IBO 2011 pract 4 Plant Biology and Genetics

IBO – 2011 TAIWAN PRACTICAL TEST 4 PLANT ANATOMY, PHYSIOLOGY, AND GENETICS

1

22nd INTERNATIONAL BIOLOGY OLYMPIAD

July 10-17, 2011

Taipei, Taiwan

PRACTICAL TEST 4

PLANT ANATOMY, PHYSIOLOGY, AND GENETICS ΑΝΑΤΟΜΙΑ, ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΓΕΝΕΤΙΚΗ ΦΥΤΩΝ

Total Points:100

Duration: 90 minutes

Student Code:


2

Dear Participants,

In this test, you have been given the following 2 tasks: Στο τεστ αυτό, σας δίδονται δύο ομάδες

θεμάτων:

Task I: Plant anatomy Θέμα Ι: Ανατομία φυτών (60 points)

Task II: Plant physiology and genetics Θέμα ΙΙ: Φυσιολογία και γενετική φυτών (40 points)

Check your Student Code on the Answer Sheet and Template paper before starting the test.

Ελέγξτε τον κωδικό σας στο φυλλάδιο των απαντήσεων και στο χαρτί-θήκη για τα

παρασκευάσματα πριν ξεκινήσετε.

Write down your results and answers in the Answer Sheet. Answers written in the Question

Paper will not be evaluated. Γράψτε τα αποτελέσματα και τις απατήσεις σας στο απαντητικό

φύλλο. Απαντήσεις γραμμένες στο φύλλο των ερωτήσεων δε θα βαθμολογηθούν.

Make sure that you have received all the materials listed for each task. If any of the listed items is

missing, lift the sign. Βεβαιωθείτε ότι έχετε πάρει όλα τα απαιτούμενα, για κάθε εργασία,

υλικά. Αν κάτι λείπει σηκώστε την πινακίδα σας.

Ensure that you organize the sequence of your tasks efficiently. Βεβαιωθείτε ότι οργανώνετε

αποτελεσματικά την αλληλουχία των εργασιών σας.

Stop answering immediately after the end bell rings. Σταματήστε να γράφετε, αμέσως μόλις

χτυπήσει το κουδούνι της λήξης.


3

After test, enclose the Answer sheets, Question paper, Data printout, and the Template paper

(without slides) in the provided envelop. Our lab assistant will collect it promptly. Μετά την

εξέταση, τοποθετείστε στο φάκελο που σας δόθηκε, τα φυλλάδια των απαντήσεων και των

ερωτήσεων, καθώς επίσης τα εκτυπωμένα δεδομένα και το χαρτί-θήκη για τα

παρασκευάσματα (χωρίς τα παρασκευάσματα). Ο βοηθός του εργαστηρίου θα τα συλλέξει

σύντομα.

No paper or materials should be taken out of the laboratory. Δεν πρέπει να βγάλετε από το

εργαστήριο κανένα χαρτί ή άλλο υλικό.

Good Luck!!

Καλή επιτυχία


4

Task I (60 points)

Plant Anatomy (Ανατομία φυτών)

Equipments:

Υλικά και μέσα

Quantity

ποσότητα

1. Slides (in carrier box) Αντικειμενοφόροι 20

2. Cover slips (in carrier box) Καλυπτρίδες 30

3. Compound microscope (with 4X, 10X, and 40X objective lenses)

Σύνθετο μικροσκόπιο ( με αντικειμενικούς φακούς 4X, 10X και 40X)

1

4. Ocular micrometer (installed within the lens)

Οπτικό μικρόμετρο (εγκατεστημένο εντός του φακού)

1

5. Single sided razor blade (in carrier box) Ξυραφάκια μονής λεπίδας 5

6. Petri dish (in carrier box) Τρυβλία Petri 1

7. Forceps (in carrier box) Λαβίδα 1

8. Marker pen / Kimwipes Μαρκαδόρος / Ριζόχαρτα (χαρτιά για καθαρισμό φακών) 1 / 1

9. Paper towel Χαρτοπετσέτες 1

10 Waste basket Καλάθι αχρήστων 1

Materials: Quantity

1. Double distilled water (labeled as “ddH2O” in carrier box)

Δις αποσταγμένο νερό (με την ένδειξη “ddH2O” στο δοχείο)

20 mL/vial

2. 1 N hydrochloric acid (HCl) (in carrier box) Διάλυμα HCl, 1M 5-10 mL/vial

3. Transparent nail polish (in carrier box) Άχρωμο βερνίκι νυχιών 1 vial

4. Section slides X, Y, and Z of the root of plant K in slide box K

Τομές ριζών X, Y και Z του φυτού K στη θήκη τομών K

1 slide each

1 παρασκεύασμα για καθένα


5

5.

6.

