МИНОБРНАУКИ РОССИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Алтайский государственный университет»

Динамика генетической структуры популяции

рабочая программа дисциплины
Закреплена за кафедройКафедра экологии, биохимии и биотехнологии
Направление подготовки05.04.06. Экология и природопользование
ПрофильЭкологический мониторинг и оценка состояния окружающей среды
Форма обученияОчная
Общая трудоемкость3 ЗЕТ
Учебный план05_04_06_Экомониторинг-2-2020
Часов по учебному плану 108
в том числе:
аудиторные занятия 32
самостоятельная работа 49
контроль 27
Виды контроля по семестрам
экзамены: 4

Распределение часов по семестрам

Курс (семестр) 2 (4) Итого
Недель 9
Вид занятий УПРПДУПРПД
Лекции 8 8 8 8
Лабораторные 24 24 24 24
Сам. работа 49 49 49 49
Часы на контроль 27 27 27 27
Итого 108 108 108 108

Программу составил(и):
к.б.н., доцент, Хлебова Л.П.

Рецензент(ы):
д.б.н., директор ИВЭП СО РАН, Пузанов А.В.

Рабочая программа дисциплины
Динамика генетической структуры популяции

разработана в соответствии с ФГОС:
Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования по направлению подготовки 05.04.06 ЭКОЛОГИЯ И ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ (уровень магистратуры) (приказ Минобрнауки России от 23.09.2015г. №1041)

составлена на основании учебного плана:
05.04.06 Экология и природопользование
утвержденного учёным советом вуза от 30.06.2020 протокол № 6.

Рабочая программа одобрена на заседании кафедры
Кафедра экологии, биохимии и биотехнологии

Протокол от 31.08.2020 г. № 1
Срок действия программы: 2020-2021 уч. г.

Заведующий кафедрой
Соколова Г.Г.


Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году

Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2020-2021 учебном году на заседании кафедры

Кафедра экологии, биохимии и биотехнологии

Протокол от 31.08.2020 г. № 1
Заведующий кафедрой Соколова Г.Г.


1. Цели освоения дисциплины

1.1.Цель освоения дисциплины - сформировать представления о закономерности наследования признаков в популяциях; источниках генетического разнообразия природных популяций и механизмах его поддержания.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Цикл (раздел) ООП: Б1.В

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ПК-3 владением основами проектирования, экспертно-аналитической деятельности и выполнения исследований с использованием современных подходов и методов, аппаратуры и вычислительных комплексов
В результате освоения дисциплины обучающийся должен
3.1.Знать:
3.1.1.- особенности генетического анализа на популяционном уровне;
- генотипическую структуру природных популяций, наследование признаков в равновесных популяциях
3.2.Уметь:
3.2.1.- применять закон равновесного наследования для определения аллельных и генотипических частот для различных типов наследования признаков;
- рассчитывать величину генетического груза в популяциях
3.3.Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть):
3.3.1.- методами количественной оценки генетической изменчивости в популяциях;
- методами определения показателей сходства и генетических расстояний между различными экологическими группами организмов и использовать их для построения дендрограмм

