ФГБОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия» им.

П.А.Столыпина

«УТВЕРЖДАЮ»

Проректор по учебной работе

М.В. Постнова

«»2012 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

Генетика и эволюция

Направление подготовки 020400.62 Биология

Профиль подготовки Микробиология

Квалификация (степень) выпускника Бакалавр Форма обучения (очная, очно-заочная, и др.) г. Ульяновск - 2012 г.

2 1. Цели освоения дисциплины Цель дисциплины: ознакомление студентов с закономерностями наследования и изменчивости на всех уровнях организации живого; получение современных представлений об организации наследственного материала, механизмах передачи и экспрессии генов; знакомство с основами современных методов генетики, генной инженерии, селекции.

В процессе освоения данной дисциплины студент формирует и демонстрирует следующие компетенции:

– демонстрирует базовые представления об основных закономерностях и современных достижениях генетики, о геномике, протеомике (ПК-6);

– понимает, излагает и критически анализирует получаемую информацию и представляет результаты полевых и лабораторных биологических исследований (ПК-17);

Задачи дисциплины:

– теоретическое изучение законов классической генетики, закономерностей и механизмов изменчивости; получение современных представлений об организации наследственного материала на всех уровнях организации живого, механизмами экспрессии и регуляции экспрессии генов; принципами генетической инженерии и селекции – приобретение навыков решения генетических задач;

– знакомство с историей предмета и классическими экспериментами;

– знакомство с классическими и современными методами генетики.

2. Место дисциплины в структуре ООП ВПО Дисциплина «Генетика и эволюция» относится к профессиональному циклу, к его базовой части, и является обязательной для изучения.

Обучение происходит в течение одного семестра.

Студентам, обучающимся по данной дисциплине, необходимы начальные (исходные) знания, умения и общекультурные и профессиональные компетенции, полученные при изучении курсов Общая биология, Ботаника, Зоология, Анатомия человека и животных, Биохимия человека и животных.

Курс «Генетика и эволюция» является основополагающим для изучения следующих дисциплин: Теория эволюции, Вирусология, Введение в биоинженерию и биотехнологию, Медицинская микробиология и иммунохимия, Основы эпидемиологии, Эволюция микроорганизмов, Иммунология, Молекулярная биология, Генетика микроорганизмов, Промышленная микробиология и биотехнология.

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины В результате освоения дисциплины обучающийся должен демонстрировать следующие результаты образования:

Знать:

– фундаментальные законы наследования и закономерности изменчивости (ПК-6);

– материал (представление) о структурно-функциональной единице наследственности – гене (ПК-6);

– генетические основы селекции (ПК-6);

– знать историю становления генетики и ее место в системе естественных наук (ПК-6).

Уметь:

– решать генетические задачи по основным разделам генетики (ПК-17);

– давать краткие, четкие и исчерпывающие ответы на все предложенные преподавателем вопросы (ПК-17);

– находить логичную связь между основными разделами курса (ПК-17);

– составлять схемы скрещиваний, родословной, расположения генов, генетические рисунки и т.д. (ПК-17, ПК-19).

Владеть: Навыками по постановке опытов по гибридизации растительных объектов и скрещиванию животных на примере мушки-дрозофилы (ПК-5).

4. Структура и содержание дисциплины Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы, 72 часа.

Виды учебной работы, включая Неделя семестФормы текущего контроля самостоятельную работу студенСеместр успеваемости (по неделям № Раздел дисцип- тов и трудоемкость (в часах) ра семестра)/ п/п лины ЛабораторноФорма промежуточной атлекции практические КСР СРС тестации (по семестрам) занятия 1. Введение 5 1 2 4 2 Входной контроль 2. Закономерно- Устный опрос. Решение засти наследова- дач. Конспектирование, рения признаков ферат. Коллоквиум 3. Изменчивость 4 Устный опрос. Решение загенетического дач. Конспектирование, рематериала ферат.

4. Генетика попу- 4 Устный опрос. Решение заляций дач. Конспектирование, реферат.

