Новосибирский государственный аграрный

ФГОУ ВПО «НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Факультет
Кафедра
биолого-технологический
ветеринарной генетики и биотехнологии
«УТВЕРЖДАЮ»
Декан факультета
______________ К.В. Жучаев
«_____» ______________2011 г.
Рег. № ____________________
«_____» _____________ 2011 г.
ФГОС 2010 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Учебная дисциплина ДС «Генетика онтогенеза»
по направлению 111100.62 «Зоотехния»
Форма обучения очная
Биологотехнологический факультет
Курс …4…………………………………………………………………………………………...
Семестр …8…………………………………………………………………….…………..
Вид и объем занятий
Часов
Форма контроля
очн.
Количество,
семестр
очн.
Объем по ФГОС
116
Курсовой проект
–
Объем по учебному плану, всего
116
Курсовая работа
–
В том числе: аудиторные занятия
32
Контрольная работа
Лекции
22
Реферат
Лабораторно-практические
занятия
Самостоятельная работа
10
84
Экзамен
Зачет
1/8
–
1/8
НОВОСИБИРСК 2011
1
ББК
УДК
К
Рабочая программа составлена на основе требований Федерального
государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования,
утвержденного 25 января 2010 г. к содержанию и уровню подготовки выпускников по
направлению подготовки «Зоотехния», и рабочего учебного плана, утвержденного ученым
советом НГАУ «___»____________200__г.
Программу разработал
Кочнев Николай Николаевич
Профессор кафедры ветеринарной генетики и биотехнологии,
доктор биологических наук, профессор.
Программа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры
ветеринарной генетики и биотехнологии
Протокол № _______ от «_____» ______________________ 2011 г.
Зав. кафедрой Петухов В.Л., доктор биологических наук, профессор ___________________
подпись
_____________________________________________________________________________________________
Программа рассмотрена и одобрена методическим комиссией
Протокол № ________ от «____» ____________________ 2011 г.
Председатель совета (Фамилия И.О., уч. степень, звание) ____________________________
_____________________________________________________________________________
подпись
2
РАЗДЕЛ 1. ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЙ
1.1. Выписка из государственного образовательного стандарта
Дисциплина специализации «Генетика онтогенеза» должна изучать следующие
вопросы: цитологические основы наследственности; закономерности наследования
признаков; взаимодействия генов в реализации наследственности и изменчивости в
онтогенезе, генетика пола, молекулярные основы наследственности; основы
биотехнологии и генетической инженерии; дифференциальная активность генов, мутации
и мутагенез на уровне клеточных популяций; иммуногенетика, наследственная патология
и методы профилактики.
1.2. Ссылка на типовую программу учебной дисциплины
Программа дисциплины специализации «Генетика онтогенеза» составлена на
основе
примерной программы учебной дисциплины «Генетика и биометрия»,
утвержденной 15 марта 2001 г. Департаментом образовательных программ и стандартов
профессионального образования Министерства образования Российской Федерации.
1.3. Цели и задачи учебной дисциплины
Дисциплина «Генетика онтогенеза» предназначена для того, чтобы ознакомить
студентов с современными представлениями о реализации наследственности и
изменчивости организма в ходе индивидуального развития, молекулярных основах
наследственности, использовании генетических знаний в селекции и регулировании роста
и развития.
Основной целью дисциплины является формирование и закрепление системного
подхода при получении теоретических и практические знаний в области современной
генетики.
Исходя из цели, в процессе изучения дисциплины решаются следующие задачи:
– изучение важнейших свойств живых организмов – наследственность и изменчивость;
– освоение цитологических и молекулярных основ наследственности;
– изучение закономерностей наследования признаков при половом размножении;
– использование биотехнологических методов с целью повышения продуктивности,
жизнеспособности и устойчивости животных к болезням;
– изучение генетического механизма регуляции пола;
– использование современных методов генетики;
– изучение влияния вредных веществ на наследственность организма.
