МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГАОУ ВО "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" Факультет естественных наук «УТВЕРЖДАЮ» Декан ФЕН НГУ, профессор _______________Резников В.А. «29» августа 2014 г. Рабочая программа дисциплины Современные проблемы биологии Направление подготовки Биология 020400 Квалификация (степень) выпускника Магистр Форма обучения Очная Новосибирск 2014 Аннотация рабочей программы Дисциплина Современные проблемы биологии (М3.Б.1 ) является базовой частью профессионального цикла ООП по направлению подготовки «Биология» Магистр, профиль «Генетика» и «Биология клетки». Дисциплина реализуется на факультете естественных наук Национального исследовательского университета Новосибирский государственный университет кафедрой цитологии и генетики ФЕН НГУ для магистрантов 2 курса. Дисциплина нацелена на формирование общепрофессиональных компетенций ОК-1, ОК-3, профессиональных компетенций ПК-1, ПК-2 выпускника. Преподавание дисциплины предусматривает следующие формы организации учебного процесса: 62 ч. лекций (в том числе 30 в интерактивной форме), 42 ч. самостоятельной работы, 36 ч. контроля. В качестве текущего контроля проводятся опросы перед началом лекции. Рубежный контроль — экзамен. Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетных единиц, 144 часа. 1. Цели освоения дисциплины Дисциплина «Современные проблемы биологии» относится к базовой части профессионального цикла ООП Магистратуры по направлению подготовки «020400 Биология». Дисциплина реализуется на факультете естественных наук Национального исследовательского университета Новосибирский государственный университет кафедрой цитологии и генетики ФЕН НГУ для магистрантов 2 курса. Основная цель дисциплины состоит в овладении обучающимися современного представления о механизмах реализации генетической информации в разных клетках и в развитии, о способах воздействия В задачи курса входит: знакомство с последними достижениями биологии в изучении реализации генетической и эпигенетической информации в развитии организма и дифференцировке клеток; знакомство с последними достижениями в генетике и геномике человека; знакомство с новыми методами в селекции растений и животных. 2. Место дисциплины в структуре ООП Дисциплина Современные проблемы биологии опирается на следующие дисциплины Бакалавриата: 1. Биология клетки (знание ультраструктуры клетки, структурной организации клеточных процессов, механизмов митоза и мейоза, структуры и функции хромосом); 2. Молекулярная биология (молекулярные механизмы реализации генетической информации, репликации, репарации ); 3. Эмбриология (развитие млекопитающих, насекомых); 4. Генетика (современные молекулярно-биологические методы генетических исследований); Результаты освоения дисциплины используются в профилирующих дисциплинах данной ООП: Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Современные проблемы биологии»: Общекультурные компетенции: способен самостоятельно приобретать с помощью информационных технологий и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности (ОК-6). Профессиональные компетенции: понимание современных проблемы биологии и использование фундаментальных биологических представлений в сфере профессиональной деятельности для постановки и решения новых задач (ПК-1); знание и использование основных теорий, концепции и принципов в избранной области деятельности, способность к системному мышлению (ПК-2). В результате освоения дисциплины учащийся должен: знать основные механизмы регуляции экспрессии генов в эухроматине; знать особенности культивирования клеток in vitro; иметь представление о роли пост-трансляционных модификаций гистонов; знать методы геномной идентификации человека; знать типы наследственных заболеваний человека (хромосомные болезни, генные дефекты, моногенные, олигогенные, мультифакторные (полигенные) болезни); иметь представление о принципах картирования и молекулярно-генетических механизмах некоторых редких моногенных заболеваний человека; иметь представление об основных результатах, полученных в результате реализации проекта «Геном человека» и использовании геномных данных в структурной, функциональной и эволюционной геномике человека; иметь представление об использовании ДНК-маркеров для изучения эволюции и популяционной истории человека. владеть методами оценки частоты генов и генотипов в популяциях человека. знать критерии выбора ДНК-маркеров для