МИНОБРНАУКИ РОССИИ

МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Новосибирский национальный исследовательский государственный университет»
(Новосибирский государственный университет, НГУ)
Факультет Естественных Наук
«УТВЕРЖДАЮ»
Декан факультета естественных наук
проф. В.А.Резников
_______________________
«_____»__________________2012___ г.
Программа по курсу дисциплины
«МАТЕРИАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ
НАСЛЕДСТВЕННОСТИ»
Направление
Биология 020201.65
Квалификация
Специалист
Новосибирск 2012
1. ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ
1.1. Название курса: Материальные основы наследственности
Курс реализуется в рамках специальности 020201 «Биология»,
Общепрофессиональная дисциплина, дисциплина по выбору (ОПД.В.3).
специалитет.
1.2. Цели и задачи курса:
Дисциплина «Материальные основы наследственности» предназначена для студентов
3-го курса,6 семестр, Факультета естественных наук.
Курс знакомит студентов с современными представлениями о различных уровнях
организации геномов и их функционировании.
Для достижения поставленной цели выделяются задачи курса:
1. Изложение современных данных о природе генетического материала, структуре
генома и генов, функционировании генов.
2. Ознакомление с современными методами генетических исследований — классических
и молекулярно-биологических.
1.3. Требования к уровню освоения содержания курса Материальные основы
наследственности.
По завершении изучения курса Генетики студент должен:

знать современные данные о строении и функционировании хромосом: различные
степени укладки ДНК-белковой нити, нуклеосомы и их модификации, гистоновый код,

знать различные типы интерфазных и митотических хромосом, что такое кариотипы и
идиограммы,

знать, что такое гетерохроматин, эффект положения гена и диминуция хроматина.

знать роли хромосом в генетическом определении и контроле развития пола.

иметь представление о роли хромосом в генетическом определении и контроле
развития пола.
1.4. Формы контроля
Итоговый контроль за результатами усвоения курса осуществляется через дифзачет.
Текущий контороль осуществляется по контрольным вопросам перед каждой лекцией.
2. Содержание дисциплины
2.1. Новизна курса
Курс представляет собой изложение современных представлений о структуре и
функционировании хромосомы, представленных в недавно вышедшей монографии Д.Е.
Корякова и И. Ф. Жимулева «Хромосомы. Структура и функции», в 2009. Курс рассчитан
на предварительное знание студентами основ генетики и молекулярной биологии.
2.2. Тематический план курса (распределение часов)
Количество часов
Наименование разделов и тем
Лекции
1.1 История открытия хромосом и их многообразие.
2
Самостоятельная
работа
2
1.2 Хромосомы вирусов и бактерий
2
2
Контроль
1.3 Хромосомы пластид и митохондрий
1.4 Митотические хромосомы
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
1.10
1.11
1.12
1.13
1.14
Гетерохроматин.
Хромосомы при созревании гамет
Политенные хромосомы. Интерфазное ядро
Нуклеосомная организация хромосом
Эпигенетика
Половые хромосомы. Как половые хромосомы
определяют пол
Дозовая компенсация
Хромосомы в жизненном и клеточном циклах
эукариот
Диминуция хроматина и хромосом
Центромера. Теломера
2
2
2
2
1
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
3
3
1
2
2
2
2
1
2
2
28
3
3
32
зачет
1
2.3. Структура курса
ЧАСТЬ 1. Хранение генетической информации
Глава 1. История открытия хромосом и их многообразие
1.1 Открытие хромосом и их связь с наследственностью
1.2 Многообразие хромосом
Глава 2. Хромосомы вирусов и бактерий
2.1. Хромосомы вирусов
2.2. Вироиды
2.3. Хромосомы бактерий
