Bi8350 Evoluční genomika

Přírodovědecká fakulta
jaro 2012 - akreditace

Údaje z období jaro 2012 - akreditace se nezveřejňují

Rozsah
2/0/0. 2 kr. (příf plus uk plus > 4). Ukončení: zk.
Vyučující
doc. RNDr. Eduard Kejnovský, CSc. (přednášející)
RNDr. Roman Hobza, Ph.D. (přednášející)
Garance
prof. RNDr. Jiřina Relichová, CSc.
Ústav experimentální biologie – Biologická sekce – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: doc. RNDr. Eduard Kejnovský, CSc.
Dodavatelské pracoviště: Ústav experimentální biologie – Biologická sekce – Přírodovědecká fakulta
Předpoklady
Bi4020 Molekulární biologie
Základní znalosti z genetiky a molekulární biologie
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Přednášky jsou zaměřeny na vznik a evoluci genomů. Kurz má široký záběr, zabýváme se nejprve vznikem života a prvními genomy, replikátory na bázi molekul RNA (svět RNA) a relikty tohoto období. V této souvislosti se zabýváme fenoménem RNA interference. Jsou podrobně popsány typy malých molekul RNA (smRNA) a mechanizmy jejich fungování v dnešních genomech. Podrobně je pojednáno o struktuře a mechanizmech evoluce genomů virů, prokaryot i eukaryot, pozornost je zaměřena na úlohu polyploidizace v evoluci rostlin a živočichů. Následuje popsání struktury genů a mechanizmů vzniku nových genů. Velká pozornost je věnována dynamice genomů, v níž hrají roli různé repetitivní sekvence DNA jako jsou zejména mobilní genetické elementy (transposony) a tandemové repetice. Přednášky se zabývají také vznikem, evolucí a důsledky sexuality, jakož i strukturou a evolucí pohlavních chromosomů. Také je podrobně popsán lidský genom, naznačena budoucnost výzkumu lidského genomu (genová terapie, farmakogenomika, projekt osobního genomu) a jsou nastíněny etické otázky vyplývající z poznání lidského genomu. Prezentované poznatky jsou dávány do souvislostí s historií jejich získávání i použitými metodami. Speciální lekce je věnována moderním metodám a strategiím v genomice.
Osnova
  • 1. Vznik života Kosmologická předehra. Atributy života. Vznik života. Abiogeneze klasická a moderní. Urey-Millerův experiment. První genetické systémy na bázi proteinů, nukleových kyselin. Ribozymy. Vznik genetického kódu a proteosyntézy. Teorie jílů. Převzetí genetické role molekulami DNA. Panspermie a extremofilové. Zvláštnosti života a život na bázi křemíku a jiných rozpouštědel.

  • 2. Relikty světa RNA a první genomy Důkazy RNA světa. Vznik RNA světa. Evoluční osud prvních RNA replikátorů. Relikty světa RNA – tRNA (od replikace k proteosyntéze), ribozóm, spliceosom, snorposom, telomeráza, srpRNA, gRNA, vaultRNA, RNázaP. Viry a viroidy – staré nebo mladé, funkční relikty světa RNA, jsou viry živé?

  • 3. Svět malých RNA, RNA interference (RNAi) Historie objevení podstaty RNAi. RNAi a její úloha v evoluci. Úloha malých RNA v buňce (siRNA, miRNA, piRNA), dicer a RISC komplex. Rozdíly v RNAi mezi rostlinami a živočichy. Použití RNAi v genovém inženýrství.

  • 4. Evoluce genomů Velikosti genomů a paradox hodnoty C. Minimální genom. Mechanizmy zvětšování genomů, genomová obezita u rostlin. Topografie genomů - uspořádání genů v genomech, syntenie a kolinearita. Počty chromosomů u různých druhů, úloha multiplikací, chromosomové přestavby, B chromosomy. Izochory.

  • 5. Polyploidizace Genetické a epigenetické interakce genomů u polyploidů, sterilita hybridů. Polyploidie a speciace. Polyploidie u živočichů a u rostlin, polyploidie a geografická distribuce druhů. Evoluční důsledky polyploidie.

