1. Цели освоения дисциплины
| 1.1. | формирование у студентов современного представления о строении и функциях биополимеров, их компонентов и комплексов, основных принципах кодирования, хранения и реализации генетической информации, о структуре и функции генов и геномов, основных молекулярно-биологических процессах. |
|---|
2. Место дисциплины в структуре ООП
| Цикл (раздел) ООП: Б1.В.ДВ.1.1 |
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
| ПК-1 | способностью эксплуатировать современную аппаратуру и оборудование для выполнения научно-исследовательских полевых и лабораторных биологических работ |
| В результате освоения дисциплины обучающийся должен | |
| 3.1. | Знать: |
|---|---|
| 3.1.1. | Теоретические основы молекулярной биологии, универсальные законы наследственности и изменчивости, принципы строения генома;современное оборудование для молекулярно-генетического анализа растений, методы бионформатического анализа. |
| 3.2. | Уметь: |
| 3.2.1. | Применять генетические методы для решения типичных задач профессиональной области; использовать современно оборудование для молекулярно-генетического анализа растений; ориентироваться в современных методах и подходах анализа и интерпретации генетической информации; с высокой степенью самостоятельности осваивать новые генетические методы и модели, используемые в профессиональной области, интерпретировать результаты молекулярно-генетического анализа. |
| 3.3. | Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть): |
| 3.3.1. | Использования и определения подходящего для собственного иследования молекулярно-генетического метода, анализа результатов и их интерпритации; эксплуатировать современное оборудование для выполнения научно-исследовательской работы. |
4. Структура и содержание дисциплины
| Код занятия | Наименование разделов и тем | Вид занятия | Семестр | Часов | Компетенции | Литература |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Раздел 1. Классические методы и подходы в молекулярной генетике | ||||||
| 1.1. | Центральная догма молекулярной биологии. Репликация, Транскрипция, Трансляция. Теории эволюции. | Лекции | 7 | 2 | ПК-1 | Л2.1, Л1.1 |
| 1.2. | Выделение ДНК и РНК, электрофорез, обратная транскрипция, полимеразная цепная реакция. | Лабораторные | 7 | 6 | ПК-1 | Л2.1, Л1.1 |
| 1.3. | Регулятивная функция транскрипциии трансляции. Схема негативной индукции. | Сам. работа | 7 | 8 | ПК-1 | Л2.1, Л1.1 |
| Раздел 2. Современные методы молекулярной генетики | ||||||
| 2.1. | ПЦР в реальном времени. Разновидности ПЦР-реакций, их применения в биоинженерии. Секвенирование ДНК. Секвенирование первого поколения. Метод Сэнгера. Секвенирование следующего поколения. | Лекции | 7 | 4 | ПК-1 | Л2.1, Л1.1 |
| 2.2. | Выделение тотальной ДНК, Постановка ПЦР в реальном времени. Подготовка проб к секвенированию | Лабораторные | 7 | 4 | ПК-1 | Л2.1, Л1.1 |
| 2.3. | Молекулярная основа наследственности. Секвенирование следующего поколения.Рибосомы. | Сам. работа | 7 | 7 | ПК-1 | Л2.1, Л1.1 |
| Раздел 3. Современные подходы в биоинженерных исследованиях | ||||||
| 3.1. | Применение векторов в биоинженерии. Плазмиды, космиды. Основные генно-инженерные манипуляции. Геномная инженерия. Рестриктазы – основные ферменты генетической инженерии. Методы получения генов. Создание и скрининг банка генов. Лигирование. Принципы переноса генетических конструкций. | Лекции | 7 | 4 | ПК-1 | Л2.1, Л1.1 |
| 3.2. | Организация генотипа и формы наследственной изменчивости эукариот.Внеядерная наследственность. | Сам. работа | 7 | 8 | ПК-1 | Л2.1, Л1.1 |
| Раздел 4. Методы анализа и интерпритации результатов. | ||||||
| 4.1. | Програмное обеспечение, анализ результатов молекулярно-генетического анализа. | Лабораторные | 7 | 8 | ПК-1 | Л2.1, Л1.1 |
