The semestral course provides detailed knowledge of chromosome biology. Particular attention is given to molecular aspects of chromosome organization and function, interphase cytogenetics, karyokinesis, chromosome and genome rearrangements, evolution of sex chromosomes, and karyotype evolution. Auditory is introduced also into various cytogenetic techniques including recent advances in molecular cytogenetics and electron microscopy of chromosomes. Course is complemented by basic survey of human, clinical and oncological cytogenetics.
Associated practical course from cytogenetics is focused on methods of basic cytogenetics, namely production of chromosome preparations from plant and animal tissues, banding techniques, and detection of nucleolus organizer regions by silver staining. Obtained mitotic and meiotic preparations are evaluated. Final excursion into laboratory of human cytogenetics is focused on techniques of molecular cytogenetics as well as computer analysis of chromosome images.
Literature:
Appels R., Morris B.S. Gill, May C.E. (1998). Chromosome biology. Kluwer Academic Publishers.
Clark M.S., Wall W.J. (1996). Chromosomes, the complex code. Chapman x Hall. London.
John B. (1990). Meiosis. Cambridge University Press. Cambridge.
Macgregor H.C. (1993). An introduction to animal cytogenetics. Chapman x Hall. London.
Lacey A.J. (ed.)(1999) Light microscopy in biology: a practical approach. Second edition. Oxford University Press. Oxford.
Popescu P., Hayes H., Dutrillaux B. (eds.) (2000). Techniques in animal cytogenetics. Springer Verlag. Berlin.
Strachan T., Read A.P. (1999). Human molecular genetics 2. John Wiley and Sons Inc. New York.
Sumner A.T. (2003). Chromosomes: organization and function. Blackwell Publishing. Malden x Oxford.
Therman E., Susman M.(1993). Human chromosomes: structure, behavior, and effects. Springer Verlag New York.
Traut W. (1991). Chromosomen. Klassische und molekulare Cytogenetik. Springer Verlag. Berlin.
Verma R.S. (1990). The Genome. VCH Publishers, Inc. New York.
Last update: Král Jiří, doc. RNDr., CSc. (31.05.2025)
Jednosemestrová přednáška podávající podrobné informace o biologii chromozomů. Důraz je kladen na molekulární aspekty organizace a funkce chromozomů. Zvláštní pozornost je věnována také cytogenetice interfázního jádra, různým typům jaderného dělení, chromozomovým aberacím a genomovým mutacím, evoluci pohlavních chromozomů a evoluci karyotypu. Přednáška je doplněna přehledem cytogenetických technik včetně metod molekulární cytogenetiky a elektronové mikroskopie a základy lidské, klinické a nádorové cytogenetiky.
Na přednášku navazuje praktický kurs, ve kterém se posluchači mohou seznámit se základními technikami používanými v rostlinné a živočišné cytogenetice. Naučí se připravovat chromozomové preparáty z rostlinných a živočišných tkání, vizualizovat nukleolární organizátory a indukovat pruhovací vzory na chromozomech. Součástí je exkurse do laboratoře lidské cytogenetiky během níž se posluchači seznámí s metodami molekulární cytogenetiky a počítačové analýzy chromozomových figur.
Před přednáškou Cytogenetika se doporučuje absolvování přednášek: genetika, základy molekulární biologie, biologie buňky, vývojová biologie.
Last update: Král Jiří, doc. RNDr., CSc. (31.05.2025)
Literature -
Monografie, učební texty
Appels R., Morris B.S. Gill, May C.E. (1998). Chromosome biology. Kluwer Academic Publishers.
Bass H.W., Birchler J.A. (eds.) (2012). Plant cytogenetics: genome structure and chromosome function. Springer. New York.
Birchler J.A. (ed.) (2011). Plant chromosome engineering: methods and protocols. Springer. New York.
Camacho JPM (ed.) (2004). B chromosomes in the eukaryote genome. Cytogenetic and Genome Research 106, 2-4. Karger. Basel.
Clark M.S., Wall W.J. (1996). Chromosomes, the complex code. Chapman x Hall. London.
John B. (1990). Meiosis. Cambridge University Press. Cambridge.
Macgregor H.C. (1993). An introduction to animal cytogenetics. Chapman x Hall. London.
Kuglík P. (2000). Vybrané kapitoly z cytogenetiky. Učební text Přírodovědecké fakulty MU v Brně.
Lacey A.J. (ed.) (1999) Light microscopy in biology: a practical approach. Second edition. Oxford University Press. Oxford.
