Документ 3705032

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
«УТВЕРЖДАЮ»:
И.о. первого проректора по учебной работе
_______________/Волосникова Л.М./
__________ _____________ 2013 г.
ЭВОЛЮЦИОННАЯ ГЕНЕТИКА
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для студентов направления 020400.62 - Биология, очной формы обучения.
Профиль: генетика
«ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»:
Автор (ы) работы _____________________________/Петухова Г.А./
«______»___________2012 г.
Рассмотрено на заседании кафедры экологии и генетики 17 октября 2012 г., протокол № 6.
Соответствует требованиям к содержанию, структуре и оформлению.
«РЕКОМЕНДОВАНО К ЭЛЕКТРОННОМУ ИЗДАНИЮ»:
Объем 12 стр.
Зав. кафедрой ______________________________/Пак И.В./
Рассмотрено на заседании УМК департамента биологии ИМЕНИТ 26 ноября 2012 г.,
протокол № 3.
Соответствует ФГОС ВПО и учебному плану образовательной программы.
«СОГЛАСОВАНО»:
Председатель УМК ________________________/Фролова О.В./
«СОГЛАСОВАНО»:
Директор ИБЦ_____________/Еманов А.Г./
«______»_____________2013 г.
«СОГЛАСОВАНО»:
Зав. методическим отделом УМУ_____________/Федорова С.А./
«______»_____________2013 г.
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Биологический факультет
Кафедра экологии и генетики
Петухова Г.А.
ЭВОЛЮЦИОННАЯ ГЕНЕТИКА
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для студентов направления 020400.62- Биология, профиль подготовки –
Генетика, очной формы обучения.
Тюменский государственный университет
2013
Петухова Г. А. Эволюционная генетика. Учебно-методический
комплекс. Рабочая программа для студентов направления 020400.62 Биология, профиль подготовки – Генетика, очной формы обучения. Тюмень.
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС
ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению и профилю
подготовки.
Рабочая программа дисциплины опубликована на сайте ТюмГУ:
Эволюционная генетика [электронный ресурс] / Режим доступа: :
http://www.umk3.utmn.ru., свободный.
Рекомендовано к изданию кафедрой экологии и генетики. Утверждено
проректором по учебной работе Тюменского государственного университета.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: заведующий
генетики, д.б.н. Пак Ирина Владимировна
© Тюменский государственный университет, 2013.
© Петухова Г.А., 2013.
кафедрой
экологии
и
1. Пояснительная записка.
1.1. Цели и задачи дисциплины
Целью дисциплины «Эволюционная генетика» является получение базовых знаний
о эволюции наследственного материала, о научных и прикладных аспектах использования
эволюционной генетики.
В процессе изучения дисциплины бакалавры решают следующие задачи: в
систематизированной форме усваивают основы эволюции наследственного материала;
вопросы возникновения гетерогенности наследственного материала; анализируют
регуляторные процессы в популяциях, получают представление об эволюции генома
человека; изучают прикладные аспекты использования достижений эволюционной
генетики.
Учебно-методический комплекс «Эволюционная генетика» соответствует требованиям
федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального
образования.
1.2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
Дисциплина «Эволюционная генетика» относится к циклу Б3. Профессиональный
цикл: базовая общепрофессиональная часть. Она логически и содержательно-методически
взаимосвязана с дисциплинами Б.1. Гуманитарного, социального и экономического цикла:
базовой частью и Б.3. Профессионального цикла: базовой (общепрофессиональной)
частью: экономикой; биологией размножения и развития; микробиологией, физиологией
человека и животных, генетикой и селекцией, биохимией и молекулярной биологией. Для
успешного освоения дисциплины необходимы базовые знания по генетике, биологии
размножения и развития, микробиологии, физиологии, биохимии, умение к
биометрической обработке материала, владение компьютерными статистическими
программами. Для успешного освоения данной дисциплины необходимо предшествующее
изучение следующих модулей: экономики; биологии размножения и развития, цитологии
и гистологии; физиологии человека и животных, генетики и селекции, биохимии и
молекулярной биологии.