| 4.2. | Эволюция гена.Сравнительная молекулярная биология гена. Некоторые тенденции в эволюции гена.Роль генных мутаций в эволюции гомологичных генов и белков. Коварионы.Концепция нейтральной эволюции.Как возникают новые гены. Эволюция систем регуляции. | Сам. работа | 7 | 4 | ПК-1 | Л2.1, Л1.1 |
| Раздел 5. Клонирование ДНК в бактерию, как важнейший инструмент в биоинженерии. | ||||||
| 5.1. | Виды внеядерной ДНК. Хлоропластная и митохондриальная ДНК. Роль митохондриальной ДНК в молекулярно-биологических исследованиях. Изоляция митохондриальной ДНК на основе её сходства с бактериальными плазмидами. | Лекции | 7 | 3 | ПК-1 | Л2.1, Л1.1 |
| 5.2. | Баркодинг ДНК, как уникальный инструмент идентификации вида организма. | Лабораторные | 7 | 6 | ПК-1 | Л2.1, Л1.1 |
| 5.3. | Ознакомление со способами переноса векторов с целевым геном в клетки. Лигирование фрагмента ПЦР в плазмиду с помощью коммерчески доступного набора. Трансформация бактерий E. coli лигазной смесью химическим методом. Ознакомление с методами скрининга трансформантов (на селективной среде, с помощью ПЦР). | Сам. работа | 7 | 6 | ПК-1 | Л2.1, Л1.1 |
| Раздел 6. Перспективы применения методов молекулярной генетики и биоинженерии в различных сферах деятельности человека. | ||||||
| 6.1. | Ознакомление со способами переноса векторов с целевым геном в клетки. Лигирование фрагмента ПЦР в плазмиду с помощью коммерчески доступного набора. Трансформация бактерий E. coli лигазной смесью химическим методом. Ознакомление с методами скрининга трансформантов (на селективной среде, с помощью ПЦР). | Лекции | 7 | 5 | ПК-1 | Л2.1, Л1.1 |
| 6.2. | Использование молекулярно-генетических методов в медицине, криминалистики, сельском хозяйстве. Роль молекулярной биологии в филогенетических исследованиях. Синтез лекарственных препаратов с помощью бактерий. Основные направления и достижения генной инженерии животных и растений. Генетическая инженерия человека. Генная терапия | Сам. работа | 7 | 6 | ПК-1 | Л2.1, Л1.1 |
| 6.3. | Экзамен | 7 | 27 | ПК-1 | Л2.1, Л1.1 | |
5. Фонд оценочных средств
| 5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины |
Тестовые задания 1. Вид связи, образующиеся между аминокислотами: А) водородная Б) пептидная В) сульфидная Г) нет правильного ответа 2. Вырожденность генетического кода – это явление при котором… А) аминокислоты не кодируются вообще Б) каждая аминокислота кодируется одним кодоном В) аминокислоты кодируются более, чем одним кодоном Г) нет правильного ответа 3. Мутация, при которой происходит сокращение количества нуклеотидов А) дупликация Б) инверсия В) инсерция Г) нет правильного ответа 4. Замена между пурином и пиримидином называется А) Трансверсия Б) Транзиция В) Инверсия Г) нет правильного ответа 5. Процесс ведущий к образованию генетически гетерогенных последовательностей называется – А) диверсификация Б) дивергенция В) генетическая гетерогенность Г) нет правильного ответа 6. Какие нуклеотиды имеют пуриновые основания? А) A и G Б) A и C В) A и T Г) нет правильного ответа 7. Последовательности бывают А) консерватиными Б) инвариантными В) изменчивыми Г) все варианты правильные 8. На каком положении основан базовый принцип молекулярной эволюции? А) наиболее вероятный сценарий эволюции группы последовательностей требует минимального числа эволюционных событий Б) наиболее вероятный сценарий эволюции группы последовательностей требует максимального числа эволюционных событий В) наиболее вероятный сценарий эволюции группы последовательностей утверждает, что число эволюционных событий варьирует Г) все варианты правильные 9. Синонимичная нуклеотидная замена – замена, при которой А) кодируемая аминоксилота не изменяется Б) нуклеотид в кодоне заменяется на такой же В) триплет, кодирующий аминокислоту заменяется на стоп-кодон Г) нет правильного ответа 10. Какие нуклеотиды имеют пиримидиновые основания? А) A и G Б) A и C В) С и T Задания открытого типа a. Название прибора, в котором проводят ПЦР? b. Перечислите стадии ПЦР? c. Кто изобрел полимеразную цепную реакцию в 