Lima-de-Faria A. (2003). One hundered years of chromosome research and what remains to be learned. Kluwer Academic Publishers. Dordrecht
Michalová K. (1999). Úvod do lidské cytogenetiky. IDVPZ Brno
Popescu P., Hayes H., Dutrillaux B. (eds.) (2000). Techniques in animal cytogenetics. Springer Verlag. Berlin.
Sasaki H., Ishino F. (eds.) (2006). Genomic imprinting. Cytogenetic and Genome Research 113, 1-4. Karger. Basel.
Slijepcevic P. (ed.) (2008). Telomeres and telomerase. Cytogenetic and Genome Research 122, 3-4. Karger. Basel.
Strachan T., Read A.P. (1999). Human molecular genetics 2. John Wiley and Sons Inc. New York.
Sumner A.T. (2003). Chromosomes: organization and function. Blackwell Publishing. Malden x Oxford.
Takagi N. (ed.) (2003). Vertebrate sex chromosomes. Cytogenetic and Genome Research 99, 1-4. Karger. Basel.
Therman E., Susman M. (1993). Human chromosomes: structure, behavior, and effects. Springer New York.
Traut W. (1991). Chromosomen. Klassische und molekulare Cytogenetik. Springer Verlag. Berlin.
Verma R.S. (1990). The Genome. VCH Publishers, Inc. New York.
Časopisy
BioEssays
Comparative Cytogenetics
Cytogenetic and Genome Research
Genetica
Genome
Hereditas
Heredity
Chromosoma
Chromosome Research
Journal of Heredity
Nature
Science
Trends in Cell Biology
Trends in Genetics
Trends in Ecology and Evolution
Last update: Král Jiří, doc. RNDr., CSc. (13.02.2014)
Requirements to the exam -
The exam is oral, the average time of its duration is half an hour. The students are asked two main questions, which must be answered satisfactorily, as well as any additional questions. Emphasis is placed on the logical context. The test topics are in the syllabus
Last update: Schierová Michaela, RNDr., Ph.D. (23.10.2019)
Zkouška je ústní, průměrná doba jejího trvání je půl hodiny. Studentovi jsou položeny dvě hlavní otázky, které musí uspokojivě zodpovědět, stejně jako případné doplňující otázky. Důraz je kladen na logické souvislosti. Okruhy látky ke zkoušce jsou v sylabu.
Last update: Král Jiří, doc. RNDr., CSc. (13.02.2014)
Syllabus -
The lectures are given in Czech language only.
Last update: Král Jiří, doc. RNDr., CSc. (13.02.2014)
1. Historický vývoj cytogenetiky. Objev chromozomů, pohlavních chromozomů, lokalizace genů do chromozomů, centromery, telomer, eu- a heterochromatinu, holocentrických chromozomů, B chromozomů, štětkovitých chromozomů. Nástup nových technik po druhé světové válce (hypotonizace, mitogeny a mitostatika, pruhovací metody, elektronová mikroskopie). Vznik lidské a lékařské genetiky jako samostatného oboru, objev syndromů s početními odchylkami chromozomů. Objev imprintingu. Dnešní trendy: molekulární cytogenetika a návaznost na molekulární biologii, aplikace imunologických postupů, cytogenetika interfázního jádra.
3. Chromatin. Specifické rysy eukaryotické DNA, histony a HMG proteiny, jejich funkce. Organizace histonových genů, typy histonů, stavba nukleozómu. Subtypy a modifikace histonů, jejich význam, charakteristika transkripčně aktivního chromatinu, transkripční komplexy. Doplňování nukleozómů v průběhu replikace, důležité molekuly. Chromatinové vlákno a jeho superspiralizace, specifické molekuly účinkující v supersipralizaci, kondenziny, titin. Chromozomová dřeň a její proteiny (SMC, topoizomeráza II), způsob ukotvení na DNA. Macrocoils, chromomery. Stavba chromatinu při absenci histonů (spermie, telochory, obrněnky). Euchomatin a heterochromatin, konstitutivní a fakultativní heterochromatin. Lokalizace konstitutivního heterochromatinu (KH) na chromozomech, detekce KH, funkce KH, geny specifické pro KH. Molekulární markery KH, poziční efekt variegace, role specifických RNA v heterochromatinizaci, inzulátory. Barrovo tělísko, molekulární mechanismy heterochromatinizace savčího X, další případy somatické fakultativní heterochromatinizace, heterochromatinizace pohlavních chromozomů v pohlavní dráze. B chromozomy - znaky, vznik a výskyt, negativní důsledky přítomnosti pro buňku, organismus, kompetice různých generací B chromozomů. Kliny ve výskytu B chromozomů. Vznik pohlavních chromozomů z B chromozomů, inhibice B chromozomů organismem, domestikace B chromozomů, adaptivní význam některých B chromozomů.