Four-compartment plastic petri dish Τρυβλίο Petri 4 χώρων

(Containing tissue samples from plants V, W, M, N, P, Q, R, S

in each compartment - που περιέχει δείγματα από τα φυτά V, W, M, N,

P, Q, R, S σε κάθε χώρο)

Template paper (with student code) for placing the slides

with sections you made and for documenting

Χαρτί-θήκη για τα παρασκευάσματα (με τον κωδικό του

διαγωνιζόμενου) για να τοποθετηθούν οι τομές που φτιάξατε και για

τεκμηρίωση

2 petri dishes

1 sheet

Part A: Structure of Plant Root (10 points total)

Μέρος Α: Δομή φυτικής ρίζας

Introduction: Εισαγωγή

Figure 1 The structure of a typical plant root tip

Δομή ενός τυπικού ακρόριζου με καλύπτρα

There are three slides (X, Y, and Z) that are the transverse sections (located within the circular


6

label on the slides) from different regions of the root of plant K. You need to determine whether

plant K is monocot or dicot to answer questions later. Observe these sections under microscope

and answer the following questions.

Έχετε τρία παρασκευάσματα (X, Y και Z) με εγκάρσιες τομές από διαφορετικές περιοχές ρίζας

του φυτού Κ (εντός των κυκλικών ετικετών στα παρασκευάσματα). Πρέπει να προσδιορίσετε αν

το φυτό Κ είναι μονοκότυλο ή δικότυλο για να απαντήσετε σε ερωτήσεις παρακάτω.

Παρατηρήστε τις τομές στο μικροσκόπιο και απαντήστε τις ερωτήσεις που ακολουθούν.

Q1.A.1.（2 point each, 6 points total）

Section X, Y, and Z each corresponds to which part of the root depicted in Figure 1. Check [X]

the correct answers on the answer sheet.

Να αντιστοιχίσετε καθεμιά από τις τομές X, Y και Z σε αντίστοιχο τμήμα της ρίζας που

αναπαριστάνεται στην εικόνα 1. Σημειώστε [X] στην αντίστοιχη θέση του απαντητικού

φυλλαδίου.

Q.1.A.2. （single answer, 4 points）

What is the direction of maturation of primary xylem in the root (tissues mature earlier tissues

mature later)? Check [X] the correct answers on the answer sheet.

Ποια είναι η διεύθυνση ωρίμανσης του πρωτογενούς ξυλώματος (από ιστούς που ωριμάζουν

νωρίτερα προς ιστούς που ωριμάζουν αργότερα); Σημειώστε με [X] τη σωστή απάντηση στο

απαντητικό φυλλάδιο.


7

Part B: Structure of Plant Stem（6 points total）

Μέρος Β: Δομή του φυτικού βλαστού / μίσχου


Carefully prepare transverse sections of proper thickness from the stem segments of plants V and

W and place them on separate slides. Add a drop of water onto the sections and cover with cover

slips. Observe under the microscope, and answer the following questions. You need to determine

whether plants V and W are monocot or dicot to answer questions later. When you finish this part,

place your slides with the sections on the template paper; lift the sign and the lab assistant will

mark with stamp in the boxes with slides.

Κάνετε εγκάρσιες τομές, κατάλληλου πάχους, από τμήματα βλαστών των φυτών V και W και

τοποθετείστε τις σε διαφορετικές αντικειμενοφόρους πλάκες, σε καθεμιά από τις οποίες έχετε

τοποθετήσει μια σταγόνα νερό. Τοποθετήστε καλυπτρίδα και παρατηρήστε στο μικροσκόπιο.

Απαντήστε στις ερωτήσεις που ακολουθούν. Πρέπει να προσδιορίσετε αν τα φυτά V και W είναι

μονοκότυλα ή δικότυλα για να απαντήσετε σε ερωτήσεις παρακάτω. Όταν τελειώσετε αυτήν την

εργασία, τοποθετήστε τα παρασκευάσματα στο χαρτί-θήκη για αυτά. Σηκώστε την πινακίδα σας και

ο βοηθός του εργαστηρίου θα σημειώσει στα «κουτιά» με τα παρασκευάσματα.


8

Q.1.B.（3 points for each plant, points are given when all correct answers are selected; 6

points total).

What are the distribution patterns of vascular bundles in the stems of plant V and W? Check [X]

the correct answers on the answer sheet.

Ποιο είναι το πρότυπο κατανομής των αγγειωδών δεσμίδων σε καθένα από τους βλαστούς των

φυτών V και W; Σημειώστε [X] στις αντίστοιχες θέσεις στο απαντητικό φυλλάδιο.

Part C: Structure of Plant Leaf（14 points total）

Μέρος C: Δομή φυτικού φύλλου


First determine the upper and lower epidermis of the leaves of plants M and N. Answer the

following questions. You need to determine whether plants M and N are monocot or dicot to

answer questions later. When you finish this part, place your slides with the sections on the

template paper; lift the sign and the lab assistant will mark with stamp in the boxes with slides.