Большой круг вопросов, которые охватывает генетика, не может быть решен без
связи с такими науками, как цитология, биология, органическая и биологическая химия,
микробиология, математика. В связи с этим изучение генетики возможно после усвоения
студентами указанных дисциплин и должно предшествовать изучению курсов
«Разведение сельскохозяйственных животных» и «Морфология и физиология
сельскохозяйственных животных».
1.4. Требования к уровню освоения дисциплины
По окончании изучения дисциплины в соответствии с требованиями
Государственного образовательного стандарта к уровню подготовки выпускника по
специальности студент должен:
3
– иметь представление о современных достижениях в разных областях генетики
(цитогенетика, иммуногенетика, молекулярная, генная инженерия), об использовании
генетических методов в повышении продуктивности, жизнеспособности и устойчивости
растений и животных к болезням;
– знать теоретические основы и закономерности наследственности изменчивости
растений и сельскохозяйственных животных применительно к экспериментальной
генетике, цели и принципы генетического анализа, методы, используемые в генетике
(гибридологический, мутационный, цитогенетический, генеалогический, популяционный,
близнецовый, биохимический), значение генетики для решения задач селекции;
–
уметь
работать
со
специальной
литературой,
анализировать
данные
гибридологического, цитогенетического, биохимического и генеалогического анализов,
выявлять характер независимого и сцепленного наследования признаков, типы
взаимодействия аллельных и неаллельных генов, сцепление генов и кроссинговер,
оценить и спрогнозировать влияние различных технологических приемов на рост,
развитие и продуктивность сельскохозяйственных животных.
1.5. Виды и формы контроля
Текущий контроль проводится систематически с целью установления уровня
овладения студентами учебным материалом. В течение семестра в соответствии с рабочим
учебным планом выполняется 1 контрольная работа и 2 задания на лабораторнопрактических занятиях.
Промежуточный контроль проводится с целью установления остаточных знаний по
дисциплине в виде тестирования.
Итоговый контроль – для контроля усвоения дисциплины «Генетика онтогенеза»
учебным планом предусмотрен зачет в 8-м семестре, который проводится в устной форме.
1.6. Виды активных методов и форм обучения
Формы – лекции, лабораторно-практические занятия, текущая самостоятельная
работа по выполнению контрольной работы, контрольных заданий, тестов, по подготовке
к зачету.
Методы – решение практических и теоретических задач, дискуссии.
4
№
п/п
1
1
1.1
1.2
1.3
2
2.1
2.2.
3
3.1.
3.2.
4
4.1.
5
5.1.
6
6.1.
РАЗДЕЛ 2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
2.1. Тематический план учебной дисциплины
Количество часов
очное
прак самос
Наименование разделов
тояте
и тем
лекц тиче
ские
льная
всего
ии
занят работ
ия
а
2
3
4
5
6
7
8
9
Предмет, методы и значение генетики онтогенеза
Предмет, методы и
2
2
значение дисциплины.
Роль наследственности
2
8
10
и
изменчивости
в
онтогенезе.
Цитологические основы
2
8
10
наследственности.
Дифференциальная активность генов
Структура и функции
2
2
10
14
генов.
Регуляция
синтеза и-РНК и белка.
Концепция
оперона.
2
2
10
14
Роль ядра и цитоплазмы
в развитии.
Регулирование синтеза макромолекул в клетке
Цитоплазматическое
2
2
8
12
регулирование синтеза.
Гибридизация.
2
2
10
14
Роль наследственности в патологии и методы профилактики
Роль наследственности
4
2
10
16
в патологии и методы
профилактики
нарушений
Гены и морфогенез
Гены и морфогенез.
2
10
12
Фенокопия.
Внехромосомное
наследование.
Основы генетики поведения
Основные формы
2
10
12
поведения и факторы
влияния.
Итого:
22
10
84
116
2.3. Содержание отдельных разделов и тем
1. Предмет, методы и значение генетики онтогенеза
1.1. Предмет, методы и значение дисциплины.
