Uniwersytet Warszawski - Centralny System UwierzytelnianiaNie jesteś zalogowany | zaloguj się
katalog przedmiotów - pomoc

Metody filogenetyczne w biologii

Informacje ogólne

Kod przedmiotu: 1400-226MFB Kod Erasmus / ISCED: 13.104 / (0511) Biologia
Nazwa przedmiotu: Metody filogenetyczne w biologii
Jednostka: Wydział Biologii
Grupy: Przedmioty DOWOLNEGO WYBORU
Punkty ECTS i inne: (brak)
zobacz reguły punktacji
Język prowadzenia: polski
Rodzaj przedmiotu:

monograficzne
obowiązkowe

Założenia (opisowo):

Wykład - bez założeń wstępnych. Ćwiczenia - Praktyczna znajomość języka angielskiego i umiejętność posługiwania się komputerem na poziomie podstawowym.

Tryb prowadzenia:

w sali

Skrócony opis:

Celem przedmiotu jest zaprezentowanie metod rekonstrukcji filogenezy oraz pokazanie problemów badawczych we współczesnej biologii, które są rozwiązywane za pomocą tych metod. Prezentowane są podstawowe metody filogenetyki: największej parsymonii, odległościowe, największej wiarygodności i bayesowskie; przedstawione są metody szacowania wewnętrznego wsparcia gałęzi drzewa (bootstrap, indeks Bremera, aLRT, prawdopodobieństwo a posteriori), a także metody szacowania czasu dywergencji (zegar molekularny) oraz porównawcze (analiza ewolucji cech morfologicznych, analizy filogeograficzne itd.). Omówione są wybrane zagadnienia współczesnej biologii, w których te metody znajdują zastosowanie, np. szacowanie ewolucyjnego pokrewieństwa organizmów, badanie transferu horyzontalnego genów (w tym powstania komórki eukariotycznej drogą endosymbiozy); pochodzenie, ewolucja molekularna i morfologiczna człowieka.

Pełny opis:

Na wykładzie omawiane są zarówno same metody filogenetyki z położeniem nacisku na metody molekularne, jak i ich zastosowania w różnych dziedzinach współczesnej biologii. Wykład obejmuje opisane poniżej zagadnienia. (1) Zagadnienia ogólne – drzewo filogenetyczne jako hipoteza ewolucyjna, markery genetyczne i ich zastosowanie w systematyce (izoenzymy, RFLP, sekwencje aminokwasów i nukleotydów, mikrosatelity itp.). (2) Kladystyka – podstawowe terminy i założenia (apo- i plezjomorfia, homoplazja, mono-, para- i polifiletyzm); zasada parsymonii; zakorzenienie drzewa. (3) Modele substytucji nukleotydów i metody na nich oparte: odległościowe, największej wiarygodności i bayesowskie. (4) Metody oceny spójności danych i wewnętrznego wsparcia gałęzi drzew filogenetycznych, testowanie hipotez filogenetycznych. (5) Wybrane zastosowania metod filogenetycznych w biologii, w tym ewolucja siateczkowata i problemy z ustaleniem drzewa rodowego organizmów prokariotycznych, powstanie komórki eukariotycznej oraz pokrewieństwo ewolucyjne różnych grup glonów (pierwotna i wtórna endosymbioza), filogeneza człowieka; analiza filogenetyczna kopalnego DNA.

Na ćwiczeniach studenci zapoznają się z programami służącymi obróbce danych molekularnych, analizie filogenetycznej oraz rekonstrukcji cech na drzewach filogenetycznych. Ćwiczenia obejmują opisane poniżej zagadnienia.

