Přednáškový cyklus navazuje na základní přednášku z cytogenetiky, rozšiřuje a doplňuje témata v ní probíraná o
poznatky nejnovějšího výzkumu, s důrazem na metodologický vývoj a integraci s dalšími přírodovědnými
disciplínami. Tematický rozsah bude průběžně modifikován v závislosti na poptávce studentů. Přednáška je
vhodná spíše pro magisterský stupeň a výše, ale mohou si jí zapsat i studenti bakalářského studia, nejlépe ve
třetím ročníku. Pro snadné pochopení obsahu přednášek doporučuji mít splněný nebo souběžně zapsaný alespoň
jeden z následujících předmětů: Cytogenetika (MB140P05) a Genetika (MB140P17), dále některou ze základních
molekulárně-biologických přednášek (MB140P71, MB140P20 nebo MB140P41), popř. jiné předměty s genetickou
nebo evoluční tématikou.
Poslední úprava: Sember Alexandr, Mgr., Ph.D. (31.08.2022)
The semestral course extends and complements the classical cytogenetic set of lectures - Cytogenetics (MB140P05). The scope is mainly directed towards latest developments in the field, with an emphasis on methodological advancements and integrated arrangements with other science disciplines. The scope will be continuously slightly modified depending on student´s suggestions and demands. The course is suitable for students of master's degree and higher, however, students of bachelor's degree programs, preferably in the third grade, are also wellcome. For easy understanding of the lectures´ content I recommend to attend (concurrently or in previous years) also the following subjects: Cytogenetics (MB140P05) and Genetics (MB140P17), as well as some of the basic molecular biology lectures (MB140P71, MB140P20 or MB140P41), eventually other subjects with genetic or evolutionary content.
Poslední úprava: Sember Alexandr, Mgr., Ph.D. (31.08.2022)
Literatura -
* Literatura Studentům budou poskytnuty prezentace a také odkazy na původní články a knihy ke konkrétním tématům.
Poslední úprava: Sember Alexandr, Mgr., Ph.D. (31.08.2022)
Literature
Powerpoint presentations as well as references to original articles and books/book chapters will be provided to particular topics.
Poslední úprava: Lichá Irena, RNDr., CSc. (29.05.2018)
Požadavky ke zkoušce -
Přednášky proběhnou prezenčně, každé pondělí od 14:50 v oranžové posluchárně B312 na V7.
Zkouška je písemná, test je složen z deseti otázek obsahově odpovídajícím výhradně přednášené látce a materiálům. Odpovědi jsou rozepisovací. Maximální počet dosažitelných bodů je 50, přičemž studentovi se mohou započítat navíc body za referát a/nebo soutěžní otázku pokládanou cca 2x za semestr na přednášce. Klasifikace je následující: od 42 bodů = výborně, od 33 bodů = velmi dobře, od 25 bodů = dobře. Důraz při hodnocení je kladen na logické souvislosti. Na test jsou vyhrazeny celé dvě vyučovací hodiny.
Kontantní email: alexandr.sember@natur.cuni.cz
Poslední úprava: Sember Alexandr, Mgr., Ph.D. (31.08.2022)
The lectures will be held in person, every Monday from 14:50 in the orange auditorium B312 on V7.
The exam is written, a test is composed of ten questions which adhere exclusively to the topics presented during the class. The answers should be written as complete sentences. Maximum number of points is 50. A student has a possibility to ehnance the number of points by preparing an essay and/or by answering few competition qestions asked randomly two-times per semester. The test is classified as follows: from 42 points = 1; from 33 points = 2; from 25 points = 3. Emphasis is placed on the logical context. An entire lecture time is reserved to write the test.
Contact email: alexandr.sember@natur.cuni.cz
Poslední úprava: Sember Alexandr, Mgr., Ph.D. (31.08.2022)
Sylabus -
* 1) Moderní představy o struktuře chromatinu - Topologicky asociované domény (TADs), domény asociované s laminou (LADs), chromozómová teritoria, funkční význam
* 2) Fluorescenční hybridizace in situ (FISH) - princip a základní protokol - přímé a nepřímé značení DNA sond pro FISH a jejich detekce (výhody a nevýhody) - principy metod pro značení sond (nick translace, random priming, DOP PCR, primed in situ (PRINS) labeling aj.) - vliv formamidu na denaturaci DNA, úloha dalších chemikálií základního protokolu FISH - rozlišovací schopnost metody FISH, stringence
* 3) Současné markery a metody molekulární cytogenetiky - tandemové repetice, satelitní DNA (satDNA), Cot DNA, mikrosatelity, transponovatelné elementy (TEs), telomery a vnitřní telomerické sekvence (ITSs), multigenové rodiny (histonové geny, snDNA, rDNA) a jejich informační hodnota při analýze karyotypů - dynamika a modely evoluce tandemových repetic (concerted evolution, birth-and-death evolution, vliv genové konverze a nerovnoměrného crossing-overu) - detailnější poziční mapování cytogenetických markerů (fibre-FISH) - mapování unikátních sekvencí - tyramidová FISH (TSA FISH) a FISH mapující fragmenty zaklonované v bakteriálních artificiálních chromozómech (BAC FISH) - oligo-paint FISH (příprava sond ke v podstatě jakémukoliv úseku genomu se známou sekvencí) - malovací sondy (WCP) a jejich vnitrodruhová i mezidruhová (Zoo-FISH) aplikace - celogenomové sondy- genomová in situ hybridizace (GISH) a komparativní genomová hybridizace (CGH) a jejich využití pro analýzu hybridů, eliminace genomu a pohlavních chromozómů - využití moderních metod sekvenování (NGS), informací z již publikovaných genomů a z různých databází pro generování nových cytogenetických markerů
- příklady uplatnění molekulární cytogenetiky při řešení mezioborové problematiky (integrace s fylogenetickými analýzami, taxonomií, ekologií, evolucí, genomikou aj.)