10
Предмет онтогенетики. Место онтогенетики среди биологических наук. Методы
онтогенетики: цитологический, гибридологический, мутационный, цитогенетический,
биохимический. Основные этапы развития этого направления. Роль отечественных и
зарубежных ученых в развитии онтогенетики. Значение генетики онтогенеза для решения
задач селекции, биотехнологии, экологии, медицины и ветеринарии.
1.2. Роль наследственности и изменчивости в онтогенезе.
Типы онтогенеза. Общие закономерности онтогенеза. Рост и развитие.
Наследственность и изменчивость, их виды. Понятие о наследственной и
ненаследственной изменчивости. Формирование признаков как результат взаимодействия
генотипа и факторов среды. Норма реакции генотипа. Адаптивный характер
модификаций.
1.3. Цитологические основы наследственности.
Деление клетки и воспроизведение. Митотический цикл и фазы митоза. Мейоз и
образование гамет. Конъюгация хромосом. Редукция числа хромосом. Генетическая роль
митоза и мейоза.
Кариотип. Парность хромосом в соматических клетках. Гомологичные хромосомы.
Специфичность морфологии и числа хромосом. Строение хромосом.
Геномные изменения: полиплоидия, анеуплоидия. Роль полиплоидии в эволюции и
селекции. Анеуплоидия: нуллисомики, моносомики, полисомики. Особенности мейоза и
образования гамет у анеуплоидов, их плодовитость и жизнеспособность.
Хромосомные перестройки: делеции, дупликации, инверсии, транслокации,
транспозиции. Механизмы их возникновения. Особенности мейоза при различных типах
перестроек.
Классификация генных мутаций. Общая характеристика молекулярной природы
возникновения генных мутаций: замена оснований, выпадение или вставка оснований.
2. Дифференциальная активность генов
2.1. Структура и функции генов. Регуляция синтеза и-РНК и белка.
Понятия: ген, генотип и фенотип. Гомозиготность и гетерозиготность..
Представление об аллелях и их взаимодействиях: полное и неполное доминирование,
сверхдоминирование, кодоминирование. Закон «чистоты гамет».
Неаллельные взаимодействия: новообразование, комплементария, эпистаз,
плейотропное действие гена, полимерия, гены-модификаторы. Полигенное наследование
количественных признаков. Понятие об экспрессивности и пенетрантности гена.
Генетический код. Синтез белка в клетке. Понятие о генетической информации.
Доказательства роли ядра и хромосом и явлениях наследственности. Локализация генов в
хромосомах. Роль цитоплазматических факторов в передаче наследственной информации.
Молекулярные основы наследственности. Доказательства генетической роли
нуклеиновых кислот. Структура ДНК и РНК. Функции нуклеиновых кислот в реализации
генетической информации: репликация, транскрипция и трансляция.
Свойства генетического кода. Доказательства триплетности кода. Расшифровка
кодонов. Вырожденность кода. Терминирующие кодоны. Универсальность кода.
2.2. Концепция оперона. Роль ядра и цитоплазмы в развитии.
6
Дифференциальная активность генома. Система взаимодействия цитоплазмы и
ядра. Опыт Гольдстейна с пересадкой меченых ядер у амёбы.
Молекулярные механизмы регуляции действия генов. Регуляция транскрипции на
уровне промотора, функций РНК-полимеразы. Системная регуляция. Оперонные системы
регуляции (теория Жакоба и Моно). Генетический анализ лактозного оперона. Регуляция
транскрипции на уровне терминации на примере триптофанового оперона.
Принципы регуляции действия генов у эукариот. Особенности организации
промоторной области у эукариот. Посттранскрипционный уровень регуляции синтеза
белков.
3. Регулирование синтеза макромолекул в клетке
3.1. Цитоплазматическое регулирование синтеза.