селекции и преимущества их использования по сравнению с традиционными методами; иметь представление о картировании генов и подходах к выделению их нуклеотидных последовательностей как базовых методов для разработки ДНК-маркеров; 3. Структура и содержание дисциплины «Современные проблемы биологии». Курс состоит из трех разделов: Механизмы реализации генетической информации (30 ч.). Генетика и геномика человека (20 ч.). Современные методы в селекции (12 ч.). Преподавание дисциплины предусматривает следующие формы организации учебного процесса: 62 ч. – лекции, 10 ч. - контроль, 72 ч. - самостоятельная работа студента, 30 ч. интерактивная форма-индивидуальные консультации. Программой дисциплины предусмотрены следующие виды контроля: текущий контроль осуществляется по посещению занятий, активности на лекции, ответам на контрольные вопросы. После каждого тематического раздела проводится дифференцированный зачет. Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетных единиц, 144 академических часа. № п/п Раздел дисциплины 1. Раздел 1. Механизмы реализации генетической информации Часть 1. Механизмы регуляции экспрессии генов. Эпигенетика 1.1 Уровни организации хроматина хроматина в регуляции 1.2 Роль активности генов, репрессия и сайленсинг. 1.3 Механизмы регуляции экспрессии генов в эухроматине 1.4 Короткие некодирующие РНК и регуляция экспрессии генов эукариот 1.5 Метилирование ДНК Часть 2. Гены в развитии. Прикладные аспекты С е м е с т р Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость Не (в часах) Формы текущего контроля де Л успеваемости ля а (по неделям семестра) К се Л б Са промежуточной он З Форма ме е о мо тр а аттестации ст (по семестрам) к р. ст. ра . ч ц и я р а бо т а ра бо та 30 40 10 16 2 2 2 2 2 4 2 4 2 20 4 24 ра бо та е т 4 дифзачет 1.6 Модельные объекты. Развитие дрозофилы. Овогенез и становление позиционной информации в яйце. 1.7 Гены развития. Классификация. Гомеобоксные гены 1.8 Ранее развитие мыши. Экспрессия генов в развитии мыши 1.9 Трансгенез животных и использование его для понимания генной регуляции 1.10 Культивирование клеток in vitro: генетические и эпигенетические нарушения. Гибридные стволовые клетки. 1.11 Эмбриональные стволовые клетки 1.12 Технология «нокаута» генов 1.13 Импринтинг млекопитающих. Инактивация Х-хромосом 1.14 Клонирование. Прямое репрограммирование генома. Перспективы использования в медицине. 1.15 Современные теории развития Раздел 2. Генетика и геномика человека 2.1 Геном человека. Физическое и генетическое картирование генома человека. Основные итоги проекта «Геном человека». Геномный полиморфизм человека. Структурная, функциональная и эволюционная геномика человека. 2.2 Нейтральный полиморфизм в популяциях человека. Современные данные о молекулярной генетике некоторых «нормальных» признаков человека. Индивидуальная изменчивость человека. Геномная идентификация (геномная дактилоскопия) применение в криминалистике, установлении родства, диагностике генетических заболеваний. 2.3 Популяционная генетика человека. Частоты генов и генотипов в популяциях человека. Закон ХардиВайнберга в применении к популяциям человека. Факторы, формирующие генетическую структуру популяций. Эффективный размер популяции. 2 2 2 4 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 4 2 20 2 20 6 6 4 4 4 4 3 дифзачет 2.4 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 Человеческие изоляты и большие популяции. Понятие генетической демографии. Инбридинг. Коэффициент инбридинга. Кровнородственные браки. Генетическая гетерогенность и подразделенность популяций. Человеческие расы. Использование ДНК-маркеров для оценки генетического разнообразия популяций человека. Генетические дистанции. Геногеография человека. Популяционная история человечества. Введение в эволюционную генетику человека. Антропогенез. Геномные данные и эволюция человека. Маркеры митохондриальной ДНК, Y-хромосомы, аутосомные маркеры и маркеры Ххромосомы в изучении эволюции и популяционной истории человека. Проект «Геном неандертальца» основные итоги.. Денисовский человек. Раздел 3. Современные методы в селекции. Генетические маркеры, ДНК-маркеры. Селекция с помощью ДНК-маркеров: общая схема и основные преимущества по сравнению с традиционными методами селекции. ДНК-маркеры: базовые методы анализа, классификация Критерии выбора ДНК-маркеров для селекции. Картирование маркеров и генов как основа для разработки маркеров к генам. Надёжность