4. Структура и содержание дисциплины

Код занятия Наименование разделов и тем Вид занятия Семестр Часов Компетенции Литература
Раздел 1. Введение. Предмет, история развития и методы популяционной генетики
1.1. История развития эволюционных идей Сам. работа 4 4 ПК-3 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л2.4, Л2.3
1.2. Вклад отечественных ученых в становление и развитие генетики популяций Сам. работа 4 6 ПК-3 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л2.4, Л2.3
1.3. Популяция, ее основные характеристики Сам. работа 4 6 ПК-3 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л2.4, Л2.3
Раздел 2. Наследование в популяциях
2.1. Панмиктическая равновесная популяция. Закон Харди-Вайнберга и условия его применения Лабораторные 4 4 ПК-3 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л2.4, Л2.3
2.2. Наследование в популяциях при моно- и дигенном контроле признаков Лекции 4 2 ПК-3 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л2.4, Л2.3
2.3. Наследование в панмиктической популяции Лабораторные 4 6 ПК-3 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л2.4, Л2.3
2.4. Практическое применение закона Харди-Вайнберга Сам. работа 4 6 ПК-3 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л2.4, Л2.3
Раздел 3. Факторы генетической эволюции в популяциях
3.1. Факторы динамики генетической структуры популяций Лекции 4 4 ПК-3 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л2.4, Л2.3
3.2. Роль естественного отбора как фактора микроэволюции Лабораторные 4 2 ПК-3 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л2.4, Л2.3
3.3. Генетический дрейф. Инбридинг и его генетические последствия Лабораторные 4 4 ПК-3 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л2.4, Л2.3
3.4. Мутационный процесс в популяциях Лабораторные 4 2 ПК-3 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л2.4, Л2.3
3.5. Влияние миграций на изменение частот генов в популяциях Лабораторные 4 2 ПК-3 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л2.4, Л2.3
3.6. Факторы динамики равновесия генотипов в природных популяциях Сам. работа 4 6 ПК-3 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л2.4, Л2.3
3.7. Инбридинг в популяциях человека Сам. работа 4 6 ПК-3 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л2.4, Л2.3
Раздел 4. Генетическая гетерогенность и полиморфизм популяции
4.1. Оценка полиморфизма и гетерозиготности природных популяций Лабораторные 4 4 ПК-3 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л2.4, Л2.3
Раздел 5. Источники генетической изменчивости в популяциях
5.1. Эволюционная роль факторов гибридного дисгенеза Сам. работа 4 3 ПК-3 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л2.4, Л2.3
5.2. Эволюционное значение мобильных генетических элементов Сам. работа 4 4 ПК-3 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л2.4, Л2.3
Раздел 6. Видообразование и макроэволюция
6.1. Концепции видообразования. Микро- и макроэволюция Лекции 4 2 ПК-3 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л2.4, Л2.3
6.2. Генетический груз в популяциях человека Сам. работа 4 4 ПК-3 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л2.4, Л2.3
6.3. Концепции видообразования Сам. работа 4 4 ПК-3 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л2.4, Л2.3
6.4. Экзамен 4 27 ПК-3 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л2.4, Л2.3

5. Фонд оценочных средств

5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины
5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.)
5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации

6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

6.1. Рекомендуемая литература
6.1.1. Основная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л1.1 Инге-Вечтомов С.Г. Генетика с основами селекции: учеб. для вузов СПб.: Н-Л, 2010 50
6.1.2. Дополнительная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л2.1 Глазер В.М., Ким А.И., Орлова Н.Н. Задачи по современной генетике:: Учеб. пособие. М.: КДУ, 2005 31
Л2.2 Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика: Новосибирск: НГУ , 2003 69
Л2.3 Ли Ч. Введение в популяционную генетику: – М.: Мир, 1978
Л2.4 Кайданов Л.З. Генетика популяций: – М.: Высшая школа, 1996
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет"
Название Эл. адрес
Э1 1. http://www.lib.asu.ru/
Э2 2. http://elibrary.ru
Э3 3. http://annualreviews.org
Э4 4. www.genetika.aiq.ru
Э5 Курс в Moodle "Динамика генетической структуры популяции" portal.edu.asu.ru
6.3. Перечень программного обеспечения
MS Office; Word, Excel, PowerPoint u др.
Microsoft Windows
7-Zip
AcrobatReader
6.4. Перечень информационных справочных систем
http://www.mnr.gov.ru/
http://www.ecocommunity.ru/
http://www.priroda.ru/
http://ecoportal.su
http://www.aseko.org/
http://ecoportal.ru/
http://www.erh.ru/
http://www.ecoline.ru/
http://elibrary.asu.ru
http://elibrary.ru
http://www.scopus.com
https://link.springer.com/
http://cyberleninka.ru/
http://ecograde.bio.msu.ru/
http://www.consultant.ru/

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Аудитория Назначение Оборудование
Помещение для самостоятельной работы помещение для самостоятельной работы обучающихся Компьютеры, ноутбуки с подключением к информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», доступом в электронную информационно-образовательную среду АлтГУ
111Л лаборатория землеведения и почвоведения; кабинет почвоведения; кабинет почвоведения, земледелия и агрохимии – учебная аудитория для проведения занятий лекционного типа; занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации Учебная мебель на 26 посадочных места; рабочее место преподавателя; доска меловая 1 шт.; стационарный экран: марка Digis Optimal-C – 1 шт.; шкаф для хранения наглядного материала для занятий по почвоведению и геологии (коллекция почв, минералов, схемы, рисунки) – 2 шт.