Опыты Гордона и Брауна по трансплантации ядра. Материнский эффект на начальных
стадиях онтогенеза. Тотипотентность. Экспрессивность и пенетрантность.
3.2. Гибридизация и клонирование.
Межвидовые скрещивания. Трансплантация эмбрионов. Принципы клонирования
и получения трансгенных организмов. Задачи и методология генетической инженерии.
Методы выделения и синтеза генов. Понятие о векторах. Геномные библиотеки. Способы
получения рекомбинантных молекул ДНК, методы клонирования генов. Основы
генетической инженерии растений и животных: трансформация клеток высших
организмов, введение генов в зародышевые и соматические клетки животных. Получение
с помощью генетической инженерии трансгенных организмов. Значение генетической
инженерии и биотехнологии в решении задач сельского хозяйства и различных отраслей
народного хозяйства.
4. Роль наследственности в патологии и методы профилактики
4.1. Роль наследственности в патологии и методы профилактики нарушений.
Врожденная патология. Понятие об иммунитете и иммунной системе организма.
Неспецифические факторы защиты. Специфический иммунитет. Клеточная и гуморальная
системы иммунитета. Роль В- и Т-лимфоцитов. Генетический контроль иммунного ответа.
Теория иммунитета. Учение об уродствах и врожденных аномалиях. Понятие о
генетических, наследственно-средовых и экзогенных аномалиях. Определение типа
наследования аномалий. Распространение генетических аномалий в популяциях животных
разных видов и их профилактика. Генетическая устойчивость и восприимчивость к
заболеваниям: к бактериальным и протозойным болезням, к гельминтозам, к вирусным
инфекциям. Роль наследственности в проявлении незаразных болезней. Моногенный и
полигенный характер устойчивости. Влияние факторов среды на проявление
устойчивости к заболеваниям. Методы и мероприятия по повышению устойчивости
животных к наследственным заболеваниям.
5. Гены и морфогенез
5.1. Гены и морфогенез. Фенокопия. Внехромосомное наследование.
7
Последовательность этапов дифференцировки. Эмбриональная индукция.
Критические периоды эмбриогенеза. Влияние условий жизни на развитие матери и плода.
Периодизация постнатального онтогенеза.
Мутагенез и мутагены. Спонтанный и индуцированный мутационный процесс.
Радиационный мутагенез: генетические эффекты ионизирующего излучения и УФ-лучей.
Химический мутагенез. Особенности мутагенного действия химических агентов.
Факторы, модифицирующие мутационный процесс. Антимутагены. Мутагены
окружающей среды и методы их тестирования. Представление о прямых и обратных,
генеративных и соматических мутациях.
6. Основы генетики поведения
6.1. Основные формы поведения и факторы влияния.
Основы этологии с.-х. животных. Основные формы поведения животных. Влияние
факторов среды и материнского организма на поведение и адаптацию организма
животных. Генетические основы высшей нервной деятельности и поведения. Учение И.П.
Павлова и И.М. Сеченова об условно-рефлекторной деятельности как реакции на внешние
раздражения. Факторы, влияющие на поведение животных: доместикация, селекция,
стабилизирующий отбор, стресс и др. Использование генетически обусловленного
поведения животных в селекционной практике.
2.4. Содержание и организация самостоятельной работы
Самостоятельная работа студентов рассматривается как одна из форм обучения,
которая предусмотрена Государственным образовательным стандартом и рабочим
учебным планом по специальности. Целью самостоятельной работы студентов является
обучение навыкам работы с учебной и научной литературой и практическими
материалами, необходимыми для изучения курса «Генетики онтогенеза» и развитие у них
способностей к самостоятельному анализу полученной информации.
В процессе изучения дисциплины студент выполняет следующие виды
самостоятельной работы:
– подготовка и выполнение студентами очного отделения одной
5
контрольной работы по четырем разделам дисциплины «Генетика
онтогенеза».