1.3. Компетенции выпускника ООП бакалавриата, формируемые в результате
освоения данной ООП ВПО.
В результате освоения ООП бакалавриата выпускник должен обладать следующими
компетенциями:
- следовать этическим и правовым нормам в отношении других людей и в отношении
природы (принципы биоэтики), иметь четкую ценностную ориентацию на сохранение
природы и охрану прав и здоровья человека – ОК 1;
-приобретать новые знания и формировать суждения по научным, социальным и
другим проблемам, используя современные образовательные и информационные технологии
- ОК 3;
-демонстрировать базовые представления об основных закономерностях и
современных достижениях генетики, о геномике, протеомике – ПК 6;
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
 Знать: основы эволюционной генетики.
 Уметь:
демонстрировать
базовые
представления
по
эволюции
наследственного материала, применять их на практике, критически
анализировать полученную информацию и представлять результаты
исследований.
 Владеть: навыками к научно-исследовательской работе, преподаванию
эволюционной генетики, ведению дискуссии.
2.
Структура и трудоемкость дисциплины.
Семестр 8. Форма промежуточной аттестации зачет. Общая трудоемкость дисциплины
составляет 2 зачетные единицы, 72 часа.
3.
Тематический план.
Таблица 1.
Тематический план
1
1.
2.
3.
1.
2.
1.
2.
3.
2
Модуль 1.
Введение
Изменение генетической структуры
популяций
3.Генетическая гетерогенность и
полиморфизм популяций
Всего
Модуль 2.
Источники генетической
изменчивости
Регуляторные
механизмы
в
популяциях
Всего
Модуль 3
Механизмы эволюции генома
Эволюция генома человека.
Видообразование и макроэволюция.
Всего
Итого (часов, баллов):
Из них в интерактивной форме
3
4
5
Самостоятельная
работа
Лекции*
недели семестра
Тема
Семинарские
(практические)
занятия*
Виды учебной работы и
самостоятельная работа, в
час.
№
Итого
часов
по
теме
Из
них
в
инте
ракт
ивно
й
фор
ме
Итог
о
коли
чест
во
балл
ов
8
9
10
7
1
2
2
2
2
2
8
8
12
12
3
3
0-5
0-10
3
2
4
8
14
3
0-15
6
8
24
38
9
0-30
4
2
2
8
12
3
0-15
5
2
2
8
12
3
0-15
4
4
16
24
6
0-30
2
2
2
6
16
4
4
4
12
24
10
8
10
28
68
16
14
16
46
108
3
3
3
9
24
0-10
0-15
0-15
0-40
0100
4
20
6
7
8
8
8
24
Таблица 2.
Виды и формы оценочных средств в период текущего контроля
№ темы
Устный опрос
ответ на
семинаре
Модуль 1
1.Введение
2. Изменение
генетической
структуры популяций
3.Генетическая
гетерогенность и
полиморфизм
популяций
Всего
Модуль 2
1. Источники
генетической
изменчивости
2.Регуляторные
механизмы
в
популяциях
Всего
Модуль 3
1.Механизмы
эволюции генома
2. Эволюция генома
человека.
3.Видообразование и
макроэволюция.
Всего
Итого
Письменные работы
реферат
эссе
Информационные
системы и
технологии
другие формы
0-5
0-10
0-5
0-10
0-10
0-5
0-25
0-5
0-10
0-15
0-30
0-5
0-15
0-10
0-20
0-5
0-5
0-15
0-5
0-30
0-10
0-10
0-10
0-10
Итого
количество
баллов
0-5
0-5
0-30
0-5
75
0-10
0-15
0-15
0-5
0-5
0-10
0-40
0-100
Таблица 3.
Планирование самостоятельной работы студентов
№
Модули и темы
Виды СРС
обязательные
дополнительные
Модуль 1
1.1
Введение
1.2
Изменение
генетической
структуры популяций
1.3
Генетическая гетерогенность
и полиморфизм популяций
Всего по модулю 1:
Модуль 2
2.1
Источники
генетической
изменчивости
2.2
Регуляторные механизмы в
популяциях
Всего по модулю 2:
Модуль 3
3.1
Механизмы эволюции генома
3.2
Эволюция генома человека.
