Молекулярная зоология

ПРОГРАММА КУРСА
Составитель: ст. н. с. Николай Сергеевич Мюге.

Разделы:

Часть 1. Генетическое разнообразие, молекулярно-генетические механизмы видообразования, начала популяционной генетики.

Лекция 1. Введение в курс. Происхождение генного разнообразия: роль тандемных и общегеномных дупликаций, мутации и субфункциализация паралогов. Мобильные элементы. Альтернативный и конститутивный сплайсинг, механизмы и типы сплайсинга. Понятие синтении. Эволюционные аспекты изменения структуры гена и регуляции его экспрессии.

Лекция 2. Видообразование. Генеалогия генов и видообразование. Различные концепции вида, отсутствие универсального определения вида. Три формы видообразования, классическое видообразование по Майру. Видообразование в присутствии гибридизации (потока генов). Примеры симпатрического видообразования. Гены видообразования. Несовместимость Добжанского-Мюллера.

Лекция 3. Генетические механизмы, участвующие в формировании новых видов. Механизмы и генетические основы ассортативного скрещивания. Примеры молекулярных механизмов распознавания "свой-чужой" и ассортативного скрещивания у беспозвоночных.

Лекция 4. Популяционная генетика. Законы Менделя и условия выполнения законов Менделя. Генетический дрейф (дрейф генов, генетико-автоматические процессы). Эффект "бутылочного горлышка", ("эффект основателя"). Hitchhiking, Эффект Валунда. Методы исследования ДНК: RAPD, AFLP, микросателлиты, секвенирование. Геногеография (филогеография).  Молекулярная филогения. Реконструкция формирования таксонов в процессе эволюции. Принципы филогенетического анализа: парсимония, метод максимального правдоподобия и Байезиан анализ.

Лекция 5. Исследование эндемичных комплексов видов крупных озер молекулярно-генетическими методами. Реконструкция этапов формирования комплекса видов и времени дивергенции на примере групп моллюсков, бокоплавов и рыб озера Байкал.

Часть 2. Evo-Devo. Эволюция генов, участвующие в морфогенезе.

Лекция 6. От генотипа к фенотипу: регуляция на генном уровне. Типы транскрипционных факторов. Регуляция экспрессии: метилирование и ацетилирование гистонов. РНК-селекция и альтернативный сплайсинг. Различные механизмы транспорта и локализации мРНК. Принцип работы малых РНК. Редактирование мРНК как механизм пластичной адаптации.

Лекция 7. Раннее развитие беспозвоночных.  Формирование продольной оси и сегментогенез. Роль гена Gurken и его рецептора Torpedo в формировании постериального полюса яйца дрозофилы и системы направленных микротрубочек. Локализация мРНК  генов bicoid, nanos и oskar.  Формирование дорзо-вентральной оси, инактивация гена Pipe  на дорзалной стороне эмбриона, регуляторный каскад, активирующий транскрипционный фактор Dorsal и запускающий процесс вентрализации. Экспрессия Gap-genes, paired-rule genes и формирование  границ сегментов. Основные гены сегментации мухи. Сегменты и парасегменты.

Лекция 8. Гомеобоксные гены и морфогенез сегментов. Гомеозисные гены семейства HOX и ParaHOX. История открытия и примеры гомеозисных мутаций. Работы Эдварда Льюиса, Кристианы Нюсляйн-Фольхард и Эрика Вишауса. Предковый набор HОХ генов членистоногих. Дупликация гомеобоксного кластера у позвоночных и последующая редукция и субфункциолизация генов паралогичных кластеров. Эволюция гена Ubx насекомых и утрата брюшных ног. Гомеобоксные гены кишечнополостных и трихоплакса. Роль гомеобоксных генов в формировании отделов тела полихет и различных классов членистоногих.

Часть 3. Современные "молекулярные революции" в филогении животных.

Лекция 9. Систематика  беспозвоночных – современные "молекулярные революции". Xenoturbellida и прочие "плоские загадки" как пример применения молекулярно-генетических данных в реконструкции филогении крупных таксонов.

Лекция 10. Начало молекулярных революций в систематике. Первые работы с использованием рибосомальных генов (Филд и др., 1988). Разделение билатеральных на Deuterostomia, Ecdyzoa и Lophotrochozoa. Новые молекулярные данные по филогении членистоногих, Mandibulata (многоножки-раки-насекомые) и Pancrustacea (раки-насекомые). "Кочующие" таксоны.

Лекция 11. Зоология в "пост-геномную" эру. Анализ экспрессии генов на микрочипах. Новые технологии в секвенировании – платформа 454,  Solid и Illumina. Протеомика. Обзор современного "инструментария" зоолога и что нас ждет в ближайшие 5-10 лет.

Занятие 12. Разбор современных статей по молекулярной генетике. Зачёт.