– контрольная работа студентами заочного отделения выполняется
33
согласно методическим указаниям путем ответов на 6 вопросов, которые
выбираются по учебному шифру.
– подготовка к тестированию по темам следующих разделов:
14
«Дифференциальная активность генов», «Регулирование синтеза
макромолекул в клетке», «Роль наследственности в патологии и методы
профилактики», «Гены и морфогенез».
– подготовка к зачету.
6/6
РАЗДЕЛ 3. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
3.1. Перечень учебно-методических материалов, разработанных на кафедре:
3.1.1. Учебники и учебные пособия:
1. Генетика. Учебник /Стамбеков С.Ж., Короткевич О.С., Петухов В.Л. Новосибирск, 2006. – 616 с.
8
2. Кочнева М.Л., Духанин Ю.А. Цитогенетика: Учебное пособие / Новосиб. гос.
аграр. ун-т. НИИ вет. генетики и селекции. - Новосибирск, 2004. - 94 с.
3.1.2. Методические указания по выполнению лабораторных и практических заданий
по изучению отдельных тем дисциплины, разработанные на кафедре:
3. Менделизм и взаимодействие генов (рабочая тетрадь лабораторно-практических и
самостоятельных занятий для студентов и слушателей ФПК). Составители: Желтиков
А.И., Парамонов Е.В., Князев С.П., Петухов В.Л./ Новосиб. с.-х. ин-т. – Новосибирск,
1989.
4. Хромосомная теория наследственности (рабочая тетрадь лабораторнопрактических и самостоятельных занятий для студентов и слушателей ФПК).
Составители: Парамонов Е.В., Желтиков А.И., Князев С.П., Петухов В.Л./ Новосиб. с.-х.
ин-т. – Новосибирск, 1989.
5. Молекулярные основы наследственности и изменчивости (рабочая тетрадь
лабораторно-практических и самостоятельных занятий для студентов и слушателей ФПК).
Составители: Косолапиков А.В., Парамонов Е.В., Петухов В.Л, Желтиков А.И./ Новосиб.
с.-х. ин-т. – Новосибирск, 1989.
6. Цитогенетический контроль племенных животных (методические рекомендации
для слушателей ФПК, студентов зооинженерного и ветеринарного факультетов).
Составители: Парамонов Е.В., Петухов В.Л., Горбунов А.М. и др./ Новосиб. с.-х. ин-т. –
Новосибирск, 1989.
7. Иммуногенетика и цитогенетика животных (рабочая тетрадь лабораторнопрактических и самостоятельных занятий для студентов и слушателей ФПК).
Составители: Князев С.П., Парамонов Е.В., Петухов В.Л., Желтиков А.И./ Новосиб. с.-х.
ин-т. – Новосибирск, 1989.
8. Генетика популяций и количественных признаков (рабочая тетрадь лабораторнопрактических и самостоятельных занятий для студентов и слушателей ФПК).
Составители: Парамонов Е.В., Петухов В.Л., Косолапиков А.В., Желтиков А.И., Князев
С.П./ Новосиб. с.-х. ин-т. – Новосибирск, 1989.
9. Генетика: методические рекомендации по изучению дисциплины и задания для
контрольной работы // Составители: М.Л. Кочнева, Н.Н. Кочнев / Новосиб. гос. аграр. унт. – Новосибирск, 2006.
3.2. Список вопросов для подготовки к зачету
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
Основные этапы развития онтогенетики.
Методы исследования, используемые в генетике онтогенеза.
Изменчивость и наследственность, сущность этих явлений.
Классификация типов онтогенеза.
Строение клетки. Ядро и основные органоиды, их функции.
Понятие о кариотипе. Морфологические особенности хромосом.
Жизненный цикл клетки. Митоз и его значение.
Мейоз, его биологическое значение.
Гаметогенез, оплодотворение и морфогенез.
Понятие о качественных и количественных признаках.
Типы взаимодействия неаллельных генов, соотношение фенотипов во втором
поколении.