Всего зачет 18 18 2 Матрица соотнесения тем/разделов дисциплины и формируемых в них профессиональных и общекультурных компетенций компетенции Количество общее коТемы, разделы дисциплины часов ПК-6 ПК-7 ПК-15 личество Раздел 2. Закономерности наследования признаков при внутривидовой гибридизации. Законы И.Г. Менделя вии генов лом наследование лизация генов в хромосомах материала Сумма компетенций и их элементов, предлагаемых к формированию по каждой теме/разделу, и соотнесенная с часами на изучение данной темы/раздела, позволяет оценить реальность формирования компетенций и скорректировать распределение часов.) Генетика – наука о закономерностях наследственности, наследования и изменчивости, ее место в системе естественных наук. Предмет генетики. Понятие о наследственности и изменчивости. Основные подходы исследования наследственности и изменчивости организмов (молекулярный, хромосомный, клеточный, организменный, популяционный).

Объекты генетики. Генетический анализ и его составляющие (гибридологический, цитологический, математический, мутационный, молекулярно-генетический, онтогенетический, популяционный и т.д.). Основные положения гибридологического анализа. Связь генетики с другими науками и отраслями биологии, сельского хозяйства и медицины.

Основные этапы развития классической генетики (теория пангенезиса Ч. Дарвина, открытие законов наследственности Г. Менделем, ядерная гипотеза наследственности Т.Моргана, открытие закона гомологических рядов Н.И. Вавиловым, разработка методов популяционной генетики С.С.Четвериковым, теория индуцированного мутагенеза Г.А. Надсона, Г.С. Филиппова и Г.Меллера, доказательство сложной структуры гена А.С. Серебровским); основные этапы развития молекулярной генетики (создание концепции «один ген – один фермент»), установление генетической роли нуклеиновых кислот, открытие обмена генетической информацией у бактерий. Основные разделы современной генетики: молекулярная генетика, цитогенетика, иммуногенетика, биохимическая и физиологическая генетика.

Радиационная генетика, генетика популяций, онтогенетика, математическая генетика, экологическая генетика. Генетика микроорганизмов, растений, животных и человека.

Практическое значение генетики для сельского хозяйства, биохимической промышленности, для медицины и педагогики.

Значение генетики в развитии диалектико-материалистической философии. Мировоззренческое значение генетики и ее место в курсе общей биологии в средней школе.

Раздел 2. Закономерности наследования признаков Особенности наследования при бесполом размножении клеток и организмов. Наследование в клонах.

Гибридологический метод как основа генетического анализа. Принципиальное значение метода генетического анализа разработанного Г.Менделем, - анализ наследования отдельных альтернативных пар признаков, использование константных чистолинейных родительских форм, индивидуальный анализ потомства гибридов, количественная оценка результатов скрещивания.

Генетическая символы, термины (ген, аллель, признак, аллели дикого типа и мутантные и их обозначение, гаметы, гомозигота и гетерозигота, фенотип и генотип). Правила записи скрещивания.

Моногибридное скрещивание. Первый закон Г.Менделя. Особенности методических подходов. Доминантные и рецессивные признаки. Явление гомозиготности и гетерозиготности. Реципрокное скрещивание.

Второй закон Г.Менделя. Характер расщепления признаков во втором поколении по генотипу и фенотипам. Полное и неполное доминирование. Представление об аллелях.

Множественный аллелизм. Генетическая основа множественного аллелизма. Правило “чистоты” гамет. Цитологические механизмы расщепления. Условия выполнения 2-го закона Г.Менделя. проверка закона методом 2. Анализирующее скрещивание и его значение для генетического анализа. Возвратное скрещивание. Генетические символы и термины.

Дигибридное и полигибридное скрещивания. Особенности наследования признаков при ди- и полигибридном скрещивании. Принципы независимого наследования. Третий закон Менделя. Расщепление по генотипу и фенотипу. Математические формулы расщепления (определение возможного числа гамет, генотипов, фенотипов, генотипических классов) при полигибридном скрещивании. Расчет частоты появления определенных генотипов потомства при ди- и тригибридном скрещивании. Наследование при дигибридном, полигибридном и анализирующем скрещиваниях.