Αρχικά προσδιορίστε την πάνω και την κάτω επιδερμίδα φύλλων από φυτά Μ και Ν. Απαντήστε

στις ερωτήσεις που ακολουθούν. Πρέπει να προσδιορίσετε αν τα φυτά Μ και Ν είναι μονοκότυλα

ή δικότυλα για να απαντήσετε σε ερωτήσεις παρακάτω. Όταν τελειώσετε αυτήν την εργασία,

τοποθετήστε τα παρασκευάσματα στο χαρτί-θήκη για αυτά. Σηκώστε την πινακίδα σας και ο

βοηθός του εργαστηρίου θα σημειώσει στα «κουτιά» με τα παρασκευάσματα.


9

Q.1.C.1（8 points）

Observation of stomata of plant M: Παρατήρηση στομάτων του φυτού Μ:

Prepare the upper and lower epidermis strips of the leaves, either by peeling them off with bare

hands or by scraping off the undesired parts and leaving only the epidermis. Place these

epidermal tissues on separate slides, with the epidermal side facing upward. Add a drop of water

on each tissue sample and cover with cover slip. Observe under the microscope and use the

ocular micrometer for measurements. One smallest unit of scale length of the micrometer is

approximately 30 μm when observing under 4X objective lens. Answer the following questions in

the answer sheet.

Προετοιμάστε λουρίδες επιδερμίδας φύλλων, από την πάνω και την κάτω επιφάνειά τους, είτε

ξεφλουδίζοντάς τα με γυμνό χέρι είτε ξύνοντας τα ανεπιθύμητα τμήματα και αφήνοντας μόνο την

επιδερμίδα. Τοποθετείστε τους επιδερμικούς ιστούς σε διαφορετικές αντικειμενοφόρους πλάκες,

με την εξωτερική επιφάνεια της επιδερμίδας προς τα πάνω. Προσθέστε μια σταγόνα νερό, σε

κάθε δείγμα και καλύψτε με καλυπτρίδα. Παρατηρήστε στο μικροσκόπιο και χρησιμοποιήστε το

οπτικό μικρόμετρο για μετρήσεις. Η μικρότερη υποδιαίρεση της κλίμακας του μικρομέτρου είναι

30 μm όταν παρατηρούμε με αντικειμενικό φακό 4X. Απαντήστε στις ερωτήσεις που

ακολουθούν.

(a) Measurement of stomatal size on upper epidermis:

Μέτρηση του μεγέθους των στομάτων στην πάνω επιδερμίδα:


10

i) Under the 40X objective lens, what is the length of each smallest scale unit of the

ocular micrometer? (1 point)

Με αντικειμενικό φακό 40X, ποιο είναι το μήκος κάθε μικρότερης υποδιαίρεσης του

οπτικού μικρομέτρου;

ii) Measure the lengths of 3 guard cells, then average their lengths. (3 points)

Μετρήστε τα μήκη 3 καταφρακτικών κυττάρων, βρείτε τη μέση τιμή των μηκών.

(b) Measurement of stomatal density on lower epidermis:

Μέτρηση της πυκνότητας των στομάτων στην κάτω επιδερμίδα:

i) Under 40X objective lens, what is the approximate area of the field of view ? (1

point)

Με αντικειμενικό φακό 40Χ, ποιο είναι κατά προσέγγιση το εμβαδό του οπτικού

πεδίου;

ii) Observe 3 fields of view, and calculate the number of stomata in each. Then work

out the average stomatal density. (3 points)

Παρατηρήστε 3 οπτικά πεδία και υπολογίστε των αριθμό στομάτων σε καθένα από

αυτά. Στη συνέχεια υπολογίστε τη μέση τιμή της πυκνότητας των στομάτων.

Q.1.C.2 （6 points, points are given when all correct answers are selected）

Observation of leaf tissue of plant N: Παρατήρηση ιστού φύλλου από το φυτό Ν:


11

Use the provided transparent nail polish to paint the upper and lower epidermis of leaves. When

the nail polish has dried, carefully peel off the layers and place on separate slides, with the

epidermal side facing upward. Add a drop of water on each sample, cover with cover slips. Use

the appropriate objective lens to observe. Determine the stomatal distribution of the upper and

lower epidermis, and deduce the habitat of plant N. Check [X] the correct answers on the answer

sheet.