3.3
Видообразование
макроэволюция.
и
Изучение
отдельных тем,
необходимых
для выполнения
лабораторной
работы.
Изучение
отдельных тем,
необходимых
для выполнения
лабораторной
работы.
Изучение
отдельных тем,
необходимых
для выполнения
лабораторной
работы.Выполне
ние
индивидуальных
заданий (эссе)
Неделя
семестра
1
3
0-5
Работа с
литературой по
теме
2
3
0-10
Работа с
литературой по
теме
3
3
0-15
0-30
9
Работа с
литературой по
теме
4
3
0-15
Работа с
литературой по
теме
5
3
0-15
6
0-30
2
Выполнение
индивидуальных
заданий
(рефератов,
презентаций)
Выполнение
индивидуальных
заданий (эссе).
Выполнение
контрольных
работ.
Изучение
отдельных тем
(ответы
на
семинарах)
Выполнение
индивидуальных
заданий
Кол-во
баллов
Работа с
литературой по
теме
3
Изучение
отдельных тем
(ответы
на
семинарах)
Выполнение
индивидуальных
заданий
(рефератов,
презентаций)
Выполнение
индивидуальных
заданий
(,
презентации)
Выполнение
контрольных
работ.
Объем
часов
Работа с
литературой по
теме
6
3
0-10
Работа с
литературой по
теме
7
3
0-15
Работа с
литературой по
теме
8
3
0-15
(рефератов,
презентаций)
Подготовка
к
тестированию
Всего по модулю 3:
ИТОГО:
4
9
28
68
0-40
0-100
4.
Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми
(последующими) дисциплинами
№
п/п
Наименование обеспечиваемых
(последующих) дисциплин
1.
2.
3.
Молекулярная генетика
Иммунология
Экология и рациональное
природопользование
Биоинженерия (магистратура)
Молекулярные механизмы стабильности
и изменчивости геномов (магистратура)
4.
5.
Темы дисциплины необходимые для изучения
обеспечиваемых (последующих) дисциплин
1
2
3
4
5
6
7
8
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
5. Содержание дисциплины.
1.Введение
Вид - качественный этап эволюционного процесса. Структура вида. Популяция элементарная единица эволюции. Понятие о популяции как целостной системе, арене
действия микроэволюционных процессов. Популяция в системе вида и биоценоза.
Классификация типов популяций.
2. Изменение генетической структуры популяций
Факторы микроэволюции. Понятие об элементарном эволюционном явлении.
Мутационное давление. Действие отбора, эффективность действия отбора против особей с
различным генотипом. Оценка приспособленности, средняя приспособленность.
Генетический дрейф. Эффект основателя и эффект бутылочного горлышка. Эффективный
размер популяций. Миграция, изменение генетической структуры популяции при
миграции.
3. Генетическая гетерогенность и полиморфизм популяций
Генетическая изменчивость популяций по морфологическими физиологическим
признакам. Различия между генетической гетерогенностью и полиморфизмом.
Классификация типов полиморфизма. Концепция широкой адаптивной нормы и
генетический груз популяций. Виды генетического груза. Хромосомный полиморфизм:
приспособительная роль инверсионного полиморфизма, преимущество гетерокариотипов,
полиморфизм по робертсоновским транслокациям, полиморфизм по В-хромосомам,
половым хромосомам. Биохимический полиморфизм популяций: уровни полиморфизма
популяций по белкам, клинальная изменчивость. Концепция нейтральной эволюции: за и
против.
4. Источники генетической изменчивости
Роль мутаций и рекомбинаций. Генетический контроль мутагенеза, генымутаторы. Физиологическая гипотеза мутационного процесса. «Мода»на мутации.
Инсерционный мутагенез: нестабильные генетические локусы, МДГ. Гибридный
дисгенез. Изменения локализации ретротранспозонов, сопряженные с направлением
отбора.
