1 Цели и задачи освоения дисциплины
Цель курса: формирование систематизированных знаний о закономерностях наследственности и изменчивости на базе современных достижений различных разделов генетики, изучение основ селекции, генетической инженерии, методов молекулярно-генетического анализа.
Курс генетики имеет также общеобразовательное и прикладное значение: многие вопросы содержат материал, способствующий формированию правильного представления о современной естественнонаучной картине мира.
Задачи курса: курс ориентирован на освоение студентами основ классической генетики, современных данных по молекулярной генетике, биотехнологии, генной инженерии; знания, полученные по данному предмету, должны способствовать пониманию роли генетики в развитии медицины, селекции, теории эволюции.
2 Место дисциплины в структуре ООП ВПО
Дисциплина «Генетика» относится к базовой части учебного цикла - Б3 Профессиональный цикл (Б3.1.4.1).
Для освоения дисциплины используются знания, умения и виды деятельности, сформированные в процессе изучения предметов «Цитология», «Молекулярная биология» на предыдущем уровне образования.
Дисциплина «Генетика», наряду с дисциплинами «Теория эволюции» и циклом дисциплин общей биологии, является фундаментом биологического образования.
Знания и умения, формируемые в процессе изучения дисциплины «Генетика», будут использоваться в дальнейшем при освоении дисциплин: «Теория эволюции», «Генетика человека», «Цитогенетика», «Социальная экология».
3 Требования к уровню освоения содержания дисциплины
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование и развитие специальных компетенций:
а) общекультурных (ОК):
следует этическим и правовым нормам в отношении других людей и в отношении природы (принципы биоэтики), имеет четкую ценностную ориентацию на сохранение природы и охрану прав и здоровья человека (ОК-1);
использует в познавательной и профессиональной деятельности базовые знания в области математики и естественных наук, применяет методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-6);
проявляет экологическую грамотность и использует базовые знания в области биологии в жизненных ситуациях; понимает социальную значимость и умеет прогнозировать последствия своей профессиональной деятельности, готов нести ответственность за свои решения (ОК-8)
б) профессиональных (ПК):
демонстрирует базовые представления об основных закономерностях и современных достижениях генетики, о геномике, протеомике (ПК-6);
понимает роль эволюционной идеи в биологическом мировоззрении; имеет современные представления об основах эволюционной теории, о микро- и макроэволюции (ПК-7);
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать:
закономерности проявления наследственности и изменчивости на разных уровнях организации живого;
причины изменчивости и ее роль в сохранении биоразнообразия;
генетическую структуру популяций;
генетические основы эволюционного процесса;
закономерности в эволюции кариотипов;
происхождение и эволюцию генома человека;
уметь:
уметь решать генетические задачи, связанные с закономерностями наследственности,
изменчивости и законами генетики популяций;
проводить сравнительный анализ данных по генетическим основам эволюционного процесса;
популярно и научно правильно объяснять закономерности наследственности и изменчивости;
владеть:
методами экспериментальной деятельности;
методами поиска необходимой достоверной информации в библиотеках, в музеях;
методами подбора материалов из Интернета;
приобрести опыт деятельности:
планирования и проведения генетических экспериментов, работы с информацией, анализа полученных данных.
4 Содержание и структура дисциплины
4.1 Содержание разделов дисциплины
№ раздела
|
Наименование
раздела
|
Содержание раздела
|
Форма
текущего
контроля
|
1
|
2
|
3
|
4
|
Модуль 1
|
1
|
Введение
|
Уровни организации живой природы. Основные положения клеточной теории. Место генетики среди наук о природе. История развития генетики. История генетики в России. Три этапа развития генетики. Основные достижения каждого этапа.
Понятия генетики: ген, генотип, фенотип. Основные свойства живого: наследственность, изменчивость, их определение. Генотипическая, фенотипическая изменчивость, мутации.
Методы генетики: гибридологический, цитологический, цитогенетический, популяционно-статистический, биохимический, математический, генеалогический, близнецовый, онтогенетический.
Направления и разделы генетики: генетика вирусов, генетика бактерий, генетика человека, экогенетика, фармакогенетика, генетическая токсикология, популяционная генетика, медицинская генетика, медико-генетическое консультирование.