Χρησιμοποιήστε το άχρωμο βερνίκι νυχιών για να «βάψετε» την πάνω και την κάτω επιφάνεια

των φύλλων. Μόλις το βερνίκι στεγνώσει, αφαιρέστε προσεκτικά τις στιβάδες που

δημιουργήθηκαν και τοποθετείστε τις προσεκτικά σε διαφορετικές αντικειμενοφόρους πλάκες,

με την επιδερμική πλευρά προς τα πάνω. Προσθέστε μια σταγόνα νερό, σε κάθε δείγμα και

καλύψτε με καλυπτρίδα. Παρατηρήστε στο μικροσκόπιο, χρησιμοποιώντας αντικειμενικό φακό

κατάλληλης μεγέθυνσης. Προσδιορίστε την κατανομή των στομάτων στην πάνω και στην κάτω

επιδερμίδα των φύλλων και, από αυτή, να εξάγετε συμπεράσματα για το ενδιαίτημα / habitat του

φυτού N. Σημειώστε με [X] τις ορθές απαντήσεις στο απαντητικό φυλλάδιο.


12

Part D : Monocot or Dicot of Plants (5 points)

Q.1.D ( 1 point each, 5 points total)

Determine whether plants K, V, W, M, and N are monocot or dicot. Check [X] the correct

answers on the answer sheet.

Να προσδιορίσετε αν τα φυτά K, V, W, M και N είναι μονοκότυλα ή δικότυλα. Σημειώστε με [X]

τις ορθές απαντήσεις στο απαντητικό φυλλάδιο.

Part E: Calcium Crystals in Plant Cells（20 points）

Μέρος Ε: Κρύσταλλοι ασβεστίου σε φυτικά κύτταρα


Some plants have idioblasts that can form polygonal calcium oxalate crystals or calcium

carbonate crystals. Use the four plant materials (P, Q, R, S), carefully prepare transverse sections

of appropriate thickness with a clean razor blade, and place the sections on separate slides. Add a

drop of water on each section, and cover with cover slips. Observe under the microscope and

check for the presence of crystals. If the crystals are present, locate the region of crystal

distribution in the tissue (most crystals present in or absent from the cells of vascular bundles),

carefully open the cover slip, remove the excess water around the sections, and add a few drops

of HCl. Add cover slips again and observe the samples under the microscope and deduce the

types of crystals that are present. When you finish this part, place your slides with sections on the


13

template paper; lift the sign and the lab assistant will mark with stamp in the boxes with

slides.

Μερικά φυτά έχουν ιδιοβλάστες, οι οποίοι μπορούν να σχηματίσουν πολυγωνικούς κρυστάλλους

οξαλικού ασβεστίου ή κρυστάλλους ανθρακικού ασβεστίου. Χρησιμοποιώντας υλικό από τα

τέσσερα φυτά (P, Q, R, S) και ένα καθαρό ξυραφάκι, φτιάξτε εγκάρσιες τομές, κατάλληλου

πάχους, τοποθετείστε τις προσεκτικά σε διαφορετικές αντικειμενοφόρους πλάκες, με την

επιδερμική πλευρά προς τα πάνω. Προσθέστε μια σταγόνα νερό, σε κάθε δείγμα και καλύψτε με

καλυπτρίδα. Παρατηρήστε στο μικροσκόπιο και ερευνήστε την ύπαρξη κρυστάλλων. Αν

υπάρχουν κρύσταλλοι, να εντοπίσετε την περιοχή που αυτοί κατανέμονται στον ιστό (οι

περισσότεροι κρύσταλλοι εμφανίζονται στις αγγειώδεις δεσμίδες) και, αφού αφαιρέσετε την

καλυπτρίδα και την περίσσεια του νερού από τις τομές, προσθέστε μερικές σταγόνες HCl και

ξανακαλύψτε με καλυπτρίδα. Παρατηρήστε τα δείγματα στο μικροσκόπιο και εξάγετε

συμπεράσματα για τον τύπο των κρυστάλλων που υπάρχουν. Όταν τελειώσετε με αυτή την

εργασία, τοποθετήστε τα παρασκευάσματα στο χαρτί-θήκη γι’ αυτά. Σηκώστε την πινακίδα σας και

ο βοηθός του εργαστηρίου θα σημειώσει στα «κουτιά» με τα παρασκευάσματα.


14

Q.1.E （6 points for each plant with the presence of crystals, points are given when all

correct answers are selected ; 2 points for the plant with the absence of crystals; 20 points

total）

According to your observation, fill in the corresponding letters in the table in the answer sheet.

Βασιζόμενοι στις παρατηρήσεις σας, συμπληρώστε τα αντίστοιχα γράμματα στον πίνακα του

απαντητικού φυλλαδίου.