Наследование и наследственность. Принципы наследственности, вытекающие из законов наследования, открытых Менделем.

Аллельные и неаллельные взаимодействия генов. Типы аллельных взаимодействий (доминантно-рецессивное, неполное доминирование, кодоминирование, межаллельная комплементация).

Доминантно-рецессивное взаимодействие и его генетическая основа. Характер расщепления по генотипу и фенотипу. Примеры. Доминантно-рецессивное состояние генов и наследственные заболевания человека (альбинизм, фенилкетонурия, ахондроплазия, полидактилия и брахидактилия).

Неполное доминирование. Особенности расщепления по генотипу и фенотипу при моно- и дигибридном скрещивании.

Кодоминирование. Особенности расщепления признаков. Характер наследования группы крови у человека.

Летальное действие гена и особенности расщепления признаков.

Типы неаллельного взаимодействия генов (комплементарность, эпистаз, полимерия, действие генов модификаторов, плейотропия).

Комплементарное действие гена и его генетическая основа. Характер расщепления признаков. Примеры. Эпистаз. Типы эпистаза (доминантный и рецессивный) и особенности наследования признаков. Примеры. Полимерия (кумулятивная и некумулятивная). Характер расщепления признаков. Распространенность в природе. Генетическая основа процесса. Действие генов модификаторов. Особенности проявления признаков. Плейотропное действие генов, а рецессивном и доминантном состояних. Влияние внешней среды на действие генов.

Пенетрантность, экспрессивность и норма реакции.

Генетика пола и сцепленное с полом наследование. Биология пола у животных и растений, первичные и вторичные половые признаки. Относительная сексуальность у одноклеточных организмов.

Хромосомная теория определения пола. Гомо- и гетерогаметный пол. Генетические и цитологические особенности половых хромосом. Гинандроморфизм.

Балансовая теория определения пола. Половой хроматин. Генетическая бисексуальность организмов. Проявление признаков пола при изменении баланса половых хромосом и аутосом. Интерсексуальность.

Дифференциация и переопределение пола в онтогенезе. Гены, ответственные за дифференциацию признаков пола. Естественное и искусственное (гормональное) переопределение пола.

Соотношение полов в природе и проблемы его искусственного регуляции. Практическое значение регуляции соотношения полов в шелководстве и др.

Наследование признаков, сцепленных с полом при гетерогаметности мужского и женского пола в реципрокных скрещиваниях. Наследование «крест-накрест» («крисс-кросс»).

Характер наследования признаков при нерасхождении половых хромосом как доказательство роли хромосом в передаче наследственной информации.

Явление сцепления генов. Расщепление в потомстве гибрида при сцепленном наследовании и отличие его от наследования при плейотропном действии гена.

Основные положения хромосомной теории наследственности Т.Моргана. Генетическое доказательство перекреста хромосом. Величина перекреста и линейная генетическая дискретность хромосом. Одинарный и множественный перекресты хромосом. Понятие об интерференции и коинциденции. Определение групп сцепления. Соответствие числа групп сцепления гаплоидному числу хромосом. Локализация гена. Генетические карты растений, животных и микроорганизмов.

Цитологическое доказательство кроссинговера. Учет кроссинговера при тетрадном анализе. Перекрест на хроматидном уровне. Гипотетические механизмы перекреста. Мейотический и митотический кроссинговер. Соматический мозаицизм. Неравный кроссинговер.

Сравнение цитологических и генетических карт хромосом.

Влияние структуры хромосом пола и функционального состояния организма на частоту кроссинговера. Генетический контроль конъюгации хромосом и частоты кроссинговера.

Влияние факторов внешней среды на кроссинговер. Роль перекреста хромосом и рекомбинации генов в эволюции и селекции растений, животных и микроорганизмов.