как основной критерий выбора ДНК-маркеров для селекции. Выделение нуклеотидной последовательности гена для разработки маркеров. Использование ДНК-маркеров в беккроссной и линейной селекции. Маркер-контролируемое создание генетических моделей для лабораторных исследований. Различные схемы в селекции с использованием ДНК-маркеров: создание пирамид генов; комбинированные подходы. Основы геномной селекции. Применение геномной селекции в 6 6 12 12 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 дифзачет животноводстве. Современные методы в селекции, основанные на хромосомной инженерии. Современные методы в селекции, основанные на генетической и клеточной инженерии. Итого 62 72 10 4. Тематический план Раздел 1. Механизмы реализации генетической информации Ч. 1. Механизмы регуляции экспрессии генов. Эпигенетика Общее представление об эпигенетике Введение. Примеры эпигенетических явлений. Хроматин – высоко организованная система хранения генетической и эпигенетической информации. История открытия эпигенетических механизмов. Открытие метилирования ДНК и методы его выявления. Новые открытия в области эпигенетики, связанные с разработкой методов тотального секвенирования ДНК, ДНК-чипов, тотального картирования белков, выяснения белокбелковых взаимодействий, новых методов микроскопических исследований. Представление о многоуровневой регуляции экспрессии генов эукариот. Модельные объекты эпигенетики. Уровни организации хроматина Структура нуклеосомы. Сборка нуклеосомы, гистоновые шапероны. Структура коровых гистонов. Участки взаимодействия между нуклеосомой и ДНК. Обработка хроматина микрококковой нуклеазой – метод картирования нуклеосом. Факторы, влияющие на стабильность взаимодействия между ДНК и нуклеосомой. Роль первичной структуры ДНК. Структура и функциональная роль гистоновых вариантов. Пост-трансляционные модификации гистонов: ацетилирование, метилирование, фосфорилирование, убиквитинирование, поли-АДФ-рибозилирование. Роль пост-трансляционных модификаций гистонов: изменение электростатического взаимодействия между гистонами. Роль посттрансляционных модификаций гистонов: модификаций гистонов как молекулярные метки. Модификации гистонов и теория “гистонового кода”. Наследование паттерна метилирования ДНК. Механизмы наследования гистонового кода. Сборка новых нуклеосом в репликационной вилке. Гипотеза полуконсервативности. Взаимодействие между молекулярными метками. Поздняя репликация в S-фазе – способ наследования герохроматинового состояния. Неэпигенетические метки на примере транскрипции. АТФзависимый ремоделинг (реорганизация) хроматина. Структура комплексов ремоделинга. Классификация АТФаз, входящих в состав комплексов ремоделинга. Уровни организации хроматина. Ядерный матрикс, MAR. Инсуляторы. Роль хроматина в регуляции активности генов, репрессия и сайленсинг Временные локальные изменения хроматина в окрестностях промотора в регуляции транскрипции на примере генов, участвующих в репликации. Белки E2F и Rb, роль модификаторов гистонов и комплексов ремоделинга. Эпигенетическая репрессия-активация на примере регуляции генов раннего развития, обеспечиваемой белковыми комплексами Polycomb и Tritorax. Сайленсинг – эпигенетическая репрессия протяженных фрагментов хромосом (Формирование гетерохроматина). Эффект положения гена – инструмент для выявления и изучения гетерохроматиновых районов. Экспериментальные модели для исследования МЭП (хромосомные эу-гетерохроматиновые перестройки дрозофилы, встройка репортерных генов в хромосомы дрожжей). Механизмы инициации сборки гетерохроматина. Роль белков, роль некодирующих РНК. Распространение по хромосоме (спрединг) гетерохроматинового состояния. Каскадное взаимодействие белков и модификаций гистонов при формировании гетерохроматина у S. сerevisiae и у высших эукариот. Организация хроматина гетерохроматиновых районов на примере S. сerevisiae. Классификация гетерохроматиновых районов. Факультативный гетерохроматин – протяженные районы, содержащие гены в состоянии сайленсинга. Примеры районов факультативного гетерохроматина. Конститутивный гетерохроматин – генетически инертные, постоянно молчащие районы хромосом. Свойства конститутивного гетерохроматина. Распределение конститутивного гетерохроматина в хромосомах. Роль прицентромерного гетерохроматина в поддержании функции центромеры. Теломерный гетерохроматин и защита концов хромосом от слияния. Роль упаковки повторенной ДНК в гетерохроматиновые