Plants: P, Q, R, S Φυτά: P, Q, R, S

Location of crystals: Εντοπισμός των κρυστάλλων:

A (most crystals present in cells of vascular bundles)

(πολλοί κρύσταλλοι στα κύτταρα των αγγειωδών δεσμίδων)

B (crystals absent from the cells of vascular bundles)

(δεν υπάρχουν κρύσταλλοι στα κύτταρα των αγγειωδών δεσμίδων)

Crystal type: Τύπος κρυστάλλων:

C (polygonal calcium oxalate crystal)

(πολυγωνικοί κρύσταλλοι οξαλικού ασβεστίου)

D (calcium carbonate crystal)

(κρύσταλλοι ανθρακικού ασβεστίου)


15

Documentation (10 points total) Τεκμηρίωση

When you finish all the parts (A to E) of Task I, double check whether you have collected all the

stamps for this Task. If not, lift the sign and the lab assistant will check your template sheet.

(0.5 point for each slide present, 5 points total).

Όταν τελειώσετε τα μέρη Α έως Ε του Task I, ελέγξτε και πάλι αν έχετε συλλέξει όλες τις σφραγίδες,

στα «κουτιά» των παρασκευασμάτων, γι’ αυτή την εργασία. Αν όχι, σηκώστε την πινακίδα σας και ο

βοηθός του εργαστηρίου θα ελέγξει το χαρτί-θήκη για τα παρασκευάσματα σας.

Task II (40 points)

Plant Physiology and Genetics Φυσιολογία και γενετική φυτών

Shared Equipment

ELISA reader Φωτόμετρο ELISA

Equipments: Quantity

1. Micropipettes and tips P200 and P1000 Μικροπιπέτες και τιπς P200 και P1000 1 each

2. 96-well microplate Μικροπλάκα με 96-πηγάδια 1

3. 1.5 mL microcentrifuge tubes Σωληνάκια μικροφυγόκεντρου 1.5 mL

(for preparation of standard solutions, use those labeled 0 μM, 25 μM

50 μM, 100 μM, 200 μM, 400 μM )

12 (6 extra

unlabeled)

4. 80-well microcentrifuge tube rack / 4-way test tube rack 1 each

5. Vortex mixer Αναδευτήρας 1

6. Marker pen Μαρκαδόρος 1


16

Materials: Quantity

1. Phosphate detection solution (labeled as “Solution A”) 10 mL/tube

2. 400 μM KH2PO4 solution (labeled as “Solution B”) 10 mL/tube

3. Double distilled water (labeled as “ddH2O”) 50 mL/vial

4. 6 samples to be tested

(allotted in microcentrifuge tubes, labeled as sample

κατανεμημένα σε σωληνάκια μικροφυγόκεντρου, μαρκαρισμένα όπως το δείγμα

#1, #2, #3, #4, #5, & #6)

Introduction:

Phosphate is an important plant nutrient that constitutes substances such as cell membranes,

nucleic acids, and energy compounds like ATP. When lacking phosphates, plants’ growth and

development can be dramatically affected. Plants can sense changes in phosphate concentration

in the environment and accordingly regulate their gene expressions, changing the activity of

phosphate transport proteins on the cell membranes to maintain the homeostasis of phosphate

concentration within. Using the model plant Arabidopsis, scientists discovered that root cells

respond to phosphate-sufficient (Pi-sufficient; e.g. 1mM) or phosphate-deficient (Pi-deficient; e.g.

10μM) condition as depicted below in Figure 2 and 3, respectively:

Τα φωσφορικά είναι σημαντικό θρεπτικό συστατικό για τα φυτά, που αποτελούν συστατικά

των κυτταρικών μεμβρανών, των νουκλεϊκών οξέων και ενεργειακών μορίων όπως το ΑΤΡ.


17

Όταν παρατηρείται έλλειψη των φωσφορικών, η ανάπτυξη των φυτών μπορεί να επηρεαστεί

σημαντικά. Τα φυτά μπορούν να «αισθανθούν» μεταβολές στη συγκέντρωση των φωσφορικών

στο περιβάλλον και να ρυθμίσουν αντίστοιχα την έκφραση γονιδίων τους, μεταβάλλοντας τη

δράση των πρωτεϊνών που μεταφέρουν φωσφορικά δια μέσου των μεμβρανών ώστε να

διατηρήσουν ομοιοστατικά τη συγκέντρωση των φωσφορικών στο εσωτερικό τους.

Χρησιμοποιώντας σα φυτό-μοντέλο το Arabidopsis, επιστήμονες ανακάλυψαν ότι κύτταρα

των ριζών ανταποκρίνονται σε καταστάσεις επάρκειας φωσφορικών (Pi-sufficient; e.g. 1mM) ή

ανεπάρκειας φωσφορικών (Pi-deficient; e.g. 10μM) όπως απεικονίζεται στις εικόνες 2 & 3

αντίστοιχα:

When Arabidopsis is in Pi-sufficient condition (Figure 2), the protein Z negatively regulates

Figure 2 Figure 3


18

the level of the protein T on plasma membrane, which is responsible for the transport of

phosphate into the cell, to avoid excessive phosphate absorption that leads to toxicity. On the

other hand, when plant is in Pi-deficient condition (Figure 3), the transcription factor X will

enhance the expression of gene Y and thus increase the level of protein Y. Protein Y can

promote the degradation of protein Z, leading to the increase of protein T level, and consequently

a higher absorption of phosphate. In general, the phosphate level in the shoot of a plant is

proportional to the uptake efficiency of phosphate in the root.