Основные закономерности наследования. Цели и принципы генетического анализа.
|
Коллоквиум
|
2
|
Генетический анализ
|
Основы гибридологического метода: выбор объекта, отбор материала для скрещивания, анализ признаков, применение статистического метода. Генетическая символика.
Закономерности наследования при моногибридном скрещивании, открытые Г. Менделем: единообразие гибридов первого поколения, расщепление во втором поколении. Представления Менделя о дискретной наследственности.
|
ЛР,
тестовый контроль по модулю 1
|
1
|
2
|
3
|
4
|
|
|
Представление об аллелях и их взаимодействие: полное, неполное доминирование, кодоминирование. Закон «чистоты гамет». Гомозиготность, гетерозиготность. Расщепление по генотипу, по фенотипу. Виды скрещивания: анализирующее, возвратное и др.
Закономерности в ди- и полигибридных скрещиваниях. Закон независимого наследования каждого признака. Статистический характер расщепления. Общая формула расщеплений при независимом наследовании.
Отклонения от менделевских расщеплений: летальные и полулетальные мутации, неаллельные взаимодействия генов: эпистаз, полимерия, комплементарность.
Внеядерная наследственность. Материнский эффект цитоплазмы. Пластидная, митохондриальная наследственность.
Изменчивость. Понятие о наследственной и ненаследственной изменчивости. Формирование признака как результат взаимодействия генотипа и факторов среды. Норма реакции генотипа. Адаптивный характер модификаций. Комбинативная изменчивость, механизм ее возникновения.
Мутации, мутационный процесс; причины возникновения мутаций: роль среды, гены-мутаторы и гены-антимутаторы. Классификация мутаций.
Геномные изменения: полиплоидия, анеуплоидия. Автополиплоиды, особенности мейоза и характер наследования. Аллополиплоиды. Анеуплоидия: нуллисомики, моносомики, полисомики, их использование в генетическом анализе. Хромосомные перестройки, их виды, механизмы их возникновения. Использование хромосомных перестроек при составлении генетических карт.
Классификация генных мутаций. Общая характеристика молекулярной природы возникновения генных мутаций.
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
|
|
Генотип как сложная система неаллельных и аллельных взаимодействий генов. Расщепление. Возвратные скрещивания. Реципрокные скрещивания.
Переоткрытие законов Г. Менделя. Число типов гамет, классов потомков. Соотношение классов потомков во втором поколении. Вероятность появления разных классов потомков. Представление об аллелях и их взаимодействие: полное, неполное доминирование, кодоминирование. Закон «чистоты гамет». Гомозиготность, гетерозиготность. Расщепление по генотипу, по фенотипу. Виды скрещивания: анализирующее, возвратное и др.
Отклонения от менделевских расщеплений: летальные и полулетальные мутации, неаллельные взаимодействия генов: эпистаз, полимерия, комплементарность.
Внеядерное (неменделевское, цитоплазматическое) наследование. Нехромосомная (пластидная, митохондриальная, плазмидная) наследственность. Цитогены. Особенности цитоплазматического наследования. Первые факты пластидного наследования. Вегетативные (митохондриальные) и генеративные (ядерные) мутанты дрожжей, неспособные к дыханию. Критерии цитоплазматической наследственности.
Инфекционная наследственность. Плейотропное действие генов. Пенетрантность, экспрессивность.
|
|
Модуль 2
|
3
|
Материальные основы наследственности
|
Клетка как основа наследственности и воспроизведения. Клеточные и неклеточные формы организации живого. Деление клетки и воспроизведение. Митоз и мейоз. Митотический цикл и фазы митоза. Мейоз и гаметогенез. Фазы и стадии мейоза.
Доказательства роли ядра и хромосом в явлениях наследственности. Локализация генов в хромосомах. Роль цитоплазматических факторов в передаче наследственной информации.
|
Коллоквиум, ЛР
|
1
|
2
|
3
|
4
|
|
|
Строение хромосом, уровни организации хромосом: хроматида, хромонема, гетерохроматиновые и эухроматиновые районы хромосом. Кариотип, кариограмма, метафазные хромосомы. Правила хромосом. Основные положения хромосомной теории наследственности. Генная теория.
