Эволюционная биология I: теория молекулярной эволюции

Курс читает:	к.б.н. Матушкин Юрий Георгиевич
Аннотация рабочей программы дисциплины	Скачать
Рабочая программа	Скачать
Фонд оценочных средств	Скачать
Трудоемкость дисциплины	2 З.Е. (72 ч.)
Форма промежуточной аттестации	Дифференцированный зачет

Основной целью освоения дисциплины является ознакомление студентов с современными взглядами на теорию молекулярной эволюции, некоторыми моделями происхождения жизни, методами изучения эволюции макромолекул, некоторыми проблемами молекулярной коэволюции.

Для достижения поставленной цели выделяются следующие задачи курса:
1. Изучить принципы возникновения и эволюции системы генетического кодирования.
2. Дать представление о способах теоретического анализа эволюции генов и белков.
3. Дать представление о структурной организации и эволюции макромолекул.
4. Изучить принципы возникновения и эволюции геномов.

Данный курс является сугубо теоретической дисциплиной, одной из составных частей теории эволюции. Глобальный вектор эволюции жизни был связан с постоянным увеличением сложности биологической организации на основе многоэтапных генетически детерминированных программ, что увеличивало автономизацию организмов от окружающей среды. Предметом теории молекулярной эволюции является как теоретическое исследование вопроса о происхождении жизни (начиная с моделей гиперциклов М.Эйгена), так и вопросы появления на молекулярном уровне новых характеристических признаков, отражающихся в конечном счете на морфологическом уровне.

Расшифровка в последнее время большого количества геномов про- и эукариот выявила отсутствие корреляций между сложностью биологической организации, размерами геномов и количеством содержащихся в них генов. В связи с этим был поставлен ключевой вопрос теории эволюции о генетических механизмах кодирования биологической сложности. Имеющиеся в настоящее время экспериментальные и теоретические данные свидетельствуют о том, что понимание закономерностей эволюции биологической сложности связано, в первую очередь, с изучением регуляторных генетических систем организмов и всего разнообразия генных сетей, контролирующих молекулярно-биологические, биохимические, физиологические, морфологические, поведенческие и т.п. фенотипические характеристики организмов.

Раздел 1 Молекулярная эволюция (МЭ).
Раздел 2 Кинетические модели Эйгеновского типа.
Раздел 3 Теория нейтральной эволюции Кимуры
Раздел 4 Связь параметров микро- и макроэволюционного процессов.
Раздел 5 Молекулярная эволюция иммунной системы
Раздел 6 Модели эволюции последовательностей.
Раздел 7 Адаптивный режим эволюции
Раздел 8 Современные методы реконструкции филогении организмов
Раздел 9 Использование выделенных позиций для филогенетического исследования NGS данных.
Раздел 10 Роль различных регуляторных контуров в эволюции генных сетей.
Раздел 11 Эволюция генных сетей

1. Ратнер В.А., Жарких А.А., Колчанов Н.А., Родин С.Н., Соловьев В.В., Шамин В.В. Проблемы теории молекулярной эволюции. Новосибирск: Наука, 1985.
2. Кимура М. Молекулярная эволюция: теория нейтральности. М:»Мир», 1985
3. Эйген М., Шустер П. Гиперцикл: принципы самоорганизации макромолекул. М:»Мир», 1982
4. Nei M. Molecular evolutionary genetics. Columbia University Press. New York Guildford, Surrey 1987
5. Введение в информационную биологию и биоинформатику: В 5 т.: Учебное пособие / Отв. ред. Н.А. Колчанов, О.В. Вишневский, Д.П. Фурман. Новосибирск: НГУ, 2012. Т. 2. 250 с., илл.

Дополнительная литература
6. Li W.H., Craur D. Fundamentals of molecular evolution. Sinauer Associates, Inc. 1991
7. Gene Regulation and Metabolism. Postgenomic Computational Approaches. Ed. By J. Collado-Vides and R. Hofestadt, A Bradford Book, The MIT Press, Cambridge, Massachusetts, London, England, 2002
8. Родин С.Н. Идея коэволюции. Новосибирск, «Наука», 1991
9. Иванов В.И., Барышникова Н.В. и др. Генетика / Учебник для вузов. – М.: ИКЦ Академкнига, 2007.