Глава 3. Хромосомы пластид и митохондрий
3.1 Неядерное наследование
3.2 Хромосомы пластид
3.3 Хромосомы митохондрий
3.4 Хромосомы митохондрий человека
3.5 Взаимодействие между хромосомами ядра, пластид и митохондрий
Глава 4. Митотические хромосомы
4.1 Число и морфология хромосом
4.2 Дифференциальные окраски
4.3 Состав ДНК разных полос. Изохоры
4.4 Исследование хромосом с помощью FISH
4.5 Хромосомные перестройки
4.6 Синтения
4.7 A- и B-хромосомы
Глава 5. Гетерохроматин
5.1 Отличия эу- и гетерохроматина
5.2 Время репликации гетерохроматина
5.3 Состав ДНК гетерохроматина
5.4 Гены в гетерохроматине
5.5 Гетерохроматин и рекомбинация
Глава 6. Хромосомы при созревании гамет
6.1 Хромосомы типа “ламповых щеток”
6.2 Y-хромосома в сперматоцитах первого порядка самцов дрозофил
Глава 7. Политенные хромосомы
7.1 Условия возникновения политении и ее распространение в природе
7.2 Хромомерная организация политенных хромосом
7.3 Пуфы в политенных хромосомах
7.4 Гетерохроматин в политенных хромосомах
7.5 Политенные хромосомы в генетических исследованиях
1
1
6
Глава 8. Интерфазное ядро
8.1 Ядерный матрикс
8.2 Ядрышко
8.3 Положение хромосом в интерфазном ядре
ЧАСТЬ 2. Реализация генетической информации
Глава 9. Нуклеосомная организация хромосом
9.1 Уровни упаковки ДНК в хромосомах
9.2 Структура нуклеосомы
9.3 Ковалентные модификации гистонов и ДНК
9.4 АТФ-зависимое ремоделирование хроматина
9.5 Теория гистонового кода
Глава 10. Эпигенетика
10.1 Что такое эпигенетика
10.2 Эпигенетика в онтогенезе
10.3 “Генетическое молчание” (silencing)
10.4 Эффект положения гена
10.5 Модификаторы эффекта положения гена
Глава 11. Молекулярные механизмы эпигенетических и неэпигенетических
процессов
11.1 Гетерохроматин в хромосомах дрозофилы и млекопитающих
11.2 “Гетерохроматин” в хромосомах дрожжей
11.3 PC- и TRX-зависимая регуляция активности генов
11.4 Транскрипция
ЧАСТЬ 3. Передача генетической информации
Глава 12. Половые хромосомы
12.1 Аутосомы и половые хромосомы
12.2 Происхождение и эволюция половых хромосом
12.3 Половые хромосомы у Drosophila miranda
12.4 Y-хромосома человека
Глава 13. Как половые хромосомы определяют пол
13.1 Drosophila melanogaster
13.2 Caenorhabditis elegans
13.3 Млекопитающие
13.4 Птицы и насекомые с половыми хромосомами ZW
13.5 Растения
Глава 14. Дозовая компенсация
14.1 Млекопитающие
14.2 Drosophila melanogaster
14.3 Caenorhabditis elegans
Глава 15. Хромосомы в жизненном и клеточном циклах эукариот
15.1 Хромосомы в жизненном цикле
15.2 Митоз и клеточный цикл
15.3 Мейоз
15.4 Кроссинговер и сестринский хроматидный обмен
15.5 Сцепление хроматид в митозе и мейозе
15.6 Синаптонемный комплекс
15.7 Половые хромосомы в мейозе
Глава 16. Диминуция хроматина и хромосом
16.1 C-парадокс
16.2 Диминуция у аскарид
16.3 Диминуция у инфузорий
16.4 Диминуция у циклопов
16.5 Диминуция у двукрылых насекомых
16.6 Элиминация хромосом и определение пола у насекомых
Глава 17. Центромера
17.1 Роль центромер
17.2 Последовательность ДНК центромер
17.3 Неоцентромеры
17.4 Центромера как эпигенетическая структура. Кинетохор
Глава 18. Теломера
18.1 “Проблема концевой репликации” и состав ДНК теломер
18.2 Пространственная структура теломер
18.3 Теломераза и другие белки теломер
18.4 Теломеразо-независимые теломеры
18.5 Теломеры дрозофилы
18.6 Теломеры, старение и рак
2.4. Перечень примерных контрольных вопросов
 Структура нуклеосомы
 Какие ковалентные модификации гистонов и ДНК вы знаете?
 Функция центромеры
 Структура и функция теломеры.
 Теломеры дрозофилы.
 Что такое А и В хромосомы?
 Что такое ремоделинг?
 Что такое диминуция?
 Что делают когезины?
 Что такое эпигенетика?