4. Specializované funkční oblasti chromozomu: centromera, telomery, nukleolární organizátor, povrch chromozomu. Stavba a funkce centromery, BFB cyklus, subdomény centromery, stavba kinetochoru, prekinetochor. Stavba DNA, centromerické proteiny a jejich funkce u modelových organismů (kvasinky, savci). Metody studia morfologie, DNA a proteinů centromery. Neocentrická aktivita. Holokinetické chromozomy - vznik, stavba a výskyt, specifické znaky holokinetických chromozomů. Stavba a funkce telomery. Telomerické repetice, Hoogstenovo párování bazí, G kvartet. DNA subtelomerických oblastí. Telomeráza, specifické telomerické proteiny, shelterin. Alternativní mechanismy udržování konců DNA u eukaryot, retrotranspozony octomilky. Evoluce telomerických repetic. Stavba a funkce nukleolárního organizátoru, detekce nukleolárních organizátorů. Stavba transkripční jednotky a její transkripce, lokalizace 5S rRNA a její transkripce, detekce nukleolárních organizátorů.
5. Přehled cytogenetických technik. Příprava chromozomového preparátu (rostliny, živočichové), barvení chromozomů, metody synchronizace buněčného dělení. Pruhovací techniky (C-, G-, R-, fluorescenční, replikační, high resolution banding, pruhování pomocí restrikčních endonukleáz, další pruhovací techniky). Mechanismus G a R pruhování, izochory, chromosome flavours. Pachytenní mapování chromomer. Elektroforetické karyotypy. Princip a využití průtokové cytometrie a mikrodisekce chromozomů. Molekulární cytogenetika: sondy (typy, příprava sond, metody značení a detekce), fluorescenční in situ hybridizace (FISH) a její modifikace (mFISH, mBAND, PRINS, SKY, komparativní genomová hybridizace, GISH, CISS), halo technika, čipy. Studium chromozomových struktur ve skanovacím a transmisním synaptonemálních komplexů v elektronovém mikroskopu. Preparace synaptonemálních komplexů a jejich pozorování v transmisním elektronovém mikroskopu. Imunodetekce.
6. Mapování chromozomů. Korelace genetické a chromozomové mapy, hybridizační analýza, využití aneuploidií, aberací a marker chromozomů, hybridizace somatických buněk. RFLP, průtoková cytometrie, fluorescenční hybridizace in situ, halo technika, PCR a další možnosti molekulární cytogenetiky. HUGO a další projekty mapování genů na chromozomech organismů.
7. Cytogenetika interfázního jádra. Stavba interfázního jádra, jaderná matrix, lamina, stavba pórů, uspořádání chromatinu a chromozomů v interfázních jádrech (modely). Rabl orientace chromozomů. Stavba a funkce jadérka, nukleologeneze. Charakteristika replikace u eukaryot, výměny sesterských chromatid, detekce výměn sesterských chromatid. Význam studia PCCS chromozomů. Diplochromozomy. Endopreduplikace, endomitóza. Polytenní chromozomy: stavba a výskyt. Význam polytenních chromozomů pro mapování, studium ontogeneticky a tkáňově specifické exprese genů a evoluce karyotypu. Amplifikace části DNA: DNA puffy, rDNA, geny pro chorion vajíčka u octomilky, double minutes rakovinných buněk.
8. Mitóza. Mikrotubulus a jeho stavba, gamma-tubulin, stavba a funkce centrozómu a analogických struktur, jejich chování v průběhu mitózy. Mitóza. Průběh mitózy: příprava na dělení v profázi, dělící vřeténko (typy mikrotubulů, vřeténková matrix, vezikuly), metafázní destička, molekulární kaskáda zabezpečující segregaci chromozomů, metafázní kontrolní bod, nondisjunkce, anafáze A a B, karyomery, mikronukleární test, lagging chromosomes. Molekulární zabezpečení pohybu chromozomů v mitóze. Evoluce mitózy. Způsoby cytokineze.