5. Регуляторные механизмы в популяциях
Представление о целостности популяционной структуры. Отработка под действием
отбора оптимальных значений общепопуляционных параметров: численности, полового и
возрастного состава, состава генетического груза, соотношения частот фено- и
генотипических классов. Адаптивная дифференцировка популяционной структуры.
Генетические механизмы защиты адаптивной нормы. Понятие о генетическом гомеостазе
популяции. Эволюция доминантности. Ведущие закономерности прогрессивной
эволюции
6. Механизмы эволюции генома
Понятие «эгоистичной» ДНК. «Эгоистичная» ДНК и макроэволюция. Мобильные
последовательности ДНК эукариот. Механизм транспозиции. Биологические последствия
транспозиции. Консервативные и дивергировавшие последовательности ДНК.
Пространственная упорядоченность хромосом. Положение специфических участков
хромосомы в интерфазе. О фенотипических эффектах изменений количеств ДНК.
Амплификация, делеция и перегруппировка последовательностей: основные источники в
процессе дивергенции видов
7. Эволюция генома человека.
Сходство и различия в структуре хромосом человека и его человекообразных предков.
Особенности строения и эволюции Х-хромосомы. Особенности строения и эволюции Ухромосомы. Факторы, влияющие на эволюцию генома человека: уровень комбинативной
изменчивости, мутации, дрейф генов в популяциях человека, сегрегационный груз.
Влияние эмбрионального и постэмбрионального развития на реализацию наследственных
предрасположенностей. Морфозы и фенокопии.
8.Видообразование и макроэволюция.
Способы видообразования. Генетическая дифференцировка в процессе видообразования.
Генетические изменения и филогения: гибридизация ДНК. Филогения аминокислотных и
нуклеотидных последовательностей. Теория нейтральности молекулярной эволюции.
Молекулярные часы эволюции. Эволюция структурных и регуляторных генов.
Горизонтальный перенос генов. Эволюция генома и видообразование. Нерешенные
проблемы эволюционной генетики.
6.
Темы практических работ
1. Практическая работа. Изучение структуры популяции одуванчиков.
Материал: листья одуванчиков, цветы одуванчиков
Оборудование: линейки, бинокуляры, блокноты, предметные стекла, весы.
Задание: проанализировать размеры листовых пластинок одуванчиков, их степень
изрезанности, количество малых и больших зубцов. Измерить весовые показатели
листьев, цветков. Измерить диаметр цветков, проанализировать их строение.
Математическая обработка результатов, составление отчета.
2. Практическая работа. Поведенческий полиморфизм в популяции.
Поведенческие реакции дрозофилы при действии различных факторов среды.
Материал: взрослые особи дрозофилы, различающиеся по возрасту и по способу
обработки их во время эмбриогенеза.
Оборудование: стаканчики с фильтрами внутри, линейки, бминокуляры, морилки,
предметные стекла, кисточки.
Задание: проанализировать частоту посадки мух на фильтры с токсикантами,
двигательную активность мух. Провести статистический анализ полученных показателей,
сравнить поведенческие особенности мух после обработки с поведением контрольных
особей. Математическая обработка результатов, составление отчета.
3. Практическая работа. Анализ биохимического полиморфизма растений по
концентрации пигментов фотосинтеза в листьях.
Материал: листья древесных растений одного вида из разных популяций.
Оборудование: ступки, спирт 96%, сульфат Na, пробирки, спектрофотометр,
пиптки.
Задание: Приготовление вытяжек из листьев проростков и черенков, подвергшихся
действию различных условий обитания. Центрифугирование вытяжек, определение
концентрации пигментов фотосинтеза на «Specole». Расчет концентраций пигментов.
4. Практическая работа. Анализ полиморфизма по жизнеспособности клеток
растений из разных популяций.
Материал: корешки традесканции, зебрины, проростки пшеницы, бобов, гороха,
выращенные в разных условиях.
Оборудование: предметные и покровные стекла, препоровальные иглы,
фильтровальная бумага, раствор метиленовой сини.