белки – защита от рекомбинации. Роль гетерохроматина в организации интерфазного ядра. Особенности ДНК конститутивного гетерохроматина. Повторенные последовательности, гены гетерохроматина. Современные поправки в исторически сложившиеся представления о гетерохроматине. Механизмы регуляции экспрессии генов. Варианты паттернов экспрессии генов. Неоднородность эухроматина по способности влиять на экспрессию репортерного гена. Факторы, определяющие свойства хроматинового домена. Механизмы усиления экспрессии, связанные с изменениями структуры хроматина. Петлевая организация ДНК, роль MAR, инсуляторов и энхансеров. Районы «открытого» и «закрытого» хроматина на примере локусов генов альфа-глобинов и бета-глобинов человека. Организация бета-глобинового кластера. Роль LCR в регуляции. Организация альфаглобинового кластера. Сравнение регуляции экспрессии генов альфа- и бета-глобинов. Сложные регуляторные элементы, включающие энхансеры, инсуляторы и сайленсеры на примере регуляторной зоны BX-C комплекса дрозофилы. Короткие некодирующие РНК и регуляция экспрессии генов эукариот Типы малых регуляторных РНК у эукариот. Основные активности малых регуляторных РНК. РНК-интерференция – принцип, основные свойства и механизмы. Свойства РНКинтерференции и их возможные объяснения. Индукторы РНК-интерференции. Способы доставки siРНК в клетки эукариот. РНК-интерференция: способы индукции in vivo. Общая схема РНК-интерференции. Гены, участвующие в РНК-интерференции у C.elegans. Ингибирование трансляции с участием малых РНК. Компоненты комплексов RITS и RDRC. Белки Ago (argonaute): организация и роль на различных этапах РНК-интерференции. Гены микроРНК: строение, распределение, особенности. МикроРНК: взаимодействие с мишенями. Роль генов let-4 и let-7 у C.elegans. Процессинг и экспрессия микроРНК, особенности у растений и животных. Принципы дизайна малых интерферирующих РНК. Способы выявления малых интерферирующих РНК. Транскрипционный сайленсинг с участием малых РНК у S.pombe. Разнообразие эффектов малых регуляторных РНК в регуляции экспрессии генов. Метилирование ДНК Метилирование ДНК: ферментативный аппарат, другие факторы. Метилирование ДНК: специфичность, особенности распределения в геноме. CPG островки и их свойства. Методы исследования метилирования ДНК. Прямое и опосредованное воздействие метилирования на транскрипцию. Связь метилирования ДНК с канцерогенезом и возможная связь со старением. Наследование паттернов метилирования ДНК Ч. 2. Гены в развитии. Прикладные аспекты Развитие дрозофилы. Овогенез и становление позиционной информации в яйце. Оплодотворение. Характеристика стадий развития: ранний и поздний эмбриогенез, личиночные стадии развития, куколочная стадия развития, имаго. Тотипотентность яйца и детерминация клеточной бластодермы. Феномен митотической регионализации бластодермы. Гинандроморфы и мозаики как инструмент изучения детерминации. Имагинальные диски и феномен компартментализации. Трансдетерминация. Гены развития. Классификация генов развития: гены материнского эффекта, гены сегментации и гомеозисные гены. Роль материнских генов в становлении передне-задней и дорзально-вентральной осей эмбриона и позиционной информации. Значение экспрессии генов сегментации группы “gap” в прочтении позиционной информации, созданной материнскими генами. Молекулярная сегментация синтициальной бластодермы под контролем генов сегментации группы pair-rule. Парасегменты и становление их границ под контролем генов wingless, engrailed, fushi-tarazu и др. Гомеозисные гены комплексов ANT-C и BX-C, их структура и организация. Иерархическая регуляция и взаимодействие генов комплексов ANT-C и BX-C; анализ компаундов и трансгенных мух. Эволюционный консерватизм гомеозисных генов и кластерной их организации. Роль гомеозисных генов в становлении осевых координат в развитии млекопитающих. Ранее развитие мыши и экспрессия генов в развитии мыши. Ранее развитие мыши как пример регуляционного типа развития. Организация яйца и оплодотворение. Деления-дробления, первые признаки эмбриональной дифференцировки – компактизация и кавитация. Формирование бластоцисты и первичных экто – и энтодермы и трофэктодермы. Обособление клеток внутренней массы и выделение зачатка первичных половых клеток. Имплантация, гаструляция и образование мезодермы. Тотипотентность в раннем развитии, формирование химер. Асинхронность дифференцировки и обратимость утраты плюрипотенции. Асинхронность