9. Meióza. Význam a průběh meiotického dělení. Zygotická a gametická redukce. Specifické rysy profáze I. Přibližování homologických chromozomů (distance pairing), synapse (typy) a tvorba bivalentů, efektivní párování a párovací centra, buket. Stavba a funkce synaptonemálního komplexu, synaptic adjustment, interlockings. Rekombinace a meiotický crossing-over: modely. Chiazmata, zabezpečení amfitelické orientace bivalentů v metafázi I. Evoluce meiózy, kryptochiazmatická a achiazmatická meióza a jejich evoluční význam. Meióza holokinetických chromozomů - odchylky od standardní meiózy, invertovaná meióza. Metabolická aktivita v profázi I: difúzní stádium, štětkovité chromozomy - morfologie, výskyt. Metody studia meiotického dělení.
10. Přestavby karyotypu. Chromozomové aberace: klasifikace, vznik, klastogeny, Delece, amplifikace, inverze, transpozice, translokace, izochromozom. Komplexní translokační heterozygotnost, její evoluční význam. Metody detekce aberací. Genomové mutace: aneuploidie, polyploidie a haploidie. Meióza u polyploidů, anauploidů a haploidů. Význam amfidiploidie při vzdálené hybridizaci, polyploidie u živočichů. Agmatoploidie.
11. Chromozomy a pohlaví. Hermafroditismus a jeho evoluce, epigamní určení pohlaví. Chromozomové a genotypové určení pohlaví, pohlavní chromozomy, homogametické a heterogametické pohlaví, typ Drosophila a Abraxas. Způsoby vzniku a další evoluce pohlavních chromozomů. Mechanismy degenerace alozómu (Mullerova rohatka, hitch-hiking, selekce na pozadí, transpozony aj.), neopohlavní chromozomy a jejich evoluční význam. Inaktivace pohlavních chromozomů, kompenzace dávky u různých organismů, lyonizace a Barrovo tělísko, gen XIST. Reverze pohlavních chromozomů na autozomy, tranzice mezi typy Drosophila a Abraxas v průběhu evoluce. Způsoby párování nehomologických pohlavních chromozomů v meióze. Imprinting, molekulární mechanismy, evoluční význam. Haplodiploidie a parahaploidie - vznik a výskyt, evoluční význam. Thelytokie - vznik, typy thelytokie a jejich význam pro evoluci genotypů. Deuterotokie, chromozomové mechanismy rozrůznění pohlaví u deuterotokních živočichů.
12. Klinická cytogenetika. Vrozené strukturní změny chromozomů a s nimi spojené syndromy, početní změny autozomů a heterochromozomů a nejčastější syndromy. Mikrocytogenetika, syndromy se zvýšenou lomivostí chromozomů, přínos metod molekulární cytogenetiky pro diagnostiku klinického cytogenetika. Testování mutagenních účinků chemických látek na chromozomové úrovni.
13. Nádorová cytogenetika. Úvod do nádorové cytogenetiky, rozdělení získaných chromozomových změn u zhoubných nádorů, klasické metody vyšetřování solidních i hematologických nádorů, cytogenetika jako základ molekulární analýzy nádorových buněk. Onkogeny a recesivní onkogeny a jejich úloha v kancerogenezi, diagnostický a prognostický význam specifických odchylek chromozomů u vybraných typů nádorů. Molekulární biologie a cytogenetika zhoubných nádorů - další průkaz nestability genomu nádorové buňky na chromozomové úrovni, chimothrypsis.
14. Evoluce karyotypu. Mechanismy karyotypové evoluce (chromozomové přestavby potenciálně významné pro vytváření mezidruhových bariér, karyotypová ortoselekce, centromerický tah). Trendy karyotypové evoluce u různých skupin organizmů. Polymorfizmy, karyomorfy, chromozomové rasy, kryptické druhy, hybridní zóny, introgrese. Evoluce pohlavních chromozomů. Specifické rysy karyotypové evoluce u organismů s holokinetickými chromozomy.
