Evolutionary genetics - MB170P102

• Anglický název: Evolutionary genetics
• Český název: Evoluční genetika
• Zajišťuje: Katedra zoologie (31-170)
• Fakulta: Přírodovědecká fakulta
• Platnost: od 2024
• Semestr: zimní
• E-Kredity: 5
• Způsob provedení zkoušky: zimní s.:kombinovaná
• Rozsah, examinace: zimní s.:2/1, Z+Zk [HT]
• Počet míst: neomezen
• Minimální obsazenost: neomezen
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: vyučován
• Jazyk výuky: angličtina
• Poznámka: povolen pro zápis po webu; při zápisu přednost, je-li ve stud. plánu
• Garant: RNDr. Radka Reifová, Ph.D.
• Vyučující: RNDr. Radka Reifová, Ph.D.
• Neslučitelnost : MB170P24

Anotace

čeština

Evoluční genetika je obor, který kombinuje poznatky klasické genetiky, molekulární biologie a evoluční biologie. Obor vznikl v první polovině 20 století syntézou Darwinovy evoluční teorie a Medelovy teorie dědičnosti známou jako „moderní syntéza“. Vysvětluje evoluci z pohledu mechanismů, které vytvářejí a formují genetickou variabilitu v populaci a přetvářejí ji do rozdílů mezi druhy.

Základ evoluční genetiky tvoří teoretické práce R. A. Fischera, S. Wrighta a J. B. S. Haldanea popisující vliv genetického driftu, selekce či genového toku na genetickou variabilitu populace. Po objevení struktury DNA byla evoluční genetika obohacena o neutrální teorii evoluce a teorii koalescence.

V současnosti obor nabývá nových dimenzí díky přílivu ohromného množství molekulárních dat zahrnujících celogenomové sekvence různých organismů. Existence teoretických modelů evoluce a dostupnost skutečných molekulárních dat nám nyní poskytuje jedinečnou možnost nahlédnout do konkrétních mechanismů odpovědných za vnik adaptivních vlastností a biologické rozmanitosti, kterou kolem sebe pozorujeme.

Náplň přednášky zahrnuje:
(1) současný pohled na mechanismy dědičnosti,
(2) nahlédnutí do struktury a evoluce genomu, a popis metod funkční genomiky,
(3) vysvětlení procesů, které se podílejí na vzniku a formování genetického polymorfismu v populaci i mezi druhy,
(4) popis procesů vedoucích ke vzniku nových druhů a
(5) vysvětlení důležitých populačně genetických a molekulárně evolučních teorií a jejich využití při analýze empirických dat.

Poněvadž je evoluční genetika rychle se rozvíjející disciplínou, jsou studenti motivováni ke sledování novinek v oboru prostřednictvím krátkých studentských referátů na vybrané téma.

Poslední úprava: Reifová Radka, RNDr., Ph.D. (18.10.2025)

angličtina

Evolutionary genetics is a field that combines knowledge from classical genetics, molecular biology, and evolutionary biology. The discipline emerged in the first half of the 20th century through the synthesis of Darwin’s theory of evolution and Mendel’s theory of inheritance, known as the Modern Synthesis. It explains evolution from the perspective of the mechanisms that create and shape genetic variability within populations and transform it into differences between species.
The foundations of evolutionary genetics were laid by the theoretical work of R. A. Fisher, S. Wright, and J. B. S. Haldane, who described the effects of genetic drift, selection, and gene flow on the genetic variability of populations. After the discovery of DNA structure, evolutionary genetics was enriched by the neutral theory of evolution and coalescent theory.

Today, the field is gaining new dimensions thanks to the influx of vast amounts of molecular data, including whole-genome sequences from various organisms. The existence of theoretical models of evolution and the availability of real molecular data now provide us with a unique opportunity to explore the specific mechanisms responsible for the emergence of adaptive traits and the biological diversity we observe around us.

The lecture content includes:
(1) a current view on the principles of inheritance,
(2) an introduction to genome structure and evolution as well as methods of functional genomics,
(3) an explanation of the processes involved in the origin and shaping of genetic polymorphism within and between species,
(4) a description of processed leading to the emergence of new species
(5) an explanation of key population genetic and molecular evolution theories, including their applications in empirical data analysis.

As evolutionary genetics is a rapidly developing discipline, students are encouraged to keep up with current advances in the field through short student presentations on the selected topic.