1. МГСУ (генные сети). Биологическая молекулярная эволюция. (макро и микро).
2. Кинетические модели Эйгеновского типа. Гиперцикл. Сайзер.
3. Что такое квазивиды.
4. Катастрофа мутационных ошибок.
5. Теория нейтральной эволюции Кимуры. Детерминированные модели динамики популяций
6. Теория нейтральной эволюции Кимуры. Стохастические модели динамики популяций
7. Связь параметров микроэволюционного и макроэволюционного процессов.
8. Генетический груз и дилемма Холдейна. Скорость макроэволюции и роль многоклеточности.
9. Внутренние причины прогрессивной эволюции иммунной системы.
10. Вирусная инфекция как фактор прогрессивной дивергенции иммунной системы в ходе эволюции
11. Роль отрицательного регуляторного контура при разных видах отбора.
12. Что такое эволюционное расстояние? В чем отличие модели нуклеотидных замен Кимуры от модели Джукса-Кантора?
13. Классификация аминокислотных замен в белках. Особенности модели эволюции аминокислотных последовательностей Дайхоф.
14. Что такое мутабильность аминокислоты? Каким образом матрицы сходства аминокислот (матрица весов сравнения аминокислот) связаны с матрицами скоростей замен?
15. Что такое филогенетическое дерево? Какие существуют методы построения филогенетических деревьев? Метод расстояний на примере UPGMA и его недостатки.
16. Какие существуют режимы отбора? Чем характерна фиксация нейтральных замен? Каково соотношение по приспособленности мутаций в белках согласно Кимуре?
17. Что такое гипотеза молекулярных часов?
18. Что такое синонимические и несинонимические замены? Каким образом оценить тип отбора для двух выровненных последовательностей?
19. Опишите биологические предпосылки и математические основы одного из методов анализа режимов эволюции белок-кодирующих генов (на выбор – метода, использующего информацию о белке или метода не учитывающего такую информацию).
20. Опишите основные этапы работы алгоритма реконструкции филогенетического дерева методом максимального правдоподобия или алгоритма реконструкции филогенетического дерева Байесовским методом (на выбор).
21. Опишите основные трудности при эволюционном анализе данных, получаемых методами высокопроизводительного секвенирования, меры описывающие качество данных высокопроизводительного секвенирования и подходы к детекции полиморфных состояний в геноме, секвенированном методами высокопроизводительного секвенирования.
22. Закон гомологических рядов Вавилова. В чем разница между гомологичными и гомологическими признаками?
23. Принцип необратимости эволюции Долло. Каким образом эволюция генных сетей позволяет объяснить исключения из него?
24. Объясните, в каких случаях отбор по моногенному признаку действительно можно рассматривать как отбор по одному гену, а в каких случаях – это удобное упрощение?
25. Обнейтраливание мутаций в генных сетях. Каким образом в эволюции генных сетей может обходиться дилемма Холдейна?
26. Конвергентная и дивергентная эволюция в генных сетях. Покажите, как в ходе эволюции может формироваться вырожденность генной сети по отношению к признаку.
27. Что такое стресс (определение по Селье)? Как генные сети стресса могут влиять на эволюцию?

Название	Ссылка на видео
Лекция 1 Теория молекулярной эволюции (к.б.н. Матушкин Ю.Г.)	Доступ ограничен
Лекция 2 Катастрофа мутационных ошибок (к.б.н. Матушкин Ю.Г.)	Доступ ограничен
Лекция 3 Теория нейтральной эволюции Кимуры. Режимы макроэволюции (к.б.н. Матушкин Ю.Г.)	Доступ ограничен
Лекция 4 Молекулярная эволюция иммунной системы (к.б.н. Матушкин Ю.Г.)	Доступ ограничен
Лекция 5 Модели эволюции последовательностей (д.б.н. Афонников Д.А.)	Доступ ограничен
Лекция 6 Модели эволюции последовательностей (д.б.н. Афонников Д.А.)	Доступ ограничен
Лекция 7 Адаптивный режим эволюции (д.б.н. Афонников Д.А.)	Доступ ограничен