(1) Korzystanie z baz danych kwasów nukleinowych GenBank. Wyszukiwanie w bazach danych sekwencji homologicznych programem Blast. (2) Korzystanie z programu BioEdit do edycji sekwencji(3) Przyrównywanie sekwencji homologicznych przy użyciu programu Clustal. (4) Metody budowy drzew filogenetycznych makrocząsteczek. (5) Program MEGA do badania genetycznych mechanizmów procesów ewolucyjnych. (6) Filogeneza naczelnych na podstawie sekwencji genów mitochondrialnych. (7) Metoda parsymonii w filogenetyce. (8) Drzewo filogenetyczne na podstawie sekwencji genu rRNA małej podjednostki rybosomalnej. (9) Ocena wiarygodności drzew filogenetycznych metodą samopróbkowania. (10) Drzewo życia i nieadekwatność jego podziału na pięć królestw. (11) Modele ewolucji sekwencji DNA i białek. Obliczanie odległości między sekwencjami. (12) Polifiletyczny charakter eukariotycznych organizmów fotosyntetyzujących. (13) Edycja i składanie sekwencji genów 16S i 18S rRNA z glonów uzyskanych metodami Sangera i Illumina przy użyciu programu SeqMan z pakietu Lasergene. (14) Program do analiz filogenetycznych Paup. (15) Metoda największej wiarygodności i wybór modelu ewolucji sekwencji DNA programem ModelTest. (16) Program PHYML do konstrukcji drzew metodą największej wiarygodności i szacowania ich wiarygodności za pomocą przybliżonego testu ilorazu wiarygodności (aLRT). (17) Program MrBayes i bayesowskie podejście do analizy filogenetycznej. (18) Ilustracja endosymbiotycznej teorii powstania organizmów eukariotycznych przy pomocy uzyskanych drzew genu rRNA małej podjednostki rybosomalnej. (19) Program BEAST i datowanie filogenezy człowieka wraz z rekonstrukcją ewolucji cech morfologicznych człowieka i naczelnych.

Literatura:

1) Hall, B. G. 2008. Łatwe drzewa filogenetyczne. Poradnik użytkownika. Wydawnictwa Uniwersytetu Warszawskiego

2) Avise, J. A. 2008. Markery molekularne, historia naturalna i ewolucja. Wydawnictwa Uniwersytetu Warszawskiego, Warszawa.

3) Krzanowska H., Łomnicki A., Rafiński J., Szarski H., Szymura J.M. 2002. Zarys mechanizmów ewolucji. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa.

4) Spalik K., Piwczyński M. 2009. Rekonstrukcja filogenezy i wnioskowanie filogenetyczne w badaniach ewolucyjnych. Kosmos 58 (3-4): 485-498

5) Baxevanis A. D., Ouellette B. F. 2005. Bioinformatyka. Podręcznik do analizy genów i białek. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa

Efekty uczenia się:

Po ukończeniu przedmiotu student:

WIEDZA

- rozumie wzajemne pokrewieństwa wszystkich żywych organizmów; zna zaawansowaną metodologię filogenetyczną pozwalającą na ustalenie relacji pokrewieństwa między organizmami;

- zna specjalistyczne narzędzia bioinformatyczne stosowane w filogenetyce molekularnej;

- ma wiedzę na temat pochodzenia ewolucyjnego głównych grup organizmów, takich jak bakterie, pierwotniaki, grzyby, rośliny i zwierzęta, w tym wiedzę o pochodzeniu człowieka;

UMIEJĘTNOŚCI

- potrafi przedstawić i identyfikować problemy badawcze we współczesnej biologii, które mogą być rozwiązane za pomocą metod filogenetycznych;

- analizuje publikacje naukowe pod kątem zastosowania metod filogenetycznych oraz interpretacji ich wyników;

- dobiera odpowiednie metody i programy filogenetyczne do postawionego problemu badawczego, wykonuje obliczenia i interpretuje wyniki.

KOMPETENCJE SPOŁECZNE

- krytycznie analizuje informacje odnoszące się do pochodzenia gatunków pojawiające się środkach masowego przekazu, potrafi odróżnić argumentację naukową od pseudonaukowej;

- rozumie potrzebę popularyzacji wiedzy o ewolucyjnym pochodzeniu gatunków, w tym człowieka.

Metody i kryteria oceniania:

Egzamin pisemny

Praktyki zawodowe:

Brak

Przedmiot nie jest oferowany w żadnym z aktualnych cykli dydaktycznych.
Opisy przedmiotów w USOS i USOSweb są chronione prawem autorskim.
Właścicielem praw autorskich jest Uniwersytet Warszawski.