Нехромосомное (цитоплазматическое) наследование. Относительная роль саморепродуцирующихся органоидов цитоплазмы и ядра в наследовании. Особенности нехромосомного (цитоплазматического) наследования и методы его изучения. Плазмидное наследование.

Содержащие ДНК цитоплазматические органоиды клетки. Наследование через пластиды и митохондрии. Особенности организации генома митохондрий. Плазмогены. Цитоплазматическая мужская стерильность. Эндосимбиоз. Понятие о плазмоне. Генотип как система.

Раздел 3. Изменчивость генетического материала Классификация изменчивости. Понятие о наследственной генотипической изменчивости (комбинативная и мутационная) и ненаследственной фенотипической (модификационная, онтогенетическая) изменчивости. Наследственная изменчивость организмов как основа эволюции. Роль модификационной изменчивости в адаптации организмов значение ее для эволюции и селекции.

Мутационная изменчивость. Принципы классификации мутаций. Генеративные и соматические мутации. Классификация мутаций по изменению фенотипа – морфологические, биохимические, физиологические. Различие мутаций по их адаптивному значению: летальные и полулетальные, нейтральные и полезные мутации; относительный характер различий мутаций по их адаптивному значению. Понятие о биологической и хозяйственной полезности мутационного изменения признака. Генетические коллекции мутантных форм и их использование в частной генетике растений, животных и микроорганизмов. Значение мутаций для генетического анализа различных биологических процессов.

Классификация мутаций по характеру изменений генотипа: генные, хромосомные, геномные, цитоплазматические.

Генные мутации, прямые и обратные. Множественный аллелизм. Механизм возникновения серий и множественных аллелей. Наследование при множественном аллелизме.

Хромосомные перестройки. Внутрихромосомные перестройки: нехватки (дефишенси и делеции), умножение идентичных участков (дупликации), инверсии. Межхромосомные перестройки – транслокации. Особенности мейоза при различных типах внутри и межхромосомных перестроек. Цитологические методы обнаружения хромосомных перестроек, механизмы возникновения. Дискретность и непрерывность в организации наследственного материала. Значение хромосомных перестроек в эволюции.

Геномные мутации. Умножение гаплоидного набора хромосом – полиплоидия. Фенотипические эффекты полиплоидии. Искусственное получение полиплоидов. Автополиплоидия. Расщепление по генотипу и фенотипу при скрещивании автополиплоидов. Аллополиплоидия. Мейоз и наследование у аллополиплоидов. Амфиполиплоидия как механизм получения плодовитых аллополиплоидов (Г.Д.Карпеченко). Ресинтез видов и синтез новых видовых форм. Полиплоидные ряды. Значение полиплоидов и эволюция в селекции растений. Естественная и экспериментальная полиплоидия у животных.

Анеуполиплоидия (гетероплоидия): нулисомики и моносомики, полисомики. Особенности мейоза и образования гамет у анеуплоидов. Жизнеспособность и плодовитость анеуплоидных форм.

Цитоплазматические мутации, их природа и особенности.

Спонтанный мутационный процесс и его причины. Закон гомологических рядов и наследственной изменчивости Н.И.Вавилова.

Индуцированный мутационный процесс. Влияние ультрафиолетовых лучей, ионизирующих излучений, температуры, химических и биологических агентов на мутационный процесс. Основные характеристики радиационного и химического мутагенеза.

Молекулярные механизмы мутагенеза. Мутации как ошибки в осуществлении процессов репликации, репарации и рекомбинации. Молекулярная природа генных мутаций – замены нуклеотидных пар, сдвиги рамки считывания. Специфичность действия мутагенов и проблема направленного мутагенеза.

Модификационная изменчивость. Генетическая однородность материала как необходимое условие изучения модификационной изменчивости. Ненаследственная изменчивость как изменение проявления действия генов при реализации генотипа в различных условиях среды. Понятие о норме реакции.

Математический метод как основной при изучении модификационной изменчивости.

Нормальное распределение – ее главная закономерность. Константы вариационного ряда и их использование для выявления роли генотипа в определении нормы реакции.

