Evolucni genomika
Eduard Kejnovský & Roman Hobza

1. Vznik života

Kosmologická předehra. Atributy života. Vznik života. Abiogeneze klasická a moderní. Urey-Millerův experiment. První genetické systémy na bázi proteinů, nukleových kyselin. Ribozymy. Vznik genetického kódu a proteosyntézy. Teorie jílů. Převzetí genetické role molekulami DNA. Panspermie a extremofilové. Zvláštnosti života a život na bázi křemíku a jiných rozpouštědel.

2. Relikty světa RNA a první genomy

Důkazy RNA světa. Vznik RNA světa. Evoluční osud prvních RNA replikátorů . Relikty světa RNA – tRNA (od replikace k proteosyntéze), ribozóm, spliceosom, snorposom , telomeráza, srpRNA, gRNA, vaultRNA , RNázaP. Viry a viroidy – staré nebo mladé, funkční relikty světa RNA, jsou viry živé?

3. Svět malých RNA, RNA interference (RNAi)

Historie objevení podstaty RNAi. RNAi a její úloha v evoluci. Úloha malých RNA v buňce (siRNA, miRNA, piRNA ), dicer a RISC komplex. Rozdíly v RNAi mezi rostlinami a živočichy. Použití RNAi v genovém inženýrství.   

4. Evoluce genomů

Velikosti genomů a paradox hodnoty C. Minimální genom. Mechanizmy zvětšování genomů, genomová obezita u rostlin. Topografie genomů - uspořádání genů v genomech, syntenie a kolinearita. Počty chromosomů u různých druhů, úloha multiplikací, chromosomové přestavby, B chromosomy. Izochory.

5. Polyploidizace

Genetické a epigenetické interakce genomů u polyploidů , sterilita hybridů. Polyploidie a speciace . Polyploidie u živočichů a u rostlin, polyploidie a geografická distribuce druhů. Evoluční důsledky polyploidie .

6. Evoluce genů

První geny. Anatomie genů. Původ nových genů. Mechanizmy evoluce nových genů. Introny – staré nebo mladé? Alternativní sestřih. Genové rodiny, pseudogeny, orfony a počty genů. Horizontální přenos. Nedávno vzniklé geny. Velikosti genů.   Zvláštní geny.

7. Dynamika genomů I.

Repetitivní DNA jako dominantní složka genomů. Změna paradigmatu v genetice – genom je dynamický. Mobilní genetické elementy (transpozony). Podíl repetitivní DNA na velikosti genomů. Retroelementy – retroviry, retrotranspozony, retropozony, bakteriální retrony. DNA transpozony Původ a evoluce transpozonů.

8. Dynamika genomů II.

Funkce transpozonů. Koevoluce transpozonů a hostitele: konflikt-kompromis-kooperace. Obrana hostitele - umlčování transpozonů. Transpozony užitečné pro hostitele – domestikace transpozonů. Explozivní amplifikace transpozonů v evoluci savců. Tandemové repetice. Mikrosatelity. Genomy organel jako pozůstatky prokaryotických organizmů. Objev promiskuitní DNA. Migrace genů do jádra. Mechanizmus přenosu genů do jádra. Genomy organel a vnitrobuněční parazité.

9. Evoluce sexuality. Příčiny sexuality:

Rekombinace a sexualita. Rychlost evoluce a degenerativní procesy   u nerekombinující DNA – Mullerova rohatka ( Mullers ratchet), genetické svezení se ( genetic hitchhiking ), selekce na pozadí ( background selection ). Haploidie a diploidie . Výhody a nevýhody pohlavního rozmnožování.

10. Evoluce sexuality. Důsledky sexuality:

Mechanizmy determinace pohlaví, vznik a evoluce pohlavních chromosomů u rostlin a živočichů. Historie objevů týkajících se determinace pohlavnosti a pohlavních chromosomů. Lidské pohlavní chromosomy – záhadné palindromy na chromosomu Y, samčí geny jsou zálohované, Y se brání degeneraci. Evoluční vrstvy na chromosomu Y. Papája – pohlavní chromosomy ve stádiu zrodu. Alternativní mechanismy determinace pohlaví.

11. Struktura a evoluce lidského genomu

Základní charakteristika. Genové rodiny v lidském genomu. Repetice v lidském genomu. Srovnání genomu člověka s genomem myši a šimpanze. Evoluce člověka.

12. Genomika – strategie a metody

Mapování genomů. Mikrodisekce buněk a chromosomů.   Genomové knihovny, sekvenování. Spojování fyzických a genetických map. Moderní přístupy v sekvenování genomů. Eco - tilling .

13. Historie genomiky

Avery versus Watson a Crick. Watson versus Venter . Vzestup a pád modelových organizmů. Genomové projekty, hlavní databáze.