утраты потенций в развитии млекопитающих, стволовые клетки тканей взрослого животного как источник регенерации. Геномное деметилирование ДНК в мужском и женском пронуклеусах, активное и пассивное деметилирование, метилирование de novo. Активность генома в первых делениях дробления до стадии бластоцисты. «Пучковая» (координированная) активация генов. Микрочиповая технология оценки активности эмбрионального генома на разных стадиях развития. Транс-мембранные сигнальные системы регуляции в развитии млекопитающих. Эволюционный консерватизм этих систем на примере млекопитающих и дрозофилы. Дифференциальная активность генов. Трансгенез животных. Эмбриональные стволовые клетки. Технологии манипулирования с генами, хромосомами и эмбрионами. Методы получения трансгенных животных с помощью микроинъекций рекомбинантных ДНК в пронуклеус зигот. Механизмы интеграции чужеродной ДНК, идентификация трансгенных животных, трансген как облигатный компонент генома трансгенных животных, особенности наследования трансгенов при интеграции их на одно-, двух- и четырех клеточной стадиях развития, мозаичность трансгенных животных. Копийность трансгенов и «эффект положения», эктопическая и мозаичная экспрессии трансгенов. Инсерционный мутагенез (интеграция трансгена) и его последствия. Техника поиска функциональных сайтов в промоторах с использованием генов репортеров. Особенности трансгенеза у дрозофилы с использованием Р-элементов. Микроинъкции рекомбинантных ДНК в полярную зону ранних эмбрионов дрозофилы. Организация Рэлементов и использование их концевых повторов в конструировании векторов. Идентификация трансгенных мух. Технология трансгенеза в исследованиях проблем развития. Технология получения эмбриональных стволовых (ЭС) клеток из клеток внутренней массы бластоцист млекопитающих, их культивирование и оценка их плюрипотентности и тотипотентности. Комбинирование ЭС клеток с эмбрионами и получение химерных животных и потомства с генотипом ЭС клеток. ЭС клетки как вектор для создания трансгенных животных. Технология «генной мишени» и «нокаута генов». Технология «генной мишени» и «нокаута генов». Гомологичная рекомбинация между экзогенной ДНК (рекомбинантной) и гомологичным сайтом в хромосоме, способы выявления направленной инсерции трансгена в ген-мишень при трансформации ЭС клеток с помощью электропорации. Введение трансформированных ЭС клеток в полость бластоцисты для генерирования химерных мышей с дальнейшим получением от них потомства с «нокаутными» генами, оценка функции гена в развитии через получение направленных мутаций («нокаута») в гене-мишене. Создание линий мышей с желаемыми хромосомными перестройками (делециями, транслокациями, дупликациями) с использованием технологи Cre-LoxP-site. Направленное ввведение сайтов для рекомбиназы фагов в геном ЭС клеток посредством гомологичной рекомбинации и дальнейшей их транзиторной трансформации плазмидой с прокариотической рекомбиназой. Генетический импринтинг млекопитающих. Гаметический, хромосомный и генный импринтинг у млекопитающих. Развитие гиногенетических и андрогенетических эмбрионов, роль материнского и отцовского геномов в контроле развития различных частей эмбриона: Гаметический импринтинг у разных видов млекопитающих и человека. Хромосомный импринтинг в экспериментах с нули- и дисомными генопами по аутосомам. Фенотипическое проявление мутаций в зависимости от материнского и отцовского наследования. Молекулярные механизмы импринтинга, понятие о центрах импринтинга, роль метилирования ДНК в этом явлении. Наследственные заболевания человека, связанные с мутациями, нарушающими импринтинг. Инактивация Х-хромосом. Инактивация Х-хромосомы млекопитающих как пример дифференциальной активности генома на хромосомном уровне. Организация Х-хромосомы млекопитающих, ее эволюционный консерватизм у планцентарных и особенности организации у сумчатых и однопроходных. Компенсация дозы гена и инактивация одной из Х-хромосом как механизм реализации компенсации. Организация район гомологичного спаривания с У-хромосомой (псевдоаутосомный). Время инактивации материнской и отцовской Х-хромосом в доимплантационных эмбрионах, асинхронность инактивации в трофэктодерме и внутренней клеточной массе. Случайная инактвация родительских Х-хромосом и предпочтительная инактивация отцовской Х-хромомосомы. Стабильность инактивации в развитии и взаимоотношения между двумя клеточными популяциями с активными разными родительскими