  • 6. Evoluce genů První geny. Anatomie genů. Původ nových genů. Mechanizmy evoluce nových genů. Introny – staré nebo mladé? Alternativní sestřih. Genové rodiny, pseudogeny, orfony a počty genů. Horizontální přenos. Nedávno vzniklé geny. Velikosti genů. Zvláštní geny.

  • 7. Dynamika genomů I. Repetitivní DNA jako dominantní složka genomů. Změna paradigmatu v genetice – genom je dynamický. Mobilní genetické elementy (transpozony). Podíl repetitivní DNA na velikosti genomů. Retroelementy – retroviry, retrotranspozony, retropozony, bakteriální retrony. DNA transpozony Původ a evoluce transpozonů.

  • 8. Dynamika genomů II. Funkce transpozonů. Koevoluce transpozonů a hostitele: konflikt-kompromis-kooperace. Obrana hostitele - umlčování transpozonů. Transpozony užitečné pro hostitele – domestikace transpozonů. Explozivní amplifikace transpozonů v evoluci savců. Tandemové repetice. Mikrosatelity. Genomy organel jako pozůstatky prokaryotických organizmů. Objev promiskuitní DNA. Migrace genů do jádra. Mechanizmus přenosu genů do jádra. Genomy organel a vnitrobuněční parazité.

  • 9. Evoluce sexuality. Příčiny sexuality: Rekombinace a sexualita. Rychlost evoluce a degenerativní procesy u nerekombinující DNA – Mullerova rohatka (Mullers ratchet), genetické svezení se (genetic hitchhiking), selekce na pozadí (background selection). Haploidie a diploidie. Výhody a nevýhody pohlavního rozmnožování.

  • 10. Evoluce sexuality. Důsledky sexuality: Mechanizmy determinace pohlaví, vznik a evoluce pohlavních chromosomů u rostlin a živočichů. Historie objevů týkajících se determinace pohlavnosti a pohlavních chromosomů. Lidské pohlavní chromosomy – záhadné palindromy na chromosomu Y, samčí geny jsou zálohované, Y se brání degeneraci. Evoluční vrstvy na chromosomu Y. Papája – pohlavní chromosomy ve stádiu zrodu. Alternativní mechanismy determinace pohlaví.

  • 11. Struktura a evoluce lidského genomu Základní charakteristika. Genové rodiny v lidském genomu. Repetice v lidském genomu. Srovnání genomu člověka s genomem myši a šimpanze. Evoluce člověka.

  • 12. Genomika – strategie a metody Mapování genomů. Mikrodisekce buněk a chromosomů. Genomové knihovny, sekvenování. Spojování fyzických a genetických map. Moderní přístupy v sekvenování genomů. Eco-tilling.

  • 13. Historie genomiky Avery versus Watson a Crick. Watson versus Venter. Vzestup a pád modelových organizmů. Genomové projekty, hlavní databáze.

Literatura
  • J. Maynard Smith and E. Szathmary: The major transitions in evolution (1995) Oxford University PressRyan Gregory: The evolution of the genome (2005) Elsevier T.A. Brown: Genomes (1999) BIOS Scientific Publishers, Oxford
  • KEJNOVSKÝ, Eduard a Roman HOBZA. Evoluční genomika. Online. Elportál. Brno: Masarykova univerzita, 2006. ISSN 1802-128X. [citováno 2024-04-24] URL info
Výukové metody
Přednášky v českém jazyce.
Metody hodnocení
Zkouška písemná (test) i ústní.
Navazující předměty
Informace učitele
http://www.evolucnigenomika.cz
Další komentáře
Předmět je vyučován každoročně.
Výuka probíhá každý týden.
Předmět je zařazen také v obdobích jaro 2008 - akreditace, jaro 2011 - akreditace, jaro 2006, jaro 2007, jaro 2008, jaro 2009, jaro 2010, jaro 2011, jaro 2012, jaro 2013, jaro 2014, jaro 2015, jaro 2016, jaro 2017, jaro 2018, jaro 2019, jaro 2020, jaro 2021, jaro 2022, jaro 2023, jaro 2024, jaro 2025.