Poslední úprava: Reifová Radka, RNDr., Ph.D. (18.10.2025)

Literatura

čeština

Prezentace z přednášek, doporučené články a vybrané knihy o populační genetice, molekulární evoluci a speciaci:

Například:
Rasmus Nielsen and Montgomery Slatkin (2013). An Introduction to Population Genetics  
Catherine L Peichel, Daniel I Bolnick, Åke Brännström, Ulf Dieckmann, Rebecca J Safran (2025). Speciation
Philip W. Hedrick (2005). Genetics of Populations 
Dan Graur, Wen-Hsiung Li (2000). Fundamentals of Molecular Evolution. 
Evolutionary Genetics: Concepts and Case Studies. C.W. Fox & J.B. Wolf (Eds.). 

Poslední úprava: Reifová Radka, RNDr., Ph.D. (18.10.2025)

angličtina

Presentations from the lectures, recommended articles and selected books on population genetics, molecular evolution and speciation:

E.g.,
Rasmus Nielsen and Montgomery Slatkin (2013). An Introduction to Population Genetics  
Catherine L Peichel, Daniel I Bolnick, Åke Brännström, Ulf Dieckmann, Rebecca J Safran (2025). Speciation
Philip W. Hedrick (2005). Genetics of Populations 
Dan Graur, Wen-Hsiung Li (2000). Fundamentals of Molecular Evolution. 
Evolutionary Genetics: Concepts and Case Studies. C.W. Fox & J.B. Wolf (Eds.). 

Poslední úprava: Reifová Radka, RNDr., Ph.D. (18.10.2025)

Požadavky ke zkoušce

čeština

Zkouška je ústní. Zápočet je udělen za přednesení referátu na vybrané téma. Kromě přednášek je vhodné si prostudovat články probírané běhěm kurzu.
Další informace je možné čerpat z doporučené literatury.

Poslední úprava: Reifová Radka, RNDr., Ph.D. (18.10.2025)

angličtina

The exam is oral. Additional credits are awarded for giving a presentation on a selected topic. In addition to attending lectures, it is recommended that you learn from presentations given during the course and the articles discussed. Further information can be found in the recommended literature.

Poslední úprava: Reifová Radka, RNDr., Ph.D. (18.10.2025)

Sylabus

1. Genes and genomes: Composition of genomes, coding and non-coding sequences, repetitive content, transposons and their role in evolution of organisms, polyploidization, programmed DNA elimination

2. Mechanisms of inheritance: Mendelian and non-mendelian inheritance, recombination and its evolutionary importance, gene conversion, meiotic drive, horizontal gene transfer, epigenetic inheritance

3. Introduction to population genetics: Hardy-Weinberg equilibrium, assortative mating, inbreeding, population structure, genetic drift, mutations, migration  

4. Neutral theory of molecular evolution: Substitution rates, nucleotide substitution models, molecular clocks.

5. Selection: Positive, negative, balancing selections and methods of their detection. Selective sweeps, background selection, genetic basis of adaptations.

6. Functional genetics: Genetic mapping using experimental crosses, association mapping, admixture mapping, linkage disequilibrium, methods of gene editing.

7. Speciation and hybridization: Species concepts, speciation with and without gene flow, methods to measure levels of gene flow, importance of gene flow in evolution, origin and evolution of intrinsic postzygotic isolation from genic, chromosomal and genomic perspectives

8. Gene trees and species trees: Theory of coalescence, gene genealogies, lineage sorting, ancestral polymorphism, how to construct phylogenetic trees

Poslední úprava: Reifová Radka, RNDr., Ph.D. (18.10.2025)

Výsledky učení

After completing the course, students will be able to:

Explain the principles of Mendelian and non-mendelian inheritance, genome organization and evolution and their role in evolution of organisms.

Describe the mechanisms generating and shaping genetic variation within and between populations, including mutation, recombination, gene flow, genetic drift and natural selection.

Explain key theories of evolutionary genetics, including the Modern Synthesis, neutral theory of molecular evolution, and coalescent theory.

Explain genetic processes underlying speciation and the role of hybridization in evolution.

Explain the relationship between gene trees and species trees and the causes of their incongruence. Interpret phylogenetic and coalescent-based analyses of gene genealogies and species relationships.

Apply methods for detecting selection, genetic structure, and gene flow in molecular data.

Analyse genetic mapping and association studies to identify loci underlying phenotypic traits.

Critically evaluate empirical studies in evolutionary genetics, including methodological assumptions and limitations. Integrate classical genetics, molecular biology, and evolutionary theory to explain biodiversity patterns.

Communicate clearly complex evolutionary genetic concepts in oral presentations.

Poslední úprava: Reifová Radka, RNDr., Ph.D. (30.01.2026)