The aim of the lecture is to introduce and discuss basic concepts and methodological approaches of ecological developmental biology and genetic and epigenetic processes leading to phenotypic variation within as well as across species and the effect of environment on human and animal health. The lecture requires basic knowledge of evolutionary biology, genetics, physiology and molecular ecology.
Last update: Sacherová Veronika, RNDr., Ph.D. (21.12.2017)
Přednášky si kladou za cíl diskutovat základní koncepty ekologické vývojové biologie a přístupy ke zkoumání genetických i epigenetických procesů vedoucím k proměnlivosti fenotypu na úrovni blízce příbuzných druhů a úrovni vnitrodruhové a vliv prostředí na zdraví lidí a živočichů. Přednáška předpokládá základní znalosti z evoluční biologie, genetiky, fyziologie a molekulární ekologie.
Last update: Sacherová Veronika, RNDr., Ph.D. (21.12.2017)
Literature -
West-Eberhart MJ. 2003. Developmental Plasticity. Oxford University Press; New York, Oxford.
Gilbert SF, Epel D. 2008. Ecological Developmental Biology: Integrating Epigenetics, Medicine, and Evolution. Sinauer Associates Inc.: Sunderland, MA.
Gilbert SF, Epel D. 2015. Ecological Developmental Biology: The Environmental Regulation of Development, Health and Evolution. Sinauer Associates: Sunderland, Massachusetts.
Last update: Sacherová Veronika, RNDr., Ph.D. (21.12.2017)
West-Eberhart MJ. 2003. Developmental Plasticity. Oxford University Press; New York, Oxford.
Gilbert SF, Epel D. 2008. Ecological Developmental Biology: Integrating Epigenetics, Medicine, and Evolution. Sinauer Associates Inc.: Sunderland, MA.
Gilbert SF, Epel D. 2015. Ecological Developmental Biology: The Environmental Regulation of Development, Health and Evolution. Sinauer Associates: Sunderland, Massachusetts.
Last update: Sacherová Veronika, RNDr., Ph.D. (21.12.2017)
Requirements to the exam -
Oral examination.
Last update: Sacherová Veronika, RNDr., Ph.D. (29.10.2019)
Ústní zkouška.
Last update: Sacherová Veronika, RNDr., Ph.D. (25.11.2011)
Syllabus -
1) Basic concepts of genetic and environmental sources of phenotypic variability
History of the field; proximate and ultimate causation in evolution; terms phenotype, genotype, phenotypic plasticity; historical contingency and convergence in evolution, re-evolution of complex traits.
2) Genetics of phenotypic changes
Basics of quantitative genetics; definitions of heritability; methodological approaches to heritability estimation; methods to find loci controlling a trait expression; candidate genes; QTL; pleiotropy; multiple loci controlling a trait; epistatic interactions; examples of simple genetic changes with large phenotypic effects; phenotypic changes caused by alteration of protein sequence, differences in gene expression; importance of gene copy number variation; co-option.
3) Phenotypic plasticity
Interactions between genotype and environment; norm of reaction; polyphenism; phenotypic flexibility; developmental plasticity; life-cycle staging; canalization; phenotypic accommodation; maternal effect; trade-offs in phenotypic traits; methodological approaches to phenotypic plasticity - transplant and „common garden“ experiments; adaptiveness of phenotypic plasticity; Baldwin effect and genetic assimilation.
4) Proximate mechanisms of phenotypic plasticity
Regulation of alternative phenotypes; direct environmental influence; non-genetic heritability; gene expression; hormones and methods of hormonal manipulations; hormonal activation and organisation; epigenetics (RNA interference, small RNA, DNA modifications); importance of symbionts; role of phenotypic plasticity vs. genetic determination.
5) Evolution of complex phenotypes and the concept of evolutionary constraint
Term „constraint“; developmental constraint and its breakage; adaptation and/versus constraint, correlated trait changes; allometry (ontogenetic, static and evolutionary); phenotypic integration as adaptation vs. evolutionary constraint.
6) Effect of environment on human and animal health
Chemical environment: endocrine disruptors, teratogens; physical environment: temperature, pH, water availability (effect of global climate change), light pollution, electromagnetic pollution; pathogens, symbionts…
7) Mechanisms of sex determination
Mechanisms of sex determination as a special case of genetic/environmental causation; unisexuality; sex changes during ontogeny; genotypic sex determination; environmental sex determination; sex reversal; stability of sex determination; gonad differentiation; origin of sex determining genes; role of sex steroids in sex determination in vertebrates.