8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ИЗУЧЕНИЮ ОТДЕЛЬНЫХ РАЗДЕЛОВ И ТЕМ КУРСА

Содержание дисциплины распределяется между лекционной и практической частями на основе принципов фундаментальности и интегрированности. Освоение предмета включает также подготовку докладов. В лекционном курсе главное место отводится общетеоретическим основам генетики популяций. Практические и семинарские занятия не дублируют лекции, а содержат материал, позволяющий развить у студентов логику генетического мышления, использовать теоретические знания в решении генетических задач. Доклады предполагают обязательное привлечение и самостоятельную проработку дополнительной литературы, что, несомненно, расширяет и углубляет фундаментальные знания дисциплины и позволяет быть в курсе современных научных открытий в отдельных областях генетики популяций.
Проверка качества усвоения знаний в течение семестра осуществляется в устной (коллоквиумы, доклады) и письменной форме (контрольная работа. Проведение письменных индивидуальных работ дисциплинирует студентов, дает основание преподавателю для объективной оценки знаний и, кроме того, позволяет самому студенту определить уровень собственной подготовки по предметам.
Дисциплина завершается устным экзаменом, на котором проверяется усвоение теоретического материала и способность студентов решать генетические задачи. Билет содержит 2 вопроса из разных разделов курса и одну генетическую задачу. При определении итоговой оценки учитываются результаты сдачи коллоквиумов, контрольных работ и рефератов, о чем студенты предупреждаются заранее перед началом курса.
В данном разделе рассматриваются следующие вопросы: эффективность отбора в популяциях и чистых линиях, генетическая структура свободно размножающейся популяции, наследование в популяции, влияние различных факторов на генетическую структуру популяции.
Изучение материала начните с выяснения понятий «популяция» и «чистая линия». Затем ознакомьтесь с работами В. Иогансена по выяснению эффективности отбора в популяциях и чистых линиях. При этом обратите внимание на причины, приводящие к разной эффективности отбора, а так же на явление регрессии, в силу которого дочернее поколение наследует лишь часть родительского отклонения от средней. Действие регрессии можно наблюдать при отборе по хозяйственно полезным признакам животных любого стада.
В панмиктических (свободно размножающихся) популяциях наблюдается определенное соотношение генотипов, определяющихся согласно формуле Харди-Вайнберга, предложенной в 1908 г. Используя данную формулу можно определить структуру популяции по изучаемому признаку, а также выяснить, является ли она равновесной. Для правильного использования закона Харди-Ванберга необходимо уяснить понятия «частота генотипа» и «частота аллеля». Данную формулу можно использовать и для определения в популяции доли генотипов, являющихся носителями рецессивного гена, при условии полного доминирования, не прибегая к специальному анализу.
Обратите внимание на особенности распределения генотипов и аллелей в случае наследования признаков, сцепленных с полом, поскольку гетерогаметный пол несет один аллель в половой хромосоме. Также рассмотрите наследование в популяции признаков в ди- и полигибридных скрещиваниях.
Далее в разделе рассматриваются факторы динамики генетического состава популяции: имбридинг, мутационный процесс, дрейф генов, межпопуляционные миграции, изоляции, отбор. При изучении влияния отбора уясните различия в действии естественного и искусственного отбора, отбора по доминантным и рецессивным признакам, отбора в пользу гомозигот и гетерозигот. Рассмотрите различные формы отбора: движущий, стабилизирующий, дизруптивный отбор.
Особенно сильное влияние на структуру популяции влияет инбридинг – близкородственные скрещивания у животных и самоопыление у растений, приводящие к повышению гомозиготности и сохранению у потомков признаков родителей, находящихся в родстве. Однако инбредное потомство уступает по жизнеспособности особям, полученным путем аутбридинга (неродственное спаривание). Вредное действие близкородственных спариваний проявляется в инбредной депрессии. Поэтому необходимо уметь определять продолжительность и степень инбредной депрессии. Следует освоить методы оценки степени инбридинга по Пушу-Шапоружу (по рядам предков) и по Райту-Кисловскому (по коэффициенту инбридинга). Для определения генетического сходства между родственниками Райт предложил специальную формулу, позволяющую оценить возрастающую гомозиготность при инбридинге.
Явление, противоположное инбредной депрессии и возникающее при неродственном скрещивании, получило название гетерозиса. Наиболее ярко оно проявляется у гибридов первого поколения. Особое внимание следует обратить на использовании гетерозиса в растениеводстве и животноводстве.