1983 году? d. При какой температуре протекает стадия ПЦР – отжиг праймера. e. Что позволило существенно упростить и автоматизировать проведение ПЦР в 1986 году? f. Как называется определение аминокислотных и нуклеотидной последовательности? g. Наименьшая эволюционирующая единица это? h. Верно ли, что первые организмы были автотрофами (прокариоты). Окаменелые остатки и следы их жизнедеятельности обнаружены в осадочных породах возрастом около 3,5 млрд лет? i. Религиозная и философская концепция, согласно которой основные формы органического мира (жизнь), человечество, планета Земля, а также мир в целом, рассматриваются как непосредственно созданные Творцом или Богом. j. Критерии оценивания: Каждое правильно выполненное задание оценивается 1 баллом. |
| 5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.) |
| не предусмотрены |
| 5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации |
| Вопросы для промежуточной аттестации по дисциплине 1. Предмет, цели и задачи молекулярной генетики. Предпосылки возникновения и этапы развития. 2. История молекулярной генетики. Этапы становления. 3. История открытия нуклеиновых кислот. Работы Ф. Мишера, Р. Альтмана, А. Косселя, Э.Фишера, Ф. Левена. 4. История открытия структуры ДНК. Работы Л. Полинга, Дж. Уотсона, Ф. Крика, М. Уилкинса, Р. Франклин. 5. Предмет, задачи и методы молекулярной генетики. 6. Структура нуклеотида. Основные компоненты, типы химических связей, номенклатура нуклеотидов. Значение нуклеотидов. 7. Структура и функции ДНК. Первичная и вторичная структура. Основные характеристики вторичной структуры ДНК 8. Формы двойной спирали. Основные особенности. 9. Третичная структура ДНК. Уровни компактизации. Значение компактизации. 10. Гистоны. Фракции. Особенности гистоновых генов. Функции гистонов. 11. Генетический код. Свойства генетического кода. 12. Особенности строения РНК. Минорные нуклеотиды. 13. Вторичная и третичная структура РНК. Общие принципы структурной организации. 14. Типы РНК, особенности структуры и функций. 15. Рибосомальная РНК. Структура, функции. Типы rРНК прокариот и эукариот. 16. Транспортная РНК. Структура, функции. Характеристика основных элементов вторичной структуры. 17. Матричная РНК. Структура, функции. Особенности структурных элементов mРНКу прокариот и эукариот. 18. Репликация ДНК. История открытия механизма. Основные принципы репликации. 19. Репликация ДНК прокариот. Характеристика этапов репликации и факторов, участвующих в процессе. 20. Репликация ДНК эукариот. Характеристика этапов репликации и факторов, участвующих в процессе. 21. ДНК-полимеразы. Структура. Виды активности. Особенности ДНК-полимераз прокариот и эукариот. 22. Репликон. Типы репликативных систем. Структура репликона прокариот и эукариот. 1. 23. Транскрипция. Принципы транскрипции. Общая структура транскриптона. Центральная догма молекулярной биологии. 2. Репликация, Транскрипция, Трансляция. Теории эволюции. 3. История развития геномных исследований. Геномная революция конца XX века. 4. Что такое консенсусная последовательность? 5. Сложности расшифровки генома высших эукариот и пути их преодоления. 6. В каком случае можно говорить о фиксации мутации? 7. Секвенирование ДНК по методу Сэнгера: возможности и ограничения. 8. Принцип действия, достоинства и недостатки геномных секвенаторов второго поколения, использующих детекцию протонов (Ion Torrent) 9. Молекулярные базы данных. Специализация, структура и методы поиска информации. 10. Транскриптомные и протеомные подходы к идентификации функций структурных элементов генома. 11. Вклад горизонтального переноса генов в эволюцию геномов про- и эукариот 12. Острова патогенности. Концепция пангенома. 13. Что такое “нейтральная теория молекулярной эволюции “? 14. Классификация, строение и основные свойства мобильных генетических элементов прокариот 15. Отличительные черты геномов растений. |
| Приложения |
|
Приложение 1.