Όταν Arabidopsis βρίσκεται σε κατάσταση Pi-sufficient (εικόνα 2) η πρωτεΐνη Ζ ρυθμίζει

αρνητικά το επίπεδο της πρωτεΐνης Τ στην πλασματική μεμβράνη, η οποία είναι υπεύθυνη για τη

μεταφορά φωσφορικών στο κύτταρο, ώστε να αποφευχθεί υπερβολική απορρόφηση φωσφορικών

που οδηγεί σε τοξικότητα.

Απ’ την άλλη μεριά, όταν το φυτό βρίσκεται σε κατάσταση Pi-deficient (εικόνα 3) ο

μεταγραφικός παράγων Χ θα ευνοήσει την έκφραση του γονιδίου Υ αυξάνοντας έτσι την

πρωτεΐνη Υ. Η πρωτεΐνη Υ μπορεί να προάγει τη διάσπαση της πρωτεΐνης Ζ, οδηγώντας σε

αύξηση της πρωτεΐνης Τ και συνεπώς, σε αύξηση της απορρόφησης φωσφορικών.

Γενικώς, το επίπεδο φωσφορικών στο βλαστό ενός φυτού είναι ανάλογο της ικανότητας

απορρόφησης φωσφορικών από τη ρίζα.


19

The phosphate level in plants will be considerably affected when the expression of genes

encoding T, X, Y, and Z is perturbed by mutation or transgene. Therefore, plant biologists can

utilize such mutant or transgenic plants to determine the role and relationship of these genes in

the regulatory mechanism of phosphate homeostasis.

Το επίπεδο των φωσφορικών στα φυτά επηρεάζεται σημαντικά όταν η έκφραση των

γονιδίων που κωδικοποιούν T, X, Y, και Z διαταράσσεται από μεταλλάξεις ή διαγονιδιακά. Ως εκ

τούτου, βιολόγοι φυτών μπορούν να χρησιμοποιήσουν μεταλλαγμένα ή γενετικά τροποποιημένα

φυτά για να προσδιορίσουν το ρόλο και τη σχέση αυτών των γονιδίων πάνω στο ρυθμιστικό

μηχανισμό της ομοιόστασης των φωσφορικών.

There are 6 samples in microcentrifuge tubes, which are extracts from the shoots of five

Arabidopsis lines (A to E) grown under either Pi-sufficient (1 mM) or Pi-deficient (10 μM)

condition (as listed in Table 1). Arabidopsis A is wild type and B to E are either knockout (KO;

null mutant with complete loss of function of the gene) mutant line or over-expression line

corresponding to gene T, X, Y, or Z. You will be measuring the phosphate level in each sample

and determine the identities of the samples based on the principles shown in Fig. 2 and 3. Each

sample is derived from 20 seedlings of fresh weight shown in Table 1 and brought to final volume

of 10 mL with ddH2O .

Έχετε 6 δείγματα σε σωληνάκια μικροφυγοκέντρου, τα οποία είναι εκχυλίσματα από

βλαστούς 5 σειρών Arabidopsis (A to E), που αναπτύχθηκαν σε συνθήκες Pi-sufficient (1 mM) ή


20

Pi-deficient (10 μM), όπως παρουσιάζονται στον πινάκα 1. Η Arabidopsis A είναι ο άγριος τύπος

και τα B έως E είναι είτε knockout σειράς (KO; μηδενικό μεταλλαγμένο, με απόλυτη απώλεια

λειτουργίας του γονιδίου) είτε της υπερ-εκφραζόμενης σειράς που αντιστοιχούν στα γονίδια T,

X, Y ή Z. Θα μετρήσετε το επίπεδο φωσφορικών σε κάθε δείγμα και θα προσδιορίσετε

ομοιότητες των δειγμάτων βασιζόμενοι στις αρχές που παρουσιάζεται στις εικόνες 2 & 3. Κάθε

δείγμα προέρχεται από 20 αρτίβλαστα, των οποίων το νωπό βάρος φαίνεται στον πίνακα 1 και

έφτασαν στο τελικό όγκο των 10 mL με ddH2O (δις-απεσταγμένο νερό).

Table 1

Sample

No.

Plant [Pi] in

medium

Fresh weight of

seedlings (mg)

1 A 1 mM 40.4

2 A 10 μM 17.3

3 B 1 mM 28.0

4 C 1 mM 39.2

5 D 1 mM 30.6

6 E 1 mM 33.8

Use the provided equipments and solutions to measure the phosphate concentration in each

sample according to the experimental procedures.