2.5. Перечень вопросов к зачету
1. Хромосомы вирусов. Вироиды
2. Хромосомы бактерий
3. Хромосомы пластид
4. Хромосомы митохондрий
5. Число и морфология хромосом. Дифференциальные окраски
6. Состав ДНК разных полос. Изохоры.
7. Исследование хромосом с помощью FISH
8. Хромосомные перестройки. Синтения
9. Гетерохроматин. Время репликации гетерохроматина. Состав ДНК
гетерохроматина. Гетерохроматин и рекомбинация
10. Хромосомы при созревании гамет
11. Политенные хромосомы. Условия возникновения политении и ее распространение
в природе
12. Хромомерная организация политенных хромосом. Пуфы. Гетерохроматин в
политенных хромосомах.
13. Ядерный матрикс
14. Ядрышко
15. Положение хромосом в интерфазном ядре
16. Уровни упаковки ДНК в хромосомах
17. Структура нуклеосомы
18. Ковалентные модификации гистонов и ДНК. АТФ-зависимое ремоделирование
хроматина. Теория гистонового кода
19. Что такое эпигенетика. Эпигенетика в онтогенезе
20. Эффект положения гена. Модификаторы эффекта положения гена
21. Аутосомы и половые хромосомы. Происхождение и эволюция половых хромосом
22. Y-хромосома человека
23. Как хромосомы определяют пол у Drosophila melanogaster?
24. Как хромосомы определяют пол Caenorhabditis elegans?
25. Как хромосомы определяют пол у млекопитающих?
26. Птицы и насекомые с половыми хромосомами ZW
27. Дозовая компенсация
28. Хромосомы в жизненном цикле
29. Митоз и клеточный цикл
30. Мейоз. Кроссинговер и сестринский хроматидный обмен
31. Сцепление хроматид в митозе и мейозе. Синаптонемный комплекс
32. Половые хромосомы в мейозе
33. Диминуция хроматина и хромосом
34. Роль центромер. Последовательность ДНК центромер
35. Неоцентромеры. Центромера как эпигенетическая структура. Кинетохор.
36. Теломера. “Проблема концевой репликации” и состав ДНК теломер.
37. Пространственная структура теломер. Теломераза и другие белки теломер
38. Теломеры, старение и рак
3.4. Список основной и дополнительной литературы
1. Жимулев И.Ф., Коряков Д.Е. Хромосомы. Структура и функции. Новосибирск:
Изд-во СО РАН. 2009. 258 с.
2. Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика. – Новосибирск, Сибирское
университетское издательство, 2003.
3. Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика pdf-версия учебника – url:
http://www.nsu.ru/education/biology/genetics/
4. Колесникова Т.Д., Коряков Д.Е. Материальные основы наследственности,
Интернет-курс, 2007:
http://fen.nsu.ru/fen.phtml?group=posob&topic=nasled
5. Карпов В. Л., ДНК, хроматин, гистоновый код
http://vivovoco.rsl.ru/VV/JOURNAL/VRAN/DNA/DNA.HTM#scnd
Дополнительная литература
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
Жданова Н.С. Нить Ариадны в генетике // Природа №6, 2007 г.
Бородин П.М., Д'Андрейа П.С., Баррейро Гомес С.К. Естественная история зверя пунаре в 8 1/2
главах// Природа №2, 2005 г.
Попадьин К.Ю., Мамирова Л.А. История одинокой хромосомы // Природа №9, 2004 г.
Гвоздев В.А.. Регуляция активности генов, обусловленная химической модификацией
(метилированием) ДНК. Родительский геномный импринтинг // Nature.web.ru
Бородин П.М.,. Поляков А.В Обыкновенная бурозубка: Хромосомный портрет на фоне
ледников// Nature.web.ru
Рубцов Н.Б. Структурно-функциональная организация хроматина млекопитающих и
современные методы ее исследования// www.bionet.nsc.ru
Карпов В. Л., ДНК, хроматин, гистоновый код// Вестник Российской Академии Наук том 73, № 6,
с. 496-513 (2003)
Разин С.В.Пространственная организация ДНК// Природа №5, 2007 г.
Рубцов Н.Б. Хромосома человека в четырех измерениях// Природа No.8, 2007 г.
Даниленко Н.Г., О.Г.Давыденко. Миры геномов органелл. Минск, Технология, 2003.