Общие рекомендации к решению генетических задач

1. Читая условие задачи, необходимо сразу заготовить схему скрещивания, записав с помощью общепринятых символов исходные данные, при этом допускается сокращение названий признаков (красный – красн., желтый – желт. и т.д.):
♀ (зеркало Венеры) – женский пол, ♂ (щит и копье Марса) – мужской пол (при написании схемы скрещивания на первое место ставят материнский организм, а на второе – отцовский);
х – знак скрещивания;
P – родители (parental), F – гибридное поколение, дети (filii);
F1 – гибриды первого поколения, F2 – гибриды второго поколения и т.д.;
Fа – потомство анализирующего скрещивания;
Fв – потомство возвратного скрещивания (бэккросса) – скрещивания гибрида F1 с родительской формой.
2. Если первое поколение единообразно, то тот признак, который проявился – доминантен.
3. Если родительские особи гомозиготы, то первое поколение всегда единообразно.
4. Чистые линии (гомозиготы) дают всегда один сорт гамет.
5. Рецессивный признак проявляется только в гомозиготном состоянии.
6. Гетерозиготы дают всегда четное число гамет, которое определяется степенью гетерозиготности данной особи – 2ⁿ, где n – число гетерозиготных генов (например, тригетерозигота будет образовывать восемь типов гамет: два необходимо возвести в третью степень).
7. При скрещивании гибридов всегда наблюдается расщепление по изучаемым признакам, и, наоборот, если в поколении есть расщепление, то родительские особи с доминантным признаком – гетерозиготы (табл.).
Таблица
Некоторые типы расщеплений при моногенном и дигенном наследовании признака

Тип расщепления F2 Fа
Моногенное (различие по одной паре аллелей) 3А : la – полное доминирование
1АА : 2Аа : 1aa – неполное доминирование и кодоминирование 1 : 1 – при всех типах аллельных взаимодействий: 1А : 1а или 1Аа : 1а
Дигенное (различие по двум парам аллелей) I. Комплементарное взаимодействие
9АВ : 3 Аb : 3аВ : lab
9AB : 6(Ab + aB) : 1ab
9AB : 7(Ab + aB + ab)

1АВ : 1Аb : 1аВ : lab
1АВ : 2(Аb + аВ) : 1аb
1АВ : 3(Аb + аВ + аb)
II. Эпистаз
13(AB + Ab + ab) : 3aB
12(AB + Ab) : 3aB : 1ab
9AB : 3Ab : 4(aB + ab)
3(AB + Ab + ab) : 1aB
2(AB + Ab) : 1aB : 1ab
1AB : 1Ab : 2(aB + ab)
III. Некумулятивная полимерия
15(9a1 A2 + 3A1a2 + 3a1A2) : 1a1a2
Кумулятивная полимерия
1А1А1А2А2 : 4 (2А1А1А2 + 2А1А2А2): 6 (4А1А2 + 2 А1А1+ 2А2А2) : 4(2А1 + 2А2) :1 а1а1а2а2
3(A1 A2 + A1a2 + a1A2) : 1a1a2

