el aprendizaje será una característica distintiva. Nuestras discusiones se dinamizarán con el uso de Turning Point (clickers) y quices en línea a través del Moodle. La mayoría de las actividades se realizarán en vivo, en el horario de clases, por lo cual la asistencia es obligatoria y será evaluada. Si bien la construcción del conocimiento será grupal, la evaluación de su progreso en la apropiación del mismo se realizará individualmente. En este sentido, cada actividad tiene asignado puntaje y habrá evaluaciones en la mayoría de las clases (ver Planificación del Módulo). El curso de Biología del Desarrollo ha sido diseñado a la medida de estudiantes avanzados de la carrera. La exigencia es alta, en concordancia con su nivel y con el esfuerzo dedicado por los docentes. Espero que la experiencia sea muy enriquecedora. Bibliografía La unidad “Biología del desarrollo de plantas” no está basada en un texto guía. Los diferentes temas serán trabajados con artículos científicos y capítulos de libros. Varios de los temas a analizar requieren retomar conocimientos básicos de los cursos Biología General (Filas de Plantas Terrestres y Sus Características) y Fisiología Vegetal (Desarrollo embrionario, Hormonas vegetales, fitocromo, ritmo circadiano y regulación mediada por factores abióticos). En consecuencia, encontrarán en el Moodle las clases preparadas para estos temas. Ver planeador para desarrollo de plantas. SEGUNDA PARTE: DESARROLLO ANIMAL Los temas serán desarrollados siguiendo la filosofía del aprendizaje activo. Siguiendo el temario propuesto en la programación de las unidades se buscara que los estudiantes estén en capacidad de analizar y discutir sobre el desarrollo animal en sus diferentes niveles de complejidad. El profesor hará una breve introducción al tema y dejara que los estudiantes lo desarrollen a través de exposiciones. Así mismo, el docente orientará y moderará las discusiones que se den en clase respecto al tema presentado. El profesor resolverá las dudas que surjan entre los estudiantes de manera oportuna.

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MODULO 2. Desarrollo de los organismos pluricelulares Los cambios evidentes en el comportamiento celular que observamos a medida que se va desarrollando un organismo pluricelular son los signos externos de una compleja ordenación molecular que depende de la memoria celular y el genoma. El reto de la biología del desarrollo es comprender de qué forma ocurre. En esta unidad se estudiarán los mecanismos del desarrollo del Caenorhabditis elegans desde la perspectiva de la célula individual; la génesis del esquema corporal de la Drosophila; los genes selectores homeóticos; los desplazamientos celulares y la formación del cuerpo de los vertebrados y el desarrollo intrauterino en mamiferos. Bibliografía En la sección de desarrollo animal las lecturas utilizarán como guía el libro Developmental Biology, de Scott Gilbert. MODULO 3: Las células madre y la renovación tisular La mayoría de los tejidos del cuerpo no sólo se renuevan, sino que también se reparan; este hecho se debe principalmente a las células madre y a los controles por retroalimentación que regulan su comportamiento. Pero, cuando los propios mecanismos de la Naturaleza fallan ¿podemos intervenir y mejorarlos? ¿Podemos encontrar formas de ayudar a las células a reconstruir los tejidos vivos que se han perdido o se han dañado por enfermedad o lesión y son incapaces de repararse de forma espontánea? En esta unidad se estudiarán los mecanismos del desarrollo de las células germinales primordiales, la gametogénesis, fecundación, establecimiento del epigenoma, los mecanismos de diferenciación celular, la renovación tisular y los retos de los estudios en células madre, clonación y terapias regenerativas. Actividades del estudiante Antes de clase: El estudiante preparará cada sesión mediante el estudio y elaboración de un cuestionario de preguntas con respuestas (mínimo 5) sobre el tema de la clase del capítulo del libro guía o lectura complementaria previemente entregada por el profesor. Los cuestionarios serán solicitados al azar a los estudiantes como tarea de comprobación de lectura. Durante la clase: Se realizarán discusiones orientadas por el profesor, centradas en los tópicos asignados para cada sesión. Se partirá de una lectura y estudio previo del material asignado. En cada sesión se revisará por parte del profesor los conceptos básicos necesarios para entender cada tema, se abrirá un espacio para preguntas y discusión por parte de los estudiantes con preguntas de los estudiantes y del profesor. El profesor será guía, moderador de las discusiones y acompañará en el desarrollo de las síntesis del tema.