Задание: приготовление тонкослойных срезов корешков растений, окраска срезов
растворами метиленовой сини, анализ мертвых клеток в 10 полях зрения, расчет частоты
гибели клеток в корнях растений контрольного и опытного вариантов, зарисовка
нескольких наиболее типичных видов мертвых клеток.
5. Практическая работа Гетерогенность политенных хромосом дрозофил.
Пуфообразование после действия повреждающих агентов.
Материал: личинки 3 возраста и предкуколки дрозофилы
Оборудование: предметные и покровные стекла, препоровальные иглы, физраствор
для насекомых, раствор ацетоорсеина 2%, уксусная кислота 45%.
Задание: выделение слюнных желез из личинок, приготовление временных
ацетоорсеиновых препаратов политенных хромосом, идентификация концов политенных
хромосом, объединенных в хромоцентр, анализ пуффов в политенных хромосомах,
зарисовка хромоцентра, политенных хромосом, выделенных пуффов.
6. Практическая работа. Хромосомный полиморфизм. Анализ хромосомных
перестроек у растений при действии различных условий обитания.
Материал: проростки пшеницы, гороха, бобов.
Оборудование: предметные и покровные стекла, препоровальные иглы,
фильтровальная бумага, раствор ацетоорсеина 2%, уксусная кислота 45%.
Задание: приготовить временные ацетоорсеиновые препараты из корешков
растений, выявить и зарисовать нормальную анафазу и телофазу, анафазы с
перестройками. Провести статистический анализ частоты встречаемости различных типов
хромосомных нарушений.
7. Практическая работа. Анализ митотического цикла в растительных клетках
после действия токсикантов. Изменение соотношения фаз митоза после растений в разных
условиях.
Материал: проростки различных растений, черенки традесканции
Оборудование: предметные и покровные стекла, препоровальные иглы,
фильтровальная бумага, раствор ацетоорсеина 2%, уксусная кислота 45%.
Задание: приготовить ацетоорсеиновые препараты из корешков проростков,
проанализировать частоту встречаемости делящихся и неделящихся клеток среди 100
просмотренных, зарисовать и подсчитать количество профаз, метафаз, анафаз, телофаз.
Вычислить отношение профаз и метафаз к ана- и телофазам у контрольных и опытных
растений.
7.
Учебно - методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной
аттестации по итогам освоения дисциплины (модуля).
Модуль 1.
I. Введение.
Анализ литературы при подготовке к выполнению лабораторного исследования
II. Изменение генетической структуры популяций
Анализ литературы при подготовке к выполнению лабораторного исследования
III. Генетическая гетерогенность и полиморфизм популяций
Анализ литературы при подготовке к выполнению лабораторного исследования
Тема эссе:
Какое значение, на ваш взляд, игнрают разные формы полиморфизма в устойчивости
популяций?
IV. Источники генетической изменчивости
Анализ литературы при подготовке к выполнению лабораторного исследования
Темы рефератов:
1.Классификация мутаций
2.Механизмы возникновения мутаций
3. Инсерционный мутагенез
4. Ретротранспозоны.
V. Регуляторные механизмы в популяциях
Анализ литературы при подготовке к выполнению лабораторного исследования
Темы компьютерных презентаций:
1. Адаптивная дифференцировка популяционной структуры
2. Представление о целостности популяционной структуры.
3. Понятие о генетическом гомеостазе популяции
4. Генетические механизмы защиты адаптивной нормы .
VI. Механизмы эволюции генома
Анализ литературы при подготовке к выполнению лабораторного исследования
VII. Эволюция генома человека.
Анализ литературы при подготовке к выполнению лабораторного исследования
Темы компьютерных презентаций:
1. Особенности строения и эволюции Х-хромосомы.
2. Особенности строения и эволюции У-хромосомы
3. Генетический груз.
4. Морфозы и фенокопии
VIII. Видообразование и макроэволюция
Анализ литературы при подготовке к выполнению лабораторного исследования
Темы рефератов:
1.Способы видообразования.