Х-хромосомами. Генетические данные о центре инактивации, роль его аллелей в отклонении от случайной инактивации. Молекулярные механизмы инактивации Х-хромосом, роль Xist и Tsx локусов в контроле инактивации. Метилирование ДНК как ведущий фактор в поддержании неактивного состояния Х-хромосомы. Клонирование животных. Клонирование животных с помощью трансплантации ядер диффренцированных клеток в энуклеированные ооциты. Развитие реконструированных ооцитов, выход клонированных животных и причины их гибели из-за несовершенства репограммирования. Клонированные животные не есть совершенные копии, вследствии неполного репрограммирования. Зависимость репрограммирования от уровня диффренцировки соматических клеток – доноров ядер. Клонированные животные и ЭС клетки как источники получения необходимых для нужд медицины специализированных клеток: нейроглии, миокардимиоцитов и др. Перспективы управляемой дифференцировки in vitro. Репрограммирование генома дифференцированных клеток. Управляемая in vitro диффренцировка и репрограммирование ЭС клеток и клонирование животных. Ростовые и транскрипционные факторы регулирующие направление дифференцировки эмбриональных клеток. Использование потенциала ЭС клеток для репрограммирования генома дифференцированных клеток, техника получения гибридных клеток между ЭС клетками и диффренцированными клетками взрослого животного. Мозаичное репрограммирование, восстановление теломеразной активности, реактивация и сайленсинг генов. Современные теории развития. Раздел 2. Генетика и геномика человека Особенности человека как объекта исследований. Классические методы генетики человека (генеалогический, близнецовый, цитогенетический, биохимический, популяционный). Общие типы наследования признаков человека (доминантное, рецессивное, сцепленное с полом, митохондриальное наследование). Медицинская генетика. Классификация и распространенность наследственных заболеваний в человеческих популяциях. Хромосомные болезни: геномные мутации, аутосомные анеуплоидии, анеуплоидии по половым хромосомам, хромосомные перестройки. Синдромы «хрупких» хромосом. Структура половых хромосом, генетика пола человека. Генные дефекты: моногенные, олигогенные, мультифакторные (полигенные) заболевания. Картирование моногенных заболеваний. Позиционное картирование. Молекулярногенетические основы некоторых редких наследственных заболеваний: фенилкетонурия, альбинизм, муковисцидоз, глухота. Болезни экспансии тринуклеотидных повторов (CAG антиципация). Митохондриальные заболевания. Прионные болезни. Скрининг наследственных заболеваний, пренатальная диагностика и этические проблемы. Применение новейших методов секвенирования ДНК (NGS, next generation sequencing) для диагностики наследственных заболеваний. Перспективы лечения наследственных болезней. Геном человека. Физическое и генетическое картирование генома человека. Проект «Геном человека» (“Human genome”) – основные итоги. Геномный полиморфизм человека. Понятие о структурной, функциональной и эволюционной геномике человека. Нейтральный полиморфизм в популяциях человека. Современные данные о молекулярной генетике некоторых «нормальных» признаков человека. Индивидуальная изменчивость человека. Геномная идентификация (геномная дактилоскопия) - применение в криминалистике, установлении родства, диагностике генетических заболеваний. Популяционная генетика человека. Закон Харди-Вайнберга в применении к популяциям человека. Факторы, формирующие генетическую структуру популяций: мутации, генетический дрейф (эффект основателя, эффект «бутылочного горлышка»), изоляция, миграции, отбор. Эффективный размер популяции. Человеческие изоляты и большие популяции. Понятие генетической демографии. Инбридинг. Коэффициент инбридинга. Кровнородственные браки. Генетическая гетерогенность и подразделенность популяций. Человеческие расы. Использование ДНК-маркеров для оценки генетического разнообразия популяций человека. Генетические дистанции. Геногеография человека. Популяционная история человечества. Введение в эволюционную генетику человека. Антропогенез. Геномные данные и эволюция человека. Маркеры митохондриальной ДНК, Y-хромосомы, аутосомные маркеры и маркеры Х-хромосомы в изучении эволюции и популяционной истории человека. Проект «Геном неандертальца» - основные итоги. Денисовский человек. Раздел 3. Современные методы в селекции. Генетические маркеры, ДНК-маркеры. Селекция с помощью ДНК-маркеров: общая схема и