* 4) Využití molekulárně cytogenetických metod při analýze pohlavních a B chromozómů - současné představy o evoluci pohlavních chromozomů; molekulárně cytogenetické metody vhodné pro analýzu vzniku a evoluce pohlavních/neopohlavních a B chromozómů - neobvyklé a extrémní příklady diferenciace pohlavních chromozómů - analýza různých fází diferenciace pohlavních chromozomů, detekce a mapování ústředních genů pro determinaci pohlaví (cytogenetické i genomické metody), přechody (turnover) mezi systémy determinace pohlaví
- vznik a evoluce B chromozomů a jejich možné fuknce v organizmu; GRC (germline restricted chromosome)
* 5) Molekulárně cytogenetické metody při analýze polyploidie, hybridizace, asexuální/unisexuální reprodukce a eliminace genomu - Možnosti molekulární cytogenetiky pro detekci auto- a allopolyploidie u mladších a starších polyploidních událostí, mapování evoluce post-polyploidního genomu, re-diploidizace - homoploidní vs. alopolyploidní hybridi, unikátní případ opakované hybridizace u jeseterů - gynogeneze, hybridogeneze (zejména na příkladech ryb a obojživelníků - Ambystoma, Cobitis, Pelophylax) - eliminace genomu u žab, ryb a hlístic, metody studia
* 6) Molekulárně cytogenetické metody a problematika karyotypové evoluce - mechanizmy karyotypové evoluce (chromozomové přestavby včetně jejich významu pro vytváření mezidruhových bariér, adaptaci, radiaci; meiotický/centromerický tah) - trendy karyotypové evoluce u různých skupin organizmů a příklady - fenomén centromerického posunu (centromere repositioning) - problematika mikrochromozómů - polymorfizmy, karyomorfy chromozomové rasy, kryptické druhy - hybridní zóny, introgrese - karyotypová konzervativita (stáze) - zvlášnosti karyotypové evoluce u polyploidních fylognetických linií a linií s holokinetickými chromozomy; mapování konzervované syntenie a její význam pro rekonstrukci ancestrálních karyotypů - chromothripsis jako potenciální mechanizmus karyotypové evoluce
Poslední úprava: Sember Alexandr, Mgr., Ph.D. (31.08.2022)
Syllabus
1) Current views on the chromatin structure and its topology in the nucleus
2) Fluorescence in situ hybridization – the principles and the protocol overview
- direct and indirect labeling of FISH probes and probe detection (advantages and limitations)
- principles of probe labeling (nick translation, random priming, DOP PCR, primed in situ labelling (PRINS) etc.)
- effect of formamide on DNA denaturation, the role of other chemical agens in the basic FISH protocol
- the resolution of FISH-based techniques, stringency
3) Current markers and methods of molecular cytogenetics
- tandemly-repeated sequences, satellite DNA (satDNA), Cot DNA, microsatellites, transposable elements (TEs), telomeres and interstitial telomeric sites (ITSs), multigene families (histone genes, snDNA, rDNA) and their bearing to karyotype analysis
- mechanisms and models describing evolutionary dynamics of tandem repeats (concerted evolution, birth-and-death evolution, impact of gene conversion and unequal crossing-over along with recent insights into mechanisms of these phenomena)
- detailed physical mapping of adjacent or co-localized markers (fibre-FISH)
- mapping of single-copy regions – tyramide signal amplification FISH (TSA FISH), BAC (bacterial artificial chromosome) FISH
- oligo-paint FISH
- whole chromosome painting probes (WCP) and their intra- and interspecific (Zoo-FISH) application
- FISH with probes derived from whole genomic DNA- genomic in situ hybridization (GISH) and comparative genomic hybridization (CGH)
- utilization of next generation sequencing (NGS), available genomic data and particular databases for generation of new cytogenetic markers
- examples of integrated approach combining cytogenetic methods with data of other (phylogenetic, taxonomic, ecological, evolutional, genomic) approaches
4) Application of molecular cytogenetics in analyses of specialized chromosomes
- methods suitable for deciphering the emergence and evolution of sex/neo-sex chromosomes and B chromosomes, with emphasis on specific cases (Rumex, Drosophila, Orthoptera, Lepidoptera, spiders, fishes, frogs, reptiles, marsupials)
- unusual and extreme cases of sex chromosome differentiation
- methods suitable for unmasking master sex determining genes (or other sex-linked genetic content) including state-of-the-art sequencing and bioinformatic tools
