Syllabus
1. Teorie dědičnosti. Mendlovy zákony a jejich výjimky (paramutace, genová konverze, meiotický tah, genový imprinting). Weismanova bariéra a význam germinální linie. Dědičnost kvantitativních znaků. Dědivost. Epigenetická dědičnost. Cesta od genotypu k fenotypu. Ontogeneze. Vliv prostředí. Fenotypová plasticita a vývojová kanalizace.
2. Struktura a evoluce genomu. Velikost genomu. Organizace a struktura genomu. Definice pojmu gen (molekulární vs. genetické pojetí). Encyklopedie DNA elementů. Nekódující RNA a jejich význam. Repetitivní sekvence.
3. Genové konflikty. Sobecký gen. Vnitrogenomový konflikt genů. Konflikty mezi geny s různým způsobem dědičnosti. Meiotický a zygotický tah. Sobecké pohlavní chromosomy. Transpozony. Význam meiózy a rekombinace při zabránění konfliktů. Horizontální přenos.
4. Úvod do populační genetiky I. Chápání evoluce ve smyslu změn ve frekvenci alel. Mutace jako zdroj genetické variability. Typy mutací. Mutační rychlost. Evoluce genomovou duplikací. Panmiktická populace. Hardy-weinbergův zákon. Efektnivní velikost populace. Mechanismy odpovědné za změny ve frekvenci alel v populaci. Gentický drift.
5. Úvod do populační genetiky II. Selekce jako mechanismus změn frekvence alel v populaci. Typy selekce. Populační struktura. Migrace. Význam genetické vazby. Vazebná nerovnováha. Genetické svezení se (hitchhiking, selective sweeps).
6. Neutrální teorie molekulární evoluce. Genetický polymorfismus a jeho odhady. Doba fixace mutace. Molekulární hodiny a odhad doby divergence dvou taxonů. Faktory ovlivňující rychlost molekulárních hodin (hypotéza generační doby, metabolická hypotéza, hypotéza dlouhověkosti). Téměř neutrální teorie evoluce. Souvislost mezi rychlostí molekulární a fenotypické evoluce.
7. Detekce selekce na molekulární úrovni. Negativní selekce, pozitivní selekce, balancing selekce. “Selective sweep” a jeho průvodní jevy. Testy selekce založené na: distribuci frekvence alel (Tajima’s D test), míře vazebné nerovnováhy, míře diferenciace populací (Fst outlier test), porovnání vnitrodruhového polymorfismu a mezidruhové divergence (Hudson-Kreitman-Aguadé test, McDonald-Kreitman test), relativním počtu nesynonymních a synonymních substitucí mezi druhy (KA/KS test). Identifikace pozitivně selektovaných genů v lidské populaci.
8. Teorie koalescence. Genové genealogie. „Most Recent Common Ancestor (MRCA)“. Mitochondriální Eva. Rekonstrukce haplotypových stromů. Genový vs. fylogenetický strom. Sortování linií a ancestrální polymofismus. Genové genealogie a rekombinace.
9. Funkční genetika. “Forward” a “reverse” genetika a jejich nástroje. Cílená mutageneze. Genové pasti. Genetické mapování a poziční klonování. Mapování kvantitativních znaků (“Qutatitative Trait Loci”, QTL). Vazebná analýza pomocí BC či F2 křížení. Rekombinantně inbrední kmeny, konzomické kmeny. Vazebná analýza pomocí rodokmenů. Haplotypová mapa lidského genomu a asociační mapování. Příklady genů odpovědných za lidské choroby identifikovaných pomocí nových přístupů asociačního mapování.
10. Evoluce genové exprese. Metody studia genové exprese. Variabilita v genové expresi v rámci druhu a mezi druhy. Vznikají adaptace častěji změnou v kódující sekvenci či změnou v genové exprese? Studium evoluce genové exprese. Jsou mezidruhové rozdíly v genové expresi neutrální či adaptivní? Jsou změny v expresi způsobené častěji mutacemi v cis- anebo trans- regulačních oblastech? Mapování expresních QTL. “Copy number variation” (CNV) jako příčina změny genové exprese. Evoluce transkriptomu změnami v alternativním sestřihu
11. Speciace. Definice pojmu druh. Sympatrická a alopatrická speciace. Speciace hybridizací. Reprodukčně izolační mechanismy. Genetická podstata reprodukční izolace. Dobzansky-Muller nekompatibility. Haldaneovo pravidlo a velký vliv pohlavních chromosomů na vznik reprodukční izolace. Speciační geny. Mezidruhová hybridizace a genový tok mezi druhy
Annotation
The lectures are given in English language if there is at least one foreign (non-Czech speaking) student.
Evolutionary genetics is a broad field that combines the studies of genetics, molecular biology and evolution. The field originated in the first half of the 20th century by integration Charles Darwin’s theory of evolution with Gregor Mendel’s theory of inheritance called „modern synthesis“. It attempts to account for evolution in terms of changes in allele and genotype frequencies within populations and the processes that transform the variation within populations into genetic differences between species. The field is based on mathematical theory of population genetics founded by R. A. Fisher, S. Wright, and J. B. S. Haldane describing the influence of genetic grift, selection and gene flow on genetic variation. The important part of the evolutionary genetics is the theory of neutral evolution described by S. Ohno and the theory of coalescence. In the last two decades, the development of new sequencing technologies provided the opportunity to study the real genetic variation in natural populations at the genome level and infer from it past demographic history of populations, signs of selection at individual genes, evolutionary relationships among species and signs of interspecific gene flow. The course starts with the introduction to genome biology and basic principles of inheritance, continues with description of population genetic theory and ends with description of processes that leads to split of evolutionary lineages and generation of species diversity. The important part of the course are presentations of students on the selected topics from evolutionary genetics.