|
|
4
|
Молекулярные основы генетических процессов. Структура гена
|
Генетический аппарат эукариотической клетки. Структура ДНК и РНК Параметры модели ДНК Дж. Уотсона и Ф. Крика. Правила Чаргоффа. Проблема стабильности генетического аппарата. Репарация ДНК, системы репарации. Функции нуклеиновых кислот в реализации генетической информации: репликация, транскрипция, трансляция. Механизмы репликации: консервативный, полуконсервативный, «катящегося кольца». Полуконсервативный способ репликации. Репликативная вилка. Репликон. Фрагменты Оказаки. Лидирующая и отстающая цепь. Теоретическое и практическое значение полимеразной цепной реакции. Процессы транскрипции: локализация в клетке, ферментативное обеспечение. Виды РНК: информационная, или матричная, транспортные, рибосомальные. Структура т-РНК. Кодоны и антикодоны, ацилирование т-РНК. Трансляция информации.
Трансляция. Клеточные органоиды, участвующие в процессе трансляции. Методологическое значение принципа передачи информации: ДНК↔ РНК → белок. Факты нарушения центральной догмы биологии.
Генетический код. Принципы генетического кода. Триплетность, однозначность, вырожденность, неперекрываемость, «знаки препинания», терминирующие кодоны. Доказательства триплетности кода. Расшифровка кодонов.
|
Коллоквиум, ЛР
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
Молекулярные основы генетических процессов. Механизмы регуляции
|
Особенности микроорганизмов как объекта биологических исследований. Организация генетического аппарата у вирусов и бактерий. Представление о плазмидах, эписомах. Особенности процессов, ведущих к рекомбинации у прокариот. Конъюгация у бактерий: половой фактор кишечной палочки. Генетическая рекомбинация при трансформации. Трансдукция у бактерий. Особенности передачи генетической информации у вирусов. Влияние вирусов на генетический аппарат эукариот.
Ген как единица функции (цистрон). Интрон-экзонная организация генов эукариот, сплайсинг. Регуляторные элементы генома. Принципы негативного и позитивного контроля. Оперонные системы регуляции (теория Жакоба и Моно).
Нарушения отдельных звеньев механизма воспроизведения информации как причина возникновения аномалий и наследственных болезней.
Элементы генетики человека. Особенности изучения генетики человека. Понятие о медико-генетическом консультировании. Проблемы медицинской генетики. Генотерапия.
|
Коллоквиум по модулю 2,
ЛР
|
Модуль 3
|
6
|
Популяционная и эволюционная генетика
|
Генетический контроль поведенческих реакций. Гены и поведение особей. Понятие о виде и популяции. Понятие о частотах генов и генотипов. Математические модели в популяционной генетике. Закон Харди – Вайнберга, возможности его применения.
С. Четвериков – основоположник экспериментальной популяционной генетики.
Генетическая гетерогенность популяций. Факторы динамики генетического состава популяций: дрейф генов, мутационный процесс, межпопуляционные миграции, действие отбора.
|
Коллоквиум по модулю 3,
ЛР
|
1
|
2
|
3
|
4
|
|
|
Молекулярно-генетические основы эволюции. Микроэволюция, макроэволюция. Проблемы происхождения и молекулярной эволюции генов. Значение генетики популяций для медицинской генетики, селекции, решения проблем сохранения генофонда и биологического разнообразия.
|
|
Модуль 4
|
7
|
Генетические основы селекции
|
Селекция как наука. Предмет и методы исследования. Генетика как теоретическая основа селекции. Учение об исходном материале. Центры происхождения культурных растений по Н. Вавилову. Понятие о породе, сорте, штамме.
Закон гомологических рядов наследственной изменчивости. Значение наследственной изменчивости организмов для селекционного процесса и эволюции.
Признаки качественные и количественные. Методы отбора: индивидуальный и массовый. Отбор по генотипу и фенотипу. Влияние условий внешней среды на эффективность отбора.
Системы скрещивания в селекции растений и животных. Аутбридинг, инбридинг. Коэффициент инбридинга. Линейная селекция. Отдаленная гибридизация. Межвидовая и межродовая гибридизация. Пути преодоления нескрещивания. Работы отечественных ученых: И. Мичурина, Г. Карпеченко.
Явление гетерозиса и его генетические механизмы.
Классические, современные и новейшие методы в селекции. Перспективы методов генетической и клеточной инженерии в селекции и биотехнологии.
|
Коллоквиум по модулю 4,
ЛР
|
|