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El desarrollo del tema estará acompañado de ayudas didácticas como videos y actividades propuestas enmarcadas en la aplicación del método científico. Después de clase: Se revisará por parte del estudiante todo el material visto en clase para establecer los conceptos entre los materiales vistos y las lecturas. Desarrollando preguntas sobre las dudas surgidas en la clase y en las lecturas preparadas en clase. Presentación Oral Los estudiantes deben realizar una presentación oral cuyo tema será asignado por el docente. De igual forma, el docente facilitará a cada estudiante los recursos bibliográficos y material didáctico como diapositivas sobre el tema asignado. Finalizada la presentación el docente profundizará cada uno de los tópicos tratados en la presentación. Texto guía: Bruce Alberts. 2010. Biología Molecular de la Célula. 5ta Edición. Capítulo 21 y 22. (#) Scott Gilbert. 2010. Developmental Biology,. 9th Ed.. Sinauer Associates (*) Lecturas de revisión:  Establecimiento del epigenoma humano en el desarrollo intrauterino. Castillo A. Latin American Journal of Human Genetics. Volumen 2 N° 1, 2014. (LR1)  Biología de las células madre. Bernard A. Capítulo 9. Biotecnología Aplicada a la Salud Humana.2012. (LR2)  Regeneración. Chimal--Monroy et al. Capitulo XI. Células Troncales y Medicina Regenerativa.2013. (LR3)

Evaluación Evaluación Primer Parcial-Plantas Exámenes cortos-Plantas Segunda Parcial Exámenes cortos-Animal Tercer Parcial

Porcentaje 25% 13% 25% 12% 25%

MODULOS 1 1 2 2-3 3

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Código – Materia: 21020 Biología del Desarrollo Período planeado: 2016-162 Profesor(es): Thaura Ghneim-Herrera Fechas a tener en cuenta Inicio del curso: Agosto 1 de 2016 Primer Parcial: Semana 8 Segundo Parcial: Semana 12 Finalización de las clases: Semana 16 Tercer parcial: Fecha por definir, semana 18 Entrega de notas individuales: Noviembre 28 Planeación por sección: Biología del Desarrollo-Plantas

Unidad Desarrollo de Plantas (I)

Temas 

Desarrollo vegetal y especies modelo para su estudio.

Actividades de preparación para la sesión 

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Mecanismos moleculares generales en el desarrollo vegetal.

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Desarrollo embrionario en angiospermas.

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Singer S. (2010) An overview of Plant Development. In: Developmental Biology. Sinauer Associates, Inc. pp: 627-654. Leyser, O., & Day S. (2006) An introduction to flowering plants. In: Mechanisms in plant development. Blackwell Publishing. pp. 1-18. Wang, G. and Fiers, M. (2010) CLE peptide signaling during plant development. Protoplasma 240, 33-43. Dunoyer, P. and Voinnet, O. (2009) Movement of RNA silencing between plant cells: is the question now behind us? Trends in plant science 14, 643-644. Horiguchi, G. (2004) RNA silencing in plants: a shorcut to functional analysis. Differentiation 72, 65-73. Law, J.A. and Jacobsen, S.E. (2010) Establishing, maintaining and modifying DNA methylation patterns in plants and animals. Nature reviews. Genetics 11, 204-220. Taiz, L. & Zeiger E. (2010) Growth and Development. In: Plant Physiology. Sinauer Associates. Pp: 403-423. Singer S. (2010) An overview of Plant Development. In: Developmental Biology. Sinauer Associates, Inc. pp: 627-654. Leyser, O., & Day S. (2006) An introduction to

Sesión 1

2

3-4

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flowering plants. In: Mechanisms in plant development. Blackwell Publishing. pp. 1-18.  Taiz, L. & Zeiger E. (2010) Growth and Development. In: Plant Physiology. Sinauer Associates. Pp: 454-488. Examen corto I (Sesiones 1-4) 

Formación y control de los meristemos apicales: Meristemo apical del vástago y meristemo apical de la raíz.



Desarrollo del tejido vascular.



Leyser, O., & Day S. (2006) An introduction to flowering plants. In: Mechanisms in plant development. Blackwell Publishing. pp. 1-18.  Besnard, F., Vernoux, T. and Hamant, O. (2011) Organogenesis from stem cells in planta: multiple feedback loops integrating molecular and mechanical signals. Cellular and molecular life sciences: CMLS 68, 2885-2906.  Bizet, F., Hummel, I. and Bogeat-Triboulot, M.B. (2015) Length and activity of the root apical meristem revealed in vivo by infrared imaging. J Exp Bot 66, 1387-1395. Dinneny, J.R. and Benfey, P.N. (2008) Plant stem cell niches: standing the test of time. Cell 132, 553-557.  Jiang, K. and Feldman, L.J. (2005) Regulation of Root Apical Meristem Development. Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 21, 485-509.  Veit, B. (2006) Stem cell signalling networks in plants. Plant Mol Biol 60, 793-810. Veit, B. (2009) Hormone mediated regulation of the shoot apical meristem. Plant Mol Biol 69, 397-408.  Dettmer, J., Elo, A. and Helariutta, Y. (2009) Hormone interactions during vascular development. Plant Mol Biol 69, 347-360.  Kang, J., Mizukami, Y., Wang, H., Fowke, L. and Dengler, N.G. (2007) Modification of cell proliferation patterns alters leaf vein architecture in Arabidopsis thaliana. Planta 226, 1207-1218.  Yoshida, S., Iwamoto, K., Demura, T., & Fukuda, H. (2009). Comprehensive analysis of the regulatory roles of auxin in early transdifferentiation into xylem cells. Plant molecular biology, 70(4), 457-69.  Taiz, L. & Zeiger E. (2010) Growth and Development. In: Plant Physiology. Sinauer Associates. Pp: 454-488. Examen corto II (Sesiones 5-8)