1А1А2 : 2(А1+А2) :
1 а1а1

8. Расщепление по фенотипу в соотношении 3 : 1 и по генотипу в соотношении 1 : 2 : 1 указывает на типичную картину наследования признака в моногибридном скрещивании при полном доминировании, когда исходные формы гомозиготны по альтернативным аллелям, а F1 – гетерозиготно.
9. Появление у гибридов F1 признака отличного от признаков родителей и расщепление в F2 по фенотипу и генотипу в соотношении 1 : 2 : 1 говорит о наследовании признака по типу неполного доминирования или кодоминирования.
10. Расщепление по фенотипу в соотношении (9 : 3 : 3 : 1) указывает на типичную картину наследования признака в дигибридном скрещивании при полном доминировании, когда исходные формы гомозиготны по альтернативным аллелям обоих генов, а F1 – гетерозиготно.
11. При анализирующих скрещиваниях число образованных в поколении фенотипических классов указывает на число признаков в гетерозиготном состоянии, которые несёт гибрид, а также на число типов гамет, которые он образует, причем все фенотипические классы будут представлены равными пропорциями (1 : 1, 1 : 1 : 1 : 1 и т.д.).
12. Расщепление в потомстве в соотношении 2 : 1 чаще всего указывает на наследование признака, ген которого в гомозиготном доминантном состоянии приводит к гибели зиготы или зародыша (дифференциальная смертность потомства).
13. Определение расщепления в опыте (предложенной задаче). Для этого величину каждого класса делят на величину одного теоретически ожидаемого сочетания гамет (общее количество частей расщепления), на основании чего выдвигают нулевую гипотезу (Н0). Например, расщепление в опыте – 15 : 4, Н0: расщепление 3 : 1 (моногенное наследование). Теоретически ожидаемая величина одной части расщепления равна 19 : 4 = 4,75. Расщепление в опыте примерно соответствует расщеплению: 15 : 4,75 = 3,15 (~ 3); 4 : 4,75 = 0,84 (~ 1).
14. Оценка соответствия экспериментального расщепления теоретически ожидаемому при данной нулевой гипотезе, например, с использованием критерия χ².
15. Аргументированное введение обозначения аллелей и определение генотипов.
16. Ответ (вывод) на все поставленные вопросы.

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ

Выполнение самостоятельной работы осуществляется на основе прослушанных лекций и изучения рекомендованной методической литературы по темам, предложенным преподавателем. Контроль проводится в виде защиты докладов (темы прилагаются), выполненных в форме презентаций (5 мин.) на практических занятиях (выделяется 15 мин. в соответствующей теме занятия), коллоквиума и контрольных работ (типовые варианты представлены в отдельном документе). Тема доклада выбирается студентом самостоятельно из предложенного преподавателем списка.
Домашние задания включают генетические задачи из соответствующей темы (типовые варианты представлены в отдельном документе), сдаются на проверку преподавателю в письменном виде в тетради.
Доклады оцениваются в форме «зачтено/незачтено»; коллоквиум, контрольные работы и домашние задания – по традиционной пятибальной системе. Для допуска к экзамену необходимо получить «зачтено» по теме доклада и положительные оценки (не ниже 3 баллов) по каждой теме домашней работы, контрольной работы и коллоквиуму.
КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ДОКЛАДА
Доклад студент готовит самостоятельно на основе рекомендованной литературы. Подготовка доклада призвана помочь студенту глубже изучить конкретную проблему курса «Генетика и селекция» и продемонстрировать свое умение излагать ее кратко, в устной форме, сопровождая выбранными иллюстрациями в виде слайдов. Данная форма представления материала также способствует приобретению опыта подготовки доклада и презентации при выполнении и защите научно-исследовательской работы. Представленный доклад должен содержать введение, в котором указывается раздел дисциплины, к которому относится тема, основную часть, где излагается суть проблемы и заключение, содержащее краткий вывод по изложенной теме. Не рекомендуется использование более 10 слайдов. При оценке доклада учитывается:
- соответствие содержания доклада заявленной теме;
- полнота раскрытия темы (в докладе должна быть четко раскрыта суть научной проблемы);
- умение кратко, в сжатой форме передать основную суть темы;
- иллюстративный материал, использованный в докладе (соответствие теме и качество представления);
- перечень использованной литературы;
- умение отвечать на вопросы.
Докладчик получает «зачтено», если материал соответствует теме доклада, излагается уверенно и свободно, докладчик правильно отвечает на вопросы по материалу доклада, а его оформление соответствует предложенным критериям.
Докладчик получает «зачтено», если материал соответствует теме доклада, излагается с небольшими заминками. Докладчик отвечает на часть предложенных вопросов, в оформлении допущены небольшие неточности и ошибки.
Докладчик получает «незачтено», если материал не соответствует теме доклада, излагается с грубыми ошибками, иллюстрации не относятся к теме доклада либо не помогают раскрыть его суть, докладчик не может ответить на поставленные вопросы.
Проверка самостоятельной работы студентов осуществляется преподавателем в соответствии с графиком индивидуальных консультаций (расписание представлено на стенде объявлений).
Подготовка к экзамену осуществляется по предложенным вопросам и темам, включающим решение генетических задач.