Раздел 4. Генетика популяций и генетические основы эволюции Популяции, ее генетическая структура. Популяции организмов с перекрестным размножением и самооплодотворением. Учение В. Иогансена о популяциях и чистых линиях.

Наследование в популяциях. Генетическое равновесие в панмиктической, менделевской популяции и его теоретический расчет в соответствии с законом Харди-Вайнберга.

Факторы генетической динамики популяций. Роль инбридинга в динамике популяций.

Процесс гомозиготизации. Роль мутационного процесса в генетической динамике популяций (С.С.Четвериков). Мутационный груз в популяциях. Возрастание мутационного груза в популяциях в связи с загрязнением окружающей среды физическими и химическими мутагенами. Ненаправленность мутационного процесса.

Популяционные волны (дрейф генов), их специфичность и роль в динамике генных частот.

Действие отбора как направляющего фактора эволюции популяций. Понятие об адаптивной (селективной) ценности генотипов и о коэффициенте отбора.

Гетерозиготность в популяциях. Наследственный полиморфизм популяций.

Значение генетики в развитии эволюционной теории.

На лекциях при изложении материала следует пользоваться иллюстративным материалом, ориентированным на использование мультимедийного презентационного оборудования.

Образовательные технологии:

– текущий и оперативный тест-контроль знаний студентов – Модельный метод обучения в виде деловых игр – Метод case study («разбор конкретных ситуаций») – Самостоятельное чтение студентами учебной, учебно-методической и справочной литературы и последующие свободные дискуссии по освоенному ими материалу, использование иллюстративных видеоматериалов (видеофильмы, фотографии, аудиозаписи, компьютерные презентации), демонстрируемых на современном оборудовании, опросы в интерактивном режиме.

6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение Для контроля обучения применяется несколько форм. Прежде всего, это текущий контроль, который может проходить в форме устного индивидуального опроса, групповой беседы или дискуссии.

Текущий – контроль освоения содержания СРС:

– входной (тестирование), – конспектирование отдельных вопросов дисциплины, – тестирование, Рубежный - контроль освоения содержания разделов:

– контрольная работа, – итоговая работа по каждому разделу.

Итоговый контроль по дисциплине - зачет.

Текущий контроль практических занятий:

- устный опрос (студент должен приходить на занятия подготовленным по вопросам методических рекомендаций);

- тестирование (проводится в письменной форме и сдается на проверку преподавателю);

- рисунки, решение типовых и ситуационных задач (оформляется в тетради и сдается преподавателю в конце каждого занятия);

- проверка оформления результатов занятий (оформление тетради проверяется преподавателем в конце каждого занятия).

Рубежный контроль: коллоквиум в форме тестирования, устного опроса и решения задач.

Итоговый контроль: зачет (в устной и/или тестовой форме) с учетом результатов текущего и рубежного контроля.

семестра Подготовить материал лекций разделов №1-2 и Контрольная работа лабораторно-практических занятий № 1- Подготовить материал лекций раздела №3 и ла- Контрольная работа бораторно-практических занятий № 5- 1. Предмет, задачи и методы генетики 2. Основные этапы развития генетики 3. Моно-, ди- и полигибридное скрещивания и их цитологические основы.

4. 1, 2, 3-й законы Г. Менделя. Формулировка и цитологические аспекты.

5. Взаимное (реципрокное), возвратное (насыщающее), анализирующее скрещивания и беккроссы (общие понятия).

6. Типы аллельных взаимодействий 7. Комплементарное действие гена и его генетическая основа 8. Типы эпистаза и особенности наследования признаков 9. Полимерия (кумулятивная и некумулятивная). Характер расщепления признаков 10. Влияние внешней среды на действие генов. Пенетрантность, экспрессивность и норма реакции 11. Хромосомная теория определения пола 12. Понятие и механизм крисс-кросс наследования.

13. Балансовая теория определения пола.

14. Наследование, сцепленное с полом у дрозофилы (прямое и взаимное скрещивания).