Χρησιμοποιήστε τα διατιθέμενα υλικά και μέσα για τη μέτρηση των φωσφορικών σε κάθε δείγμα,

σύμφωνα με τις πειραματικές διαδικασίες.


21

Experimental Procedures: Πειραματικές διαδικασίες

1. Use the 400 μM KH2PO4 solution (Solution B), ddH2O, and pre-labeled 1.5 mL

microcentrifuge tubes to prepare the following concentrations of phosphate solutions for

standard curve: 0, 25, 50, 100, 200, 400 μM. Use vortex mixer to mix solutions thoroughly.

For each concentration, there should be at least 0.5 mL. Use the P200 micropipette with fresh

tips to transfer 0.1 mL of each standard solution into the 96-well microplate at specified

positions (as in Figure 4, make 2 replicates for each standard).

2. Χρησιμοποιήστε το διάλυμα 400 μM KH2PO4 (διάλυμα Β), ddH2O και μαρκαρισμένους

σωληνίσκους μικροφυγόκεντρου για να παρασκευάσετε τις παρακάτω συγκεντρώσεις

φωσφορικών διαλυμάτων για την πρότυπη καμπύλη: 0, 25, 50, 100, 200, 400 μM.

Χρησιμοποιήστε αναδευτήρα για την πλήρη ανάμειξη. Πρέπει να υπάρχουν τουλάχιστον 0.5

mL για κάθε συγκέντρωση. Χρησιμοποιήστε την P200 μικροπιπέτα με νέο τιπ για τη

μεταφορά 0.1 mL από κάθε πρότυπο διάλυμα στη μικροπλάκα με τα 96-πηγάδια στις

καθορισμένες θέσεις (όπως παρουσιάζονται στην εικόνα 4, φτιάξτε δύο αντίγραφα για κάθε

πρότυπο).


22

Figure 4 Positions of standards and samples in 96-well microplate

Θέσεις των προτύπων και των δειγμάτων στη μικροπλάκα

Standards Samples Standards

A 0 #1 #1 0

B 25 #2 #2 25

C 50 #3 #3 50

D 100 #4 #4 100

E 200 #5 #5 200

F 400 #6 #6 400

G

H

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

3. Transfer 0.1 mL of each sample into the 96-well microplate at specified positions (as in

Figure 4, make 2 replicates for each sample).

Μεταφέρετε 0.1 mL από κάθε δείγμα στη μικροπλάκα σε συγκεκριμένες θέσεις (όπως

παρουσιάζονται στην εικόνα 4, φτιάξτε 2 αντίγραφα για κάθε δείγμα).

4. Add 0.1 mL of the phosphate detection solution (Solution A) into the wells that contain the

standards and the samples. Mix by gently tapping the side of the plate.

Προσθέστε 0.1 mL διάλυμα ανίχνευσης φωσφορικών (διάλυμα Α) στα πηγάδια που

περιέχουν τα πρότυπα και τα δείγματα. Αναμείξτε με ελαφρά χτυπήματα στο πλαϊνό της

μικροπλάκας.


23

5. Lift the sign after you finish Step 3, and wait for lab assistants to guide and help you with

measuring the absorbance of the reaction mixtures with ELISA reader at 820 nm.

Μόλις τελειώσετε το βήμα 3, σηκώστε την πινακίδα σας και περιμένετε το βοηθό του

εργαστηρίου να σας βοηθήσει να μετρήσετε την απορρόφηση των αντιδρώντων μιγμάτων με

φωτόμετρο ELISA στα 820 nm.

6. The lab assistant will print out the data for you. Put your student code on the print-out.

Ο βοηθός του εργαστηρίου θα τυπώσει τα δεδομένα σας. Γράψτε το student code σας στα

εκτυπωμένα

7. Answer the following questions: (απαντήστε στις ερωτήσεις που ακολουθούν)

Q.2.1. (18 points total)

Calculate the mean values of the absorbance for each sample and standard. Use the graph paper

on the answer sheet to plot a standard curve. (0.5 point for each standard point correctly

plotted)

Υπολογίστε τις μέσες τιμές απορρόφησης για κάθε πρότυπο και κάθε δείγμα. Χρησιμοποιήστε

μιλιμετρέ στο απαντητικό φύλλο για να σχεδιάσετε την πρότυπη καμπύλη.


24

Determine the phosphate concentrations of the samples in µM and the nmol phosphate per mg of

seedling fresh weight for sample # 1 to # 6. Fill in your results in the table of answer sheet. (2

points for each phosphate concentration measured, 0.5 point for each nmol/mg of phosphate

calculated)

Προσδιορίστε τις συγκεντρώσεις φωσφορικών των δειγμάτων σε µM και τα nmol φωσφορικών

ανά mg νωπού βάρους αρτίβλαστου για τα α δείγματα # 1 to # 6. Συμπληρώστε τα αποτελέσματά

σας στον πίνακα του απαντητικού φύλλου.