- turnover of sex chromosomes and its high rate in cold-blooded vertebrates
5) Contribution of molecular cytogenetics to research of polyploidy, hybridization, asexual/unisexual reproduction and genome elimination
- applications and resolution power for resolving between auto- vs. allopolyploidy scenario in recent and older evolutionary events; evolutionary dynamics of post-polyploid genome restructuring, re-diploidization
- homoploid vs. allopolyploid hybrids, unique case of recurrent hybridization in sturgeons
- gynogenesis, hybridogenesis (with special emphasis on fishes and amphibians - Ambystoma, Cobitis, Pelophylax)
- genome elimination in frogs, fishes and nematods and associated battery of suitable methods for its investigation
6) Molecular cytogenetics and karyotype evolution
- mechanisms of karyotype evolution (chromosome rearrangements and their impact on reproductive isolation, karyotype orthoselection, meiotic/centromeric drive)
- trends of karyotype evolution in particular taxonomic groups (with emphasis on typical as well as outstanding examples)
- centromere repositioning
- microchromosomes
- polymorphisms, karyomorphs, chromosome races, cryptic species
- hybrid zones, introgression
- karyotype stasis
- unique patterns of karyotype evolution in polyploids and taxa with holocentric chromosomes
- mapping of conserved synteny and its bearing to reconstruction of ancestral karyotypes
- chromothripsis as a potential driving force behind karyotype evolution
Poslední úprava: Lichá Irena, RNDr., CSc. (29.05.2018)
Výsledky učení
Po úspěšném absolvování předmětu student: - definuje a vysvětlí význam integrace cytogenetiky a genomiky a zdůvodní roli cytogenetické analýzy při plánování genomového sekvenování a jedinečné informace, které cytogenetika poskytuje; - definuje, vyjmenuje a vysvětlí moderní představy o prostorové organizaci chromatinu (chromozómová teritoria, TADs, kompartmenty, separace fází) a objasní vztahy mezi architekturou chromatinu, regulací genové exprese a vznikem chromozómových přestaveb; - popíše princip fluorescenční hybridizace in situ (FISH), rozliší přímé a nepřímé značení DNA sond, vysvětlí podmínky protokolu, úlohu chemikálií, vznik artefaktů a zhodnotí výhody a nevýhody metody; - rozumí principům, uplatnění a limitům variant FISH (WCP, GISH, CGH, oligopaint FISH aj.) a vybraných příbuzných metod (optické mapování, MLPA, imunoznačení, ChIP-seq); vyjmenuje, klasifikuje a charakterizuje hlavní typy repetitivní DNA, vysvětlí jejich strukturní, regulační a evoluční funkce, vzory evoluce a disperze v genomech a uvede příklady jejich využití ve výzkumu; - vysvětlí a interpretuje využití bioinformatických nástrojů (např. RepeatExplorer) a databází při analýze repetitivní DNA a návrhu cytogenetických markerů; popíše a zhodnotí nejnovější pokroky v sekvenování nejsložitějších genomových oblastí, zejména centromer, a vysvětlí nové poznatky o jejich složení, evoluci a roli v meiotickém/centromerickém tahu; - popíše současné představy o vzniku a evoluci pohlavních a B chromozómů, identifikuje vhodné molekulárně cytogenetické/genomické metody jejich studia a zhodnotí jejich význam ve speciaci; - rozliší a porovná systémy determinace pohlaví, jejich přechody (turnover) a související fenomény (fontána mládí, heterochriazmie, ko-opce aj.); - popíše vznik, evoluci a možné funkce B chromozómů a GRC (germline-restricted chromosome) a zhodnotí jejich biologický význam; - definuje a porovná auto- a allopolyploidii, homoploidní a alopolyploidní hybridizaci a vysvětlí jejich význam v evoluci genomů; - popíše mechanizmy klonální/unisexuální reprodukce jako gynogeneze, hybridogeneze a a aplikuje molekulárně cytogenetické metody při jejich studiu; - vysvětlí a interpretuje procesy eliminace genomu nebo chromozómů a zhodnotí jejich roli v reprodukčních strategiích a evoluci; - vyjmenuje, analyzuje a interpretuje hlavní mechanizmy karyotypové evoluce, vysvětlí jejich fixaci v populacích a uvede příklady jejich role v adaptaci, radiaci a vzniku mezidruhových bariér; - rozliší a interpretuje trendy karyotypové evoluce a klíčové pojmy (např. centromerický posun, strukturní varianty, mikrochromozómy, karyotypová stáze, kryptické druhy, chromozómové rasy, hybridní zóny, introgrese, konzervovaná syntenie, ancestrální karyotyp); - popíše a zhodnotí komplexní chromozómové přestavby, včetně chromotripse.
Poslední úprava: Marková Hana, RNDr., Ph.D. (16.01.2026)