12. Летальные и полулетальные гены, их наследование.
13. Сцепленное наследование признаков. Основные положения хромосомной теории Т.
Моргана. Построение генетических карт.
14. Кроссинговер, его цитологическое доказательство и значение.
9
15. Половая дифференциация и механизмы детерминации пола. Нарушения по половым
хромосомам. Балансовая теория определения пола.
16. Наследование признаков, сцепленных с полом. Признаки, ограниченные полом.
17. Мутации и их классификация (по действию генов, проявлению признаков и
характеру изменения генетического материала).
18. Гаплоидия. Партеногенез.
19. Мутации и их классификация (по действию генов, проявлению признаков и
характеру изменения генетического материала).
20. Полиплоидия и анеуплоидия, механизмы возникновения.
21. Мутагенез, мутагены и механизмы репарации.
22. Доказательства роли нуклеиновых кислот в формировании наследственности
(трансформация, трансдукция).
23. ДНК: строение, функции и репликация.
24. Строение и виды РНК. Процессинг и сплайсинг.
25. Генетический код и его свойства.
26. Стадии белкового синтеза: транскрипция и трансляция.
27. Регуляция экспрессии гена на примере оперона.
28.
29. Методы изучения врожденных аномалий и
наследственной устойчивости к
болезням.
30. Болезни с наследственной предрасположенностью и методы их профилактики.
3.4. Темы контрольных работ
1. Цитогенетические основы наследственности.
2. Закономерности наследования признаков при половом размножении.
3. Типы взаимодействия неаллельных генов при формировании признаков.
4. Сцепленное наследование признаков. Кроссинговер.
5. Детерминация и регуляция пола. Наследование признаков, сцепленных с полом.
6. Транскрипция и трансляция генетического материала.
7. Генетический код и его свойства.
8. Биосинтез белка в клетке.
9. Регуляция экспрессии генов на стадии транскрипции, процессинга и трансляции.
10. Изучение действия гена методами биохимической генетики.
11. Трансплантация и клонирование.
12. Биотехнология и ее роль в сельском хозяйстве.
13. Мутагенез. Мутагены.
14. Мутационная изменчивость. Классификация мутаций. Влияние тератогенных и
канцерогенных факторов на развитие организма.
3.5. Список основной и дополнительной литературы
3.5.1. Основная
1. Генетика. Учебник /Стамбеков С.Ж., Короткевич О.С., Петухов В.Л. Новосибирск, 2006. – 616 с.
2. Меркурьева Е.К., Абрамова В.В., Бакай А.В. Генетика. - М.: Агропромиздат, 1991.
- 446 с.
3.5.2. Дополнительная
3. Генетика с основами биометрии / Е.К. Меркурьева, Г.Н. Шангин-Березовский. –
М.: Колос, 1983. – 400 с.
10
4.
5.
6.
7.
Кайданов Л.З. Генетика популяций.- М.: Высш. Шк., 1996.- 320 с.
Дубинин Н.П. Общая генетика. 3-е изд. - М.: Наука, 1986.- 559 с.
Иванова О.А. Генетика. 2-е изд. М.: Колос, 1974.- 431 с.
Генетика в вопросах и ответах/ Е.И. Морозов, Е.И. Тарасевич, В.С. Анохина.- 2-е
изд., перераб. И доп.- Мн.: Университетское, 1989.- 288 с.
8. Инге-Вечтомов С.Г. Генетика с основами селекции.- М.: Высш. шк., 1989. - 591 с.
9. Льюин Б. Гены: пер. с англ.- М.: Мир, 1987.- 544 с.
10. Дубинин Н.П. Некоторые проблемы современной генетики.- М.: Наука, 1986.224с.
3.6. Перечень иллюстративных материалов
– тесты по темам дисциплины «Генетика онтогенеза»;
– задания по темам, приведенным в разделе 2.3.;
– наборы заданий;
– фотографии препаратов хромосом, аномальных животных.
11