8) Proximate mechanisms of sexual dimorphism
Sexual dimorphism as a field integrating many essential aspects of ecological developmental biology; genetics of secondary sexual traits - intersexual genetic correlation; inter- and intralocus sexual conflict and its evolutionary resolution; antagonistic selection; autosomal control; linkage to sex chromosomes; environmental control of sexual dimorphism.
The course is taught with the support of the project reg. number CZ.02.2.69/0.0/0.0/16_015/0002362
Last update: Rubešová Jana, RNDr., Ph.D. (14.09.2019)
1) Základní pojmy genetických a environmentálních zdrojů fenotypové variability
Historie oboru; proximátní a ultimátní příčiny v evoluci; termíny fenotyp, genotyp, fenotypová plasticita; historická náhoda a konvergence v evoluci, re-evoluce komplexních znaků.
2) Genetika fenotypových změn
Základy kvantitativní genetiky; definice dědivosti; metodologické přístupy k odhadu dědivosti; metody k nalezení lokusů ovlivňujících expresi znaku; kandidátní geny; QTL; pleiotropie; vícelokusová kontrola znaku; epistatické interakce; příklady jednoduchých genetických změn s velkými fenotypovými účinky; fenotypové změny způsobené změnou sekvence proteinů, rozdíly v expresi genů; význam variability v počtu genových kopií; ko-opce.
3) Fenotypová plasticita
Interakce mezi genotypem a prostředím; norma reakce; polyfonie; fenotypová flexibilita; vývojová plasticita; proměnlivost v rámci životního cyklu; trade-offs mezi fenotypovými znaky; kanalizace; fenotypová akomodace; maternální efekt; metodologické přístupy k fenotypové plasticitě - transplantační a "common garden" experimenty; adaptabilita fenotypové plasticity; Baldwinův efekt a genetická asimilace.
4) Proximátní fenotypové plasticity
Regulace alternativních fenotypů; přímý vliv prostředí; negenetická dědičnost; exprese genů; hormony a metody hormonální manipulace; hormonální aktivace a organizace; epigenetika (RNA interference, malé RNA, modifikace DNA); význam symbiontů; role fenotypové plasticity vs. genetické kontroly znaku.
5) Evoluce komplexních fenotypů a koncepce evolučního omezení
Termín "omezení"; ontogenetická omezení a jeho prolomenírozbití; adaptace a/versus omezení, korelované změny; alometrie (ontogenetická, statická a evoluční); fenotypová integrace jako adaptace vs. evoluční omezení.
6) Vliv životního prostředí na lidské zdraví a zdraví zvířat
Mechanismy určení pohlaví jako zvláštní případ genetické/environmentální kontroly fenotypu; unisexualita; změny pohlaví během ontogeneze; genotypové stanovení pohlaví; určení pohlaví prostředím; reverze pohlaví; stabilita určení pohlaví; diferenciace gonád; původ genů určujících pohlaví; úloha pohlavních steroidů při určení pohlaví u obratlovců.
8) Proximátní mechanismy sexuálního dimorfismu
Studium sexuální dimorfismus jako pole integrující mnoho základních aspektů ekologické vývojové biologie; genetika sekundárních pohlavních znaků - intersexuální genetická korelace; inter- a intralokusový sexuální konflikt a jeho evoluční rozřešení; pohlavně antagonistická selekce; autosomální kontrola pohlavně dimorfních znaků; vazba na pohlavní chromosomy; environmentální kontrola sexuálního dimorfismu.
Předmět je vyučován za podpory projektu Zvýšení kvality vzdělávání na UK a jeho relevance pro potřeby trhu práce, reg.č. CZ.02.2.69/0.0/0.0/16_015/0002362.
Last update: Rubešová Jana, RNDr., Ph.D. (05.09.2019)
Learning outcomes
After completing the course, students will be able to:
Explain the genetic, epigenetic, and environmental sources of phenotypic variation within and among species.
Describe and interpret mechanisms of phenotypic plasticity, including gene–environment interactions, hormonal regulation, and epigenetic modifications.
Using principles of quantitative and experimental approaches, design studies to evaluate heritability, trait variation, and plastic responses (e.g. common garden and transplant experiments).
Analyse the evolutionary significance of phenotypic plasticity, developmental constraints, and phenotypic integration.
Discuss the role of environmental factors and symbiotic interactions in shaping development, health, and evolution of organisms.
Evaluate mechanisms of sex determination and sexual dimorphism as model systems for studying ecological developmental biology.
Integrate molecular, physiological, and ecological perspectives to interpret the evolution of complex phenotypes.
Critically assess how environmental change and human activities influence developmental processes and organismal health.
Last update: Gáliková Kristýna, Mgr. et Mgr., DiS. (21.10.2025)
