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.01.01 |
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
| ПК-2 | Способен осуществлять научно-исследовательскую деятельность по решению фундаментальных и прикладных задач биологической направленности |
| ПК-2.1 | Знает теоретические основы планирования, организации и проведения научных исследований биологической направленности |
| ПК-2.2 | Умеет формулировать цель и задачи научного исследования; осуществлять обработку и анализ научной информации |
| ПК-2.3 | Владеет навыками выполнения научных исследований; оформления и представления результатов |
| 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-2.1, ПК-2.2, ПК-2.3 | Л2.1, Л1.1 |
| 1.2. | Выделение ДНК и РНК, электрофорез, обратная транскрипция, полимеразная цепная реакция. | Лабораторные | 7 | 6 | ПК-2.1, ПК-2.2, ПК-2.3 | Л2.1, Л1.1 |
| 1.3. | Регулятивная функция транскрипциии трансляции. Схема негативной индукции. | Сам. работа | 7 | 6 | ПК-2.1, ПК-2.2, ПК-2.3 | 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-2.1, ПК-2.2, ПК-2.3 | Л2.1, Л1.1 |
| 2.2. | Выделение тотальной ДНК, Постановка ПЦР в реальном времени. Подготовка проб к секвенированию | Лабораторные | 7 | 4 | ПК-2.1, ПК-2.2, ПК-2.3 | Л2.1, Л1.1 |
| 2.3. | Молекулярная основа наследственности. Секвенирование следующего поколения.Рибосомы. | Сам. работа | 7 | 10 | ПК-2.1, ПК-2.2, ПК-2.3 | 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-2.1, ПК-2.2, ПК-2.3 | Л2.1, Л1.1 |
| 3.2. | Организация генотипа и формы наследственной изменчивости эукариот.Внеядерная наследственность. | Сам. работа | 7 | 6 | ПК-2.1, ПК-2.2, ПК-2.3 | Л2.1, Л1.1 |
| Раздел 4. Методы анализа и интерпритации результатов. | ||||||
| 4.1. | Програмное обеспечение, анализ результатов молекулярно-генетического анализа. | Лабораторные | 7 | 8 | ПК-2.1, ПК-2.2, ПК-2.3 | 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 | 5 | ПК-2.1, ПК-2.2, ПК-2.3 | 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-2.1, ПК-2.2, ПК-2.3 | Л2.1, Л1.1 |
| 5.2. | Баркодинг ДНК, как уникальный инструмент идентификации вида организма. | Лабораторные | 7 | 6 | ПК-2.1, ПК-2.2, ПК-2.3 | 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-2.1, ПК-2.2, ПК-2.3 | 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-2.1, ПК-2.2, ПК-2.3 | 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-2.1, ПК-2.2, ПК-2.3 | Л2.1, Л1.1 |
| 6.3. | Экзамен | 7 | 27 | ПК-2.1, ПК-2.2, ПК-2.3 | 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 |
| ПК-2. Способен осуществлять научно-исследовательскую деятельность по решению фундаментальных и прикладных задач биологической направленности. Тестовые задания 1. Генетика растений – это… А. Наука о живых существах и их взаимодействии со средой обитания. Б. Частная отрасль генетики, изучающая особенности развития растений, гены, экспрессирующиеся и обеспечивающие нормальное формирование и функци-онирование тканей и органов растений. В. Наука о живых существах и их взаимодействии со средой обитания. Изучает все аспекты жизни, Г. область естествознания: наука о наиболее общих законах природы, о материи, её структуре, движении и правилах трансформации. 2. Естественный процесс с последовательной сменой нескольких возрастных этапов – это… А. Онтогенез Б. Старость В. Размножение Г. Дифференцировка 3. Морфогенез – это… А. Частная отрасль генетики, изучающая особенности развития растений, гены, экспрессирующиеся и обеспечивающие нормальное формирование и функционирование тканей и органов растений. Б. область естествознания: наука о наиболее общих законах природы, о материи, её структуре, движении и правилах трансформации. В. Возникновение и развитие органов, систем и частей тела организмов как в индивидуальном, так и в историческом, или эволюционном, развитии. Г. регулируемый процесс программируемой клеточной гибели, в результате кото-рого клетка распадается на отдельные апоптотические тельца. 4. Что является носителем наследственных признаков растений? А. Хромосома Б. Ген В. Аминокислота Г. Теломераза 5. Установлено ли точное количество ядерных генов для растений? А. Нет Б. Да В. 1,5 миллиарда генов Г. 100 000 генов Задания открытого типа 1. … группы имеют все высшие растения, кодирующих структуру рРНК. 2. У высших растений, как и у прочих эукариотических организмов, транскрипция ядер-ных генов обслуживается тремя вариантами РНК-… 3. Генетический … высших растений (применительно к ядерным иРНК) полностью сов-падает с универсальным при соблюдении принципа неоднозначного соответствия. 4. У высших растений к числу наиболее исследованных ДНК-транспозонов относится Ас-элемент … 5. Верно ли, что в настоящее время полноценные данные о структуре растительных гено-мов почти полностью отсутствуют. 6. Транскрипция пластидных генов обеспечивается двумя типами РНК-полимераз, одна из которых кодируется … растительной клетки, в то время как другая – самой плДНК. 7. … – это изменения в последовательности ДНК. 8. … – это инфекционные факторы, вызывающие заболевания высших растений и пред-ставляющие собой небольшие молекулы РНК. 9. Вироиды напоминают …, поскольку имеют небольшие геномы, состоящие из нуклеи-новых кислот. 10. Геном – это протяжённая … ДНК, в которой находится вся генетическая информация организма. |
| 5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.) |
| 1. Генетический код. Свойства генетического кода. 2. Особенности строения РНК. Минорные нуклеотиды. 3. Вторичная и третичная структура РНК. Общие принципы структурной организации. 4. Типы РНК, особенности структуры и функций. 5. Рибосомальная РНК. Структура, функции. Типы rРНК прокариот и эукариот. 6. Транспортная РНК. Структура, функции. Характеристика основных элементов вто-ричной структуры. 7. Матричная РНК. Структура, функции. Особенности структурных элементов mРНКу прокариот и эукариот. |
| 5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации |
| 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 характери-стики 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 вто-ричной 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, участ-вующих в процессе. 20. Репликация ДНК эукариот. Характеристика этапов репликации и факторов, участву-ющих в процессе. 21. ДНК-полимеразы. Структура. Виды активности. Особенности ДНК-полимераз прока-риот и эукариот. 22. Репликон. Типы репликативных систем. Структура репликона прокариот и эукариот. 23. Транскрипция. Принципы транскрипции. Общая структура транскриптона. |
| Приложения |
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, Mega 6.Geneious и MEGA FastQC, trimming tool, bwa, FAMD и Past, GenAlEx, Stucture, Mesquite, Arlequin 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/ | ||||
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 |