5-6

7-8

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Desarrollo foliar

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(2012) Genetic Control of Leaf Development. The Plant Cell 21, tpc.109.tt1209tpc.1109.tt1209. (2012) Evolutionary and Developmental Origins of Leaves. The Plant Cell 21, tpc.109.tt1109tpc.1109.tt1109. Chitwood, D.H., Guo, M., Nogueira, F.T. and Timmermans, M.C. (2007) Establishing leaf polarity: the role of small RNAs and positional signals in the shoot apex. Development 134, 813-823. Lee, B.-h., Yu, S.-i. and Jackson, D. (2009) Control of Plant Architecture: The Role of Phyllotaxy and Plastochron. Journal of Plant Biology 52, 277-282.

9-10

Examen corto III (Sesiones 9-10) 

Desarrollo floral en angiospermas



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Polinización y fertilización

 

O'Maoileidigh, D.S., Graciet, E. and Wellmer, F. (2014) Gene networks controlling Arabidopsis thaliana flower development. The New phytologist 201, 16-30. Kwiatkowska, D. (2008) Flowering and apical meristem growth dynamics. J Exp Bot 59, 187201. Ciaffi, M., Paolacci, A.R., Tanzarella, O.A. and Porceddu, E. (2011) Molecular aspects of flower development in grasses. Sexual plant reproduction 24, 247-282. Liu, C., Thong, Z. and Yu, H. (2009) Coming into bloom: the specification of floral meristems. Development 136, 3379-3391.

11-12

Singer S. (2010) An overview of Plant Development. In: Developmental Biology. Sinauer Associates, Inc. pp: 627-654.

13-14

Sesión de discusión previa al examen parcial I Examen Parcial I

Planeación por sección: Segunda Parte “Desarrollo Animal”

15 16

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Semanas Sesión Contenido INTRODUCCIÓN: Mecanismos generales del desarrollo animal I/ Profesor 1 9 Carlos Valderrama Sep 26 a 30 2 10

3

Oct 3 a 7

11

4

Drosophila y la genética molecular de la formación del patrón: génesis del esquema corporal / Profesora Juliana Rengifo

TC Cap 6

5

Q2. Los genes selectores homeóticos y su papel en la formación del patrón del eje anteroposterior / Profesora Juliana Rengifo

TC Cap 6

6

Los desplazamientos celulares y la formación del cuerpo de los vertebrados – Ectodermo / Profesor Carlos Valderrama

TC Cap 9

7

Los desplazamientos celulares y la formación del cuerpo de los vertebrados - Mesodermo / Profesor Carlos Valderrama

TC Cap 11

8

Q3. Los desplazamientos celulares y la formación del cuerpo de los vertebrados - Endodermo/ Profesor Carlos Valderrama

TC Cap 12

Oct 10 a 14

12 Oct 17 a 21

13 Oct 24 a 28

14 Oct 31 a Nov 4

15

Fuente Lectura Modelos de desarrollo Mecanismos generales del desarrollo animal II/ Profesor Carlos Valderrama Modelos de desarrollo 2 Q1. Caenorhabditis elegans: su desarrollo desde la perspectiva de la célula TC Cap5 individual/ Profesora Juliana Rengifo

9

PARCIAL II

10

Gametogénesis: oocitos y espermatozoides. Fertilización y determinación del sexo en los mamíferos e himenópteros / Profesor Carlos Valderrama

11

Q4. Organogénesis y diseño de los apéndices / Profesor Carlos Valderrama

12

Desarrollo intrauterino en mamíferos / Profesor Carlos Valderrama

13

La fecundación y el establecimiento del epigenoma / Prof. Andrés Castillo

14

Q5. Biología de las células madres – EXPOSICIÓN ESTUDIANTES

15

Regeneración de tejidos- EXPOSICIÓN ESTUDIANTES

16

Q6. La clonación - EXPOSICIÓN ESTUDIANTES

Nov 7 a 11

16 Nov 14 a 18

Examen Final TC=Tema Capitulo; VT= Video-Taller; LR=Lectura Revisión

Lecturas moodle TC Cap13* VT1 TC21, LR1 LR2 LR3 VT2