ФОС_Молекулярная генетика_06.04.01 2020.docx
|
6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
| 6.1. Рекомендуемая литература | ||||
| 6.1.1. Основная литература | ||||
| Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
| Л1.1 | Жимулев И.Ф. | Общая и молекулярная генетика: | Новосибирск: НГУ , 2003 | 69 |
| 6.1.2. Дополнительная литература | ||||
| Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
| Л2.1 | Никольский В.И. | Генетика: учеб. пособие для вузов | М.: Академия, 2010 | 3 |
| 6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет" | ||||
| Название | Эл. адрес | |||
| Э1 | Генбанк ЮСБС | old.ssbg.asu.ru | ||
| Э2 | EMBL Nucleotide Sequence Database. База данных нуклеотидных последовательностей Европейской Молекулярно-Биологической Лаборатории | www.embl.org | ||
| Э3 | Международная база данных последовательностей олигонуклеотидов | www.ncbi.nlm.nih.gov | ||
| Э4 | Курс в системе Moodle | portal.edu.asu.ru | ||
| 6.3. Перечень программного обеспечения | ||||
| Microsoft Office,Microsoft Windows, 7-Zip, AcrobatReader Microsoft Office 2010 (Office 2010 Professional, № 4065231 от 08.12.2010), (бессрочно); Microsoft Windows 7 (Windows 7 Professional, № 61834699 от 22.04.2013), (бессрочно); Chrome (http://www.chromium.org/chromium-os/licenses), (бессрочно); 7-Zip (http://www.7-zip.org/license.txt), (бессрочно); AcrobatReader (http://wwwimages.adobe.com/content/dam/Adobe/en/legal/servicetou/Acrobat_com_Additional_TOU-en_US-20140618_1200.pdf), (бессрочно); ASTRA LINUX SPECIAL EDITION (https://astralinux.ru/products/astra-linux-special-edition/), (бессрочно); LibreOffice (https://ru.libreoffice.org/), (бессрочно); Веб-браузер Chromium (https://www.chromium.org/Home/), (бессрочно); Антивирус Касперский (https://www.kaspersky.ru/), (до 23 июня 2024); Архиватор Ark (https://apps.kde.org/ark/), (бессрочно); Okular (https://okular.kde.org/ru/download/), (бессрочно); Редактор изображений Gimp (https://www.gimp.org/), (бессрочно) | ||||
| 6.4. Перечень информационных справочных систем | ||||
| Генбанк ЮСБС: http://old.ssbg.asu.ru/dna.php; EMBL Nucleotide Sequence Database. База данных нуклеотидных последовательностей Европейской Молекулярно-Биологической Лаборатории: http://www.embl.org/ Международная база данных последовательностей олигонуклеотидов: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/ БД 2020622560 от 08.12.2020 Скапцов М.В., Колтунова А.М., Куцев М.Г., Уварова О.В., Синицына Т.А., Шмаков А.И "Молекулярно-генетические маркеры пищевых,лекарственных растений и сельскохозяйственных культур" БД 2022623020 от 22.11.2022 Бычкова О.В., Бровко Е.С., Небылица А.В. "Вирусы картофеля: распространение, симптоматика,строение генома" | ||||
7. Материально-техническое обеспечение дисциплины
| Аудитория | Назначение | Оборудование |
|---|---|---|
| 214Л | лаборатория систематики высших растений; кабинет ботаники и физиологии растений - 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 16 посадочных мест; рабочее место преподавателя; доска меловая 1 шт.; стационарный экран: марка ScreenMedia Economy - 1 шт.; микроскоп МБС-10 - 12 шт.; микроскоп Микромед - 4 шт.; микроскоп монокулярный Микмед - 4 шт., микроскоп ЛОМО – 4 шт., шкаф для хранения оптики – 1 шт.; шкаф для хранения демонстрационных материалов - 5 шт. |
| 119Л | абонемент и читальный зал научной литературы фен – помещение для самостоятельной работы | Учебная мебель на 44 посадочных места; компьютер; ноутбуки с подключением к информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», доступом в электронную информационно-образовательную среду АлтГУ |
| 016Л | склад кафедры ботаники – помещение для хранения и профилактического обслуживания учебного оборудования | Палатка Lair4 - 7 шт.; палатка Скаут Sahara-4 - 8 шт.; палатка Comfort 4 - 2 шт.; пенетромер почвенный (трость агронома) - 1 шт.; полный набор буров для отбора всех типов почв и донных осадков на глубину до 5 м - 1 шт.; почвенный цилиндрический бур 05.07 - 1 шт.; пробоотборник почвенный с подножкой - 1 шт.; мешок спальный - 9 шт.; мешок спальный Mountain зеленый - 20 шт.; спальный мешок - 20 шт. |
8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины
| Формами текущего контроля при прохождении дисциплины «Молекулярная генетика» является контроль посещаемости занятий, защита результатов лабораторных работ (отчетов), реферата и контрольной работы. К экзамену считается допущенным магистрант, который посетил 75% лекций и все практические (лабораторные) занятия, по которым написаны отчеты. К каждому лабораторному занятию магистранты получают тему и метод, который будет освоен. На лабораторном занятии на первом этапе происходит обсуждение теоретической основы метода, затем проводится практическое освоение метода и частично на лабораторной, частично дома студенты оформляют результаты, их обсуждение и выводы. Лабораторные (практические) занятия проводятся в лаборатории Южно-Сибирского ботанического сада Алтайского государственного университета. В экзаменационный билет включено два теоретических вопроса соответствующих содержанию формируемых компетенций. Экзамен проводится в устной форме. На ответ магистранту отводится 45 минут. Максимально за ответ на экзамене магистрант может заработать 50 баллов, остальные 50 баллов получает в процессе текущего контроля. Текущее и экзаменационное оценивание освоения курса происходит в соответствии с балльно-рейтинговой системой |