Last update: Král Jiří, doc. RNDr., CSc. (04.04.2018)
Learning outcomes - Czech
Po úspěšném absolvování předmětu student: 1. Vysvětlí historické milníky vývoje cytogenetiky, zejména klíčové objevy chromozomů a jejich struktur, mitózy, meiózy, pohlavních a holocentrických chromozomů, nástup nových technik po druhé světové válce, vznik lidské cytogenetiky, rozvoj molekulární cytogenetiky a propojení s genomikou. 2. Popíše morfologii chromozomu, vysvětlí pojmy chromatida, rameno, konstrikce, telomery, nukleolární organizátor, centromera, karyotyp, karyogram, Levanovu klasifikaci, autozomy, pohlavní chromozomy. 3. Vysvětlí stavbu chromatinu a jeho spiralizaci včetně úlohy specifických molekul a chromozomové dřeně. Charakterizuje euchomatin a heterochromatin, jejich lokalizaci a molekulární markery. Charakterizuje B chromozomy a jejich biologii, vysvětlí negativní důsledky jejich přítomnosti pro buňku. Pochopí domestikaci B chromozomů. 4. Popíše ultrastrukturu, molekuly a funkci specializovaných funkčních oblastí chromozomu: centromery, telomery, nukleolárního organizátoru, povrchu chromozomu. 5. Popíše přípravu chromozomového preparátu. Vysvětlí mechanismus jednotlivých technik pruhování a izolace chromozomů, molekulární cytogenetiky. Pochopí principy analýzy chromozomů v elektronovém mikroskopu. 6. Porozumí principům jednotlivých technik mapování chromozomů, korelaci genetické a chromozomové mapy. 7. Vysvětlí stavbu a funkci interfázního jádra a jadérka. Charakterizuje výměny sesterských chromatid a princip jejich detekce, vysvětlí analýzu PCCS chromozomů. Objasní stavbu diplochromozomů, endopreduplikaci, endomitózu. Popíše stavbu polytenních chromozomů a jejich výskyt. Pochopí princip parciální amplifikace DNA v genomu a jednotlivé typy této amplifikace. 8. Popíše a charakterizuje strukturu a funkci mikrotubulu, gamma-tubulinu, MTOC. Vysvětlí mechanismus mitózy, její průběh, stavbu dělícího vřeténka, metafázní destičky, molekulární kaskádu zabezpečující segregaci chromozomů, metafázní kontrolní bod, nondisjunkci, anafázi A a B, karyomery, mikronukleární test. Popíše molekulární zabezpečení pohybu chromozomů v mitóze, evoluci mitózy a cytokinezi. 9. Vysvětlí význam meiózy a její průběh, zejména etap profáze I. Porozumí stavbě a funkci synaptonemálního komplexu, mechanismu rekombinace a jeho moleulárnímu zabezpečení. Popíše nejdůležitější modifikace meiotického dělení (achiazmatická meióza, invertovaná meióza, difúzní stádium, štětkovité chromozomy). 10. Vysvětlí jednotlivé typy chromzomových změn (chromozomové aberace, genomové mutace). Klasifikuje jednotlivé typy chromozomových aberací a genomových mutací. Popíše specifické rysy meiózy u polyploidů, aneuploidů a haploidů. Porozumí významu amfidiploidie pro vzdálenou hybridizaci a šlechtění rostlin. 11. Porozumí rozdílu mezi epigamním a chromozomovým určením pohlaví. Charakterizuje pohlavní chromozomy, homogametické a heterogametické pohlaví. Popíše vznik a evoluci pohlavních chromozomů, mechanismy degenerace alozómu, vznik neopohlavních chromozomů a jejich evoluční význam. Charakterizuje inaktivaci pohlavních chromozomů, různé typy kompenzace dávky, lyonizaci. Vysvětlí záměny pohlavních chromozomů v průběhu evoluce, způsoby párování pohlavních chromozomů v meióze. Porozumí pojmu imprinting. Vysvětlí haplodiploidii, parahaploidii, thelytokii a deuterotokii a jejich evoluční význam. 12. Popíše nejčastější vrozené chromozomové přestavby, početní změny autozomů a pohlavních chromozomů člověka a s nimi spojené syndromy. Vysvětlí syndromy se zvýšenou lomivostí chromozomů. 13. Vysvětlí metody vyšetřování solidních i hematologických nádorů, diagnostický a prognostický význam specifických odchylek chromozomů u vybraných typů nádorů. 14. Popíše mechanismy evoluce karyotypu (chromozomové přestavby potenciálně významné pro vytváření mezidruhových bariér, karyotypová ortoselekce, meiotický draft) a trendy karyotypové evoluce u vybraných skupin organizmů. Definuje polymorfizmy, karyomorfy, chromozomové rasy, kryptické druhy, hybridní zóny, introgresi. Rozumí specifickým rysům karyotypové evoluce u organismů s holocentrickými chromozomy.
Last update: Marková Hana, RNDr., Ph.D. (19.01.2026)