Epigenetics. 2007 Editid by C. David Allis, Thomas Jenuwein, Danny Reinberg Cold Spring Harbor
Laboratory Press, Cold Spring Harbor, Ney York
Telomeres. Second Edition. 2006 Editid by Titia de Lange, Elizabeth Blackburn Cold Spring Harbor
Laboratory Press, Cold Spring Harbor, Ney York
Cremer T., Cremer C. Rise, fall and resurrection of chromosome territories: a historical perspective Part I.
The rise of chromosome territories// European Journal of Histochemistry. 2006. 50: 161-176
Cremer T. Von der Zellenlehre zur Chromosomentheorie Naturwissenschaftliche Erkenntnis und
Theorienwechsel in der frühen Zell und Vererbungsforschung// Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1985
15. Sherratt D.J Bacterial Chromosome Dynamics// Science. 2003. 301: 780-785.
16. Wang X, Possoz C., Sherratt D.J. Dancing around the divisome: asymmetric chromosome segregation in
Escherichia coli// Genes & Dev. 2005. 19: 2367-2377.
17. Thanbichler M, Viollier PH, Shapiro L. The structure and function of the bacterial chromosome// Current
Opinion in Genetics & Development. 2005. 15:153–162.
18. Luijsterburg MS, Noom MC, Wuite GJ, Dame RT. The architectural role of nucleoid-associated proteins in
the organization of bacterial chromatin: a molecular perspective// Journal of Structural Biology. 2006. 156
:262–272.
19. D. Frenkiel-Krispin, A. Minsky Nucleoid organization and the maintenance of DNA integrity in E. coli, B.
subtilis and D. radiodurans // Journal of Structural Biology. 2006. 156: 311–319
20. Travers A, Muskhelishvili G. Bacterial chromatin// Current Opinion in Genetics & Development.
2005.,15:507–514.
21. Gitai Z. The new bacterial cell biology: moving parts and subcellular architecture//Cell. 2005. 120: 577–
586.
22. Gall JG, Wu Z, Murphy C, Gao H Structure in the amphibian germinal vesicle// Experimental Cell
Research. 2004. 296: 28–34.
23. Daròs JA, Elena SF, Flores R. Viroids: an Ariadne’s thread into the RNA labyrinth// EMBO Rep. 2006.
7:593-598.
24. Góra-Sochacka A. Viroids: unusual small pathogenic RNAs// Acta Biochim Pol. 2004;51:587-607.
25. Eberharter A, Becker PB. ATP-dependent nucleosome remodelling: factors and functions// J Cell Sci.
2004. 117:3707-3711.
26. Bernstein E, Hake SB. The nucleosome: a little variation goes a long way// Biochem Cell Biol. 2006.
84:505-517.
27. Byrd K., Corces VG. Visualization of chromatin domains created by the gypsy insulator of Drosophila//
The Journal of Cell Biology. 2003. 62: 565-574
28. Yasuhara JC, Wakimoto BT. Oxymoron no more: the expanding world of heterochromatic genes// Trends
Genet. 2006. 22:330-338.
29. Verdel A., Moazed D. RNAi-directed assembly of heterochromatin in fission yeast// FEBS Letters. 2005.
579: 5872–5878.
30. Trojer P, Reinberg D. Facultative Heterochromatin: Is There a Distinctive Molecular Signature?//
Molecular Cell. 2007. 28: 1-13.
31. Prasanth KV, Spector DL. Eukaryotic regulatory RNAs: an answer to the 'genome complexity'
conundrum.// Genes & Dev. 2007. 21: 11-42.
32. Grewal SI, Jia S. Heterochromatin revisited// Nat Rev Genet. 2007. 8:35-46.
33. Tremethick DJ. Higher-Order Structures of Chromatin:The Elusive 30 nm Fiber// Cell. 2007. 128: 651-654.
34. Branco MR, Pombo A. Chromosome organization: new facts, new models// Trends Cell Biol. 2007.
17:127-134.
Авторы:
Коряков Дмитрий Евгеньевич,
д. б.н., с.н.с. ИМКБ СО РАН
Колесникова Татьяна Дмитриевна
к.б.н., доцент КЦГ, с.н.с. ИМКБ СО РАН
Программа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры цитологии и генетики ФЕН
НГУ
от « 28_» августа 2012 года, протокол № _4___
Секретарь каф.
А.М.Гусаченко