основные преимущества по сравнению с традиционными методами селекции. ДНК-маркеры: базовые методы анализа, классификация, Критерии выбора ДНК-маркеров для селекции. Картирование маркеров и генов как основа для разработки маркеров к генам. Надёжность как основной критерий выбора ДНК-маркеров для селекции. Выделение нуклеотидной последовательности гена как основа для разработки маркеров к генам. Использование ДНК-маркеров в беккроссной и линейной селекции. Маркер-контролируемое создание генетических моделей для лабораторных исследований. Различные схемы в селекции с использованием ДНК-маркеров: создание пирамид генов; комбинированные подходы. Основы геномной селекции. Применение геномной селекции в животноводстве. Современные методы в селекции, основанные на хромосомной инженерии. Современные методы в селекции, основанные на генетической и клеточной инженерии. 5. Образовательные технологии Используется система лекций с интерактивным обучением методами диалога и работой в малой группе. 6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины. 6.1. Контрольные вопросы Расскажите о методах выявления метилированных участков ДНК. Какие выдающиеся открытия были сделаны с помощью методов тотального секвенирования ДНК? Уровни регуляции экспрессии эукариотических генов. Как происходит сборка нуклеосомы? Что входит в ее состав? Каковы ее размеры? Расскажите о методах картирования нуклеосом. Какие пост-трансляционные модификации гистонов вы знаете? Какова их роль в регуляции транскрипции? Как наследуются паттерны метилирования ДНК? Структура комплексов ремоделинга. Какие изменения хроматина характерны для промоторных районов активно транскрибирующихся генов? Расскажите механизмы эпигенетической репрессии генов. Что такое эффект положения? Как он проявляется? Расскажите классификацию гетерохроматиновых районов. Расскажите о роли гетерохроматина в организации интерфазного ядра. Расскажите о роли инсуляторов и энхансеров в регуляции экспрессии генов. Чем отличается регуляция генов в альфа- и бета-глобиновом кластерах? Чем отличается состав «открытого» и «закрытого» хроматина? Какие виды регуляторных РНК есть у эукариот? Расскажите о механизмах РНК-интерференции. Чем ее можно индуцировать? Как происходит ингибирование трансляции с участием малых РНК? Расскажите об особенностях процессинга и экспрессии микроРНК у растений и животных. Гемопоэтические стволовые клетки. Применение в медицине. Мышечные стволовые клетки. Применение в медицине. Мезенхимальные стволовые клетки. Выделение, характеристики, перспективы использования в медицине. Нейральные стволовые клетки. Эпителиальные стволовые клетки. Эмбриональные стволовые клетки человека. Получение и характеристики. Особенности культивирования. Эмбриональные стволовые клетки человека. Перспективы использования в медицине. Дифференцировка эмбриональных стволовых клеток in vitro. Применение в клинике. ЭС клеток in vivo: тератомы и химеры. Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки. Методы получения индуцированных плюрипотентных стволовых клеток. Культивирование клеток in vitro: генетические и эпигенетические нарушения. Получение трансгенных мышей, knock-out мыши, knock-in мыши, Cre-LoxP рекомбинация. Применение трансгенеза для лечения заболеваний человека. Перенос соматического ядра в энуклеированную яйцеклетку («клонирование»). Гибридные стволовые клетки. Прямое репрограммирование генома. Перспективы использования в медицине. Опухолевые стволовые клетки. Какое генетическое влияние оказывают на популяцию миграции населения? Основное назначение близнецового метода в генетике? Чем определяется половая принадлежность человека? Какова роль гена SRY? Что такое «геномный импринтинг»? Как возникает однородительская дисомия? Чем отличается наследование митохондриальных признаков от ядерных? Механизмы генных мутаций. Дать общую характеристику моногенных, олигогенных и полигенных заболеваний Какие генетические маркеры используются для геномной идентификации личности? Привести примеры нейтрального полиморфизма в популяциях человека Методы оценки генетической гетерогенности популяций человека Классификации ДНК-маркеров. Отбор с помощью ДНК-маркеров (ОПМ). Сравнительный анализ ОПМ и методов традиционной селекции: преимущества. Критерии выбора ДНК-маркеров для селекции. Внутригенные маркеры и основные методы выделения нуклеотидных последовательностей целевых генов. Использование ДНК-маркеров в беккроссной и линейной селекции. Создание пирамид генов и комбинированные подходы. 