Q.2.2. (Multiple answers, 4 points. Points given when all correct answers are selected)

For each of the following statements, determine whether they are true or false explanations for

those plants having higher phosphate content (nmol/mg) than the wild type. Check [X] the correct

answers on the answer sheet.

Για καθεμιά από τις παρακάτω προτάσεις, προσδιορίστε αν είναι σωστές ή λανθασμένες

εξηγήσεις για τα φυτά που έχουν υψηλότερα περιεχόμενα φωσφορικών (nmol/mg) από τον άγριο

τύπο. Σημειώστε με [X] τις ορθές απαντήσεις στο απαντητικό φυλλάδιο.

(A) X cannot be activated in the plant, thus leading to an increase in phosphate uptake.

Το Χ δε μπορεί να ενεργοποιηθεί στο φυτό, έτσι παρατηρείται αύξηση στην

απορρόφηση φωσφορικών.

(B) Loss-of- function of Gene Y in the plant causing an increase in phosphate uptake.

Απώλεια λειτουργικότητας του γονιδίου Υ στο φυτό προκαλεί αύξηση στην


25


(C) Loss-of-function of Gene Z in the plant causing an increase in phosphate uptake.

Απώλεια λειτουργικότητας του γονιδίου Ζ στο φυτό προκαλεί αύξηση στην


(D) The plant harbors a transgene that over-expressed gene Y, causing the loss of

inhibition of protein T, leading to higher activity in phosphate uptake.

Το φυτό φέρει γονίδιο άλλου είδους / διαγονίδιο το οποίο υπερ-εκφράζει το γονίδιο Υ,

προκαλώντας αναστολή στη δράση της πρωτεΐνης Τα, οδηγώντας σε υψηλότερη


(E) Protein T of the plant has a defect, and it is unable to transport phosphate efficiently.

Η πρωτεΐνη Τ του φυτού παρουσιάζει κάποια ατέλεια και δε μπορεί να μεταφέρει

φωσφορικά αποτελεσματικά.

(F) The transcription factor X of the plant has a mutation, and is incapable to bind the

promoter of gene Y.

Ο μεταγραφικός παράγων Χ του φυτού αυτού έχει μεταλλαχθεί και δε μπορεί να

συνδέσει τον υποκινητή στο γονίδιο Υ.


26

Q.2.3. (2.5 points each, 10 points total)

According to the results from the experiment, assign the corresponding plant (B, C, D, or E) to

the correct description on the answer sheet.

Με βάση τα αποτελέσματα του πειράματος, προσδιορίστε το φυτό (B, C, D ή E) που αντιστοιχεί

στην ορθή περιγραφή στο απαντητικό φυλλάδιο.

Q.2.4. (Single answer, 4 points)

If wild type plant (W), gene X knockout mutant (X), and gene Y knockout mutant (Y) were all

grown in the same Pi-deficient condition, what would be the phosphate level in their shoots (rank

from the lowest to highest)? Check [X] the correct answer on the answer sheet.

Αν ο άγριος τύπος του φυτού (W), το γονίδιο Χ του knockout μεταλλαγμένου Χ και το γονίδιο Υ

του knockout μεταλλαγμένου Υ αναπτυχθούν όλα σε Pi-deficient συνθήκες, ποιο θα είναι το

επίπεδο των φωσφορικών στους βλαστούς τους (από το χαμηλότερο προς το ψηλότερο);

Σημειώστε με [X] την ορθή απάντηση στο απαντητικό φυλλάδιο.

(A) X < W < Y

(B) Y < W < X

(C) W < X < Y

(D) W < Y < X

(E) X < Y < W

(F) Y < X < W


27

Q.2.5. (Single answer, 4 points)

Western blot is a technique to detect specific protein level with the use of antibody. Which of the

following would be the most likely result of the Western blot analysis of protein Y and Z from the

total protein extracts of samples # 1 and # 2? Check [X] the correct answer on the answer sheet.

Western blot είναι μια τεχνική προσδιορισμού συγκεκριμένου επιπέδου πρωτεΐνης με τη χρήση

αντιβιοτικού. Ποιο από τα παρακάτω είναι το πιθανότερο αποτέλεσμα της Western blot ανάλυσης

των πρωτεϊνών Υ και Ζ από τα εκχυλίσματα των δειγμάτων # 1 και # 2; Σημειώστε με [X] την

ορθή απάντηση στο απαντητικό φυλλάδιο.

IBO 2011 pract 4 Plant Biology and Genetics

Documents

Transcript of IBO 2011 pract 4 Plant Biology and Genetics