2.Молекулярные часы эволюции.
3. Эволюция структурных и регуляторных генов.
4. Горизонтальный перенос генов. Эволюция генома и видообразование. Нерешенные
проблемы эволюционной генетики.
8.
Вопросы к экзамену
1. Мутагенез и его причины
2. Классификация мутаций и их роль в эволюции
3. Ретротранспозоны: строение, функционирование
4. Генетический гомеостаз популяций
5. Адаптивная дифференцировка популяционной структуры
6. Механизмы эволюции генома
7. Особенности строения половых хромосом
8. Молекулярные часы эволюции
9. Горизонтальный перенос генов
10. Эволюция структурных и регуляторных генов
11. Эволюция генома и видообразование
Понятие генетического груза и механизмы его формирования
Виды генетического груза
Адаптивная дифференцировка популяционной структуры
9. Образовательные технологии.
Мультимедийные средства обучения (презентации), проблемные и исследовательские
методы, встречи с преподавателями института Общей экологии, Криосферы Земли и т.д.
12.
13.
14.
10. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (модуля).
10.1. Основная литература:
1. Алтухов Ю.П. Генетические процессы в популяциях. 3-е изд. М.: ИКЦ “Академкнига”,
2003. 431 с. (Гриф)
2. Смиряев А.В., Кильчевский А.В. Генетика популяций и количественных признаков: Уч.
Пособие. М.:КолосС,2007.272 с (Грф)
10.2.Дополнительная литература
Гуттман Б., Гриффитс Э., Сузуки Д. Генетика - М. : ФАИР-ПРЕСС, 2004. - 443 с.
Колчинский Э.И. Неокатастрофизм и селекционизм: Вечная дилемма или возможность
синтеза? СПб.: Наука, 2002. 554 с.
Воронцов Н.Н. Развитие эволюционных идей в биологии. М.: Изд. отдел УНЦ ДО МГУ,
Прогресс-Традиция, АБФ, 2000. 640 с., 266 ил.
Берг Р.Л. Генетика и эволюция. - Новосибирск. Наука. 1993. 375 с.
Билтуева Л.С., Рубцов Н.Б., Сердюкова Н.А. Возмлжности анализа макроэволюционных
преобразований хромосом млекопитающих. -Генетика. 2002. т. 38.№ 8. С. 1094-1102
Бердников В.А. Эволюция и прогресс. - Новосибирск. Наука. 1997. 203 с.
Воронцов Н.Н. Теория эволюции: истоки, постулаты, проблемы. - М. Наука. 1998. 178 с.
Гилева Э.А. Хромосомная изменчивость и эволюция. - М. Наука. 2000. 215 с.
Гиляров А.М. Популяционная экология. - М. изд-во МГУ.1990. 138 с.
Айала Ф. Введение в популяционную и эволюционную генетику. М.: Мир, 1984. 230 с.
Тихомирова М.М. Кайданов Л.З. Сдвиг нормы реакции и генотипическая изменчивость. В сб: Эволюционная генетика. Л.1982. с. 86 -97.
Тыщенко В.П.Введение в теорию эволюции. - СПб. Изд-во СПб университета. 1992.- 147с.
10.3.Программное обеспечение и Интернет – ресурсы:
1. www.historicus.ru/dobrojanskii
2. dic.academic.ru/dic.nsf/genetics
3. www.follow.ru/article/146
4. ru.wikipedia.org
11. Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины.
Дисциплина обеспечена компьютерными презентациями, составленными автором,
видеофильмами. На факультете имеется для проведения занятий 3 мультимедийные аудитории,
есть специализированные лаборатории: центр микроскопии (№ 408), оснащенный электронным
микроскопом LSM 510-мета, фазово-контрастным микроскопом Axioimager А1; лаборатория
молекулярной генетики (№ 309), оснащенная хроматографом ВСЖХ, ПЦР; лаборатория
популяционной генетики (№ 111), оснащенная приборами для проведения электрофореза и
цитогенетических исследований.