7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины а) основная литература: Алтухов Ю.П. Генетические процессы в популяциях. Изд-во М.: Наука, 2003. Баттулин Н.Р., Фишман В.С., Орлов Ю.Л., Мензоров А.Г., Афонников Д.А., Серов О.Л. 3С-методы в исследованиях пространственной организации генома // ВЖГиС, 2013, Т. 16, № 4/2, С. 872 – 878. Баттулин Н.Р. Генетика развития // ВЖГиС, 2014, Т. 18, № 1, С. 103 – 111. Биология стволовых клеток и клеточные технологии. В 2-х томах / Под. Ред. М.А. Пальцева. – М.: ОАО «Издательство «Медицина», издательство «Шико», 2009. Спейчер М. Р., Антонаракис С. Е., Мотулски А. Г. Генетика человека по Фогелю и Мотулски. Проблемы и подходы. ООО "Издательство Н-Л", 2014. 1056с. Дориан Дж. Притчард, Брюс Р. Корф. Наглядная медицинская генетика (Medical Genetics at a Glance). Изд-ство: ГЭОТАР-Медиа, 2009г. 200 стр. (на русс. языке) Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика. Новосибирск, Сибирское университетское издательство, 2003. Иванов В.И., Барышникова Н.В., Билева Дж.С и др. Генетика. Изд-во: Академкнига, 2006г., 640 стр. Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки. С.П. Медведев, А.И. Шевченко, Т.Г. Сухих, С.М. Закиян. – Новосибирск: Издательство СО РАН, 2011. Коряков Д.Е., Жимулев И.Ф. Хромосомы. Структура и функции. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2009 г., 258 c. Медицинская генетика: Учебник / Под ред. Бочкова Н.П. Изд-ство: М.: Мастерство; Высшая школа, 2001. 192 с. Мензоров А.Г. Эмбриональные стволовые клетки мыши и человека // ВЖГиС, 2013, Т. 17, № 2, С. 234 – 245. Мензоров А.Г. Получение нейронов для клеточной терапии // ВЖГиС, 2014, Т. 18, № 4/3, С. 1042 – 1050. Разин С.В., Быстрицкий А. А. Хроматин: упакованный геном. «Бином. Лаборатория знаний». 2009. С. 172. б) дополнительная литература: Посух О.Л. Слайды и программа спецкурса лекций «Генетика человека» (pdf-версия) Speicher M., S.E.Antonarakis, A.G.Motulsky (Eds.) Vogel and Motulsky's Human Genetics. Problems and Approaches 4th ed., 2010, 981 p (на англ. языке). Бочков Н.П. Клиническая генетика. ГЭОТАР-Медиа. 2011г. 592с. Allis D., T. Jenuwein, D. Reinberg, M.-L. Caparros. Epigenetics. Cold Spring Harbor Laboratory Press. 2007. 502 pp. Gaur R. K., J. J. Rossi (Eds) Regulation of Gene Expression by Small RNAs. CRC Press; 2009. 440 pp. Walter N., S. A. Woodson, R.T. Batey (Eds) Non-Protein Coding RNAs (Springer Series in Biophysics) Springer; 2008. 398 pp. б) программное обеспечение и Интернет-ресурсы: Методическое пособие, материал для спецкурса "Стволовые клетки". www.nsu.ru/xmlui/bitstream/nsu/543/1/CellTechnologies.pdf ▪ База данных: Online Mendelian Inheritance in Man (OMIM) http://www.ncbi.nlm.nih.gov/omim Internet-ресурсы по геному человека: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome/guide/human/index.shtml Скачать: http://www.bionet.nsc.ru/nauka/konferenczii/konferencziya-vogis-2013-goda/videolekczij.html («Молекулярные маркеры в генетических исследованиях и в селекции») или смотреть online: http://vimeo.com/channels/bionet/84562832 Читать: http://www.bionet.nsc.ru/vogis/download/17-4/2/21Khlestkina.pdf скачать: http://www.bionet.nsc.ru/asp/?page_id=86 («Молекулярные методы анализа») или смотреть online: http://phiziologiya.girivoy-sport.ru/?video=14153 Читать: http://www.bionet.nsc.ru/vogis/pict_pdf/2011/15_4/16.pdf 8. Материально-техническое обеспечение дисциплины 1. Ноутбук, медиа-проектор, экран. 2. Программное обеспечение для демонстрации слайд-презентаций. Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВО с учетом рекомендаций и Примерной ООП ВПО по направлению 020400.68 «Биология». Авторы: Колесникова Татьяна Дмитриевна канд. биол. наук, доцент КЦГ ФЕН НГУ, с.н.с. ИМКБ СО РАН Серов Олег Леонидович, д.б.н., профессор КЦГ НГУ зав.лабораторией ИЦиГ СО РАН Мензоров Алексей Гавриилович, канд. биол. наук, ассистент КЦГ ФЕН НГУ, н.с. ИЦиГ СО РАН Баттулин Нариман Рашитович, канд. биол. наук, ассистент КЦГ ФЕН НГУ, н.с. ИЦиГ СО РАН Посух Ольга Леонидовна, канд. биол. наук, ст. преп. КЦГ ФЕН, с.н.с. ИЦиГ СО РАН Хлесткина Елена Константиновна, д.б.н., ассистент каф. цитологии и генетики НГУ, зав.сектором. ИЦиГ СО РАН Программа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры цитологии и генетики ФЕН от « 29_» августа 2014 года, протокол № _4___ Секретарь кафедры к.б.н. ______________________ А.Д. Брошков