ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
|
молекулярно-генетические методы
в науках о живой природе
П Р О Г Р А М М А
повышения квалификации научно-педагогических работников федеральных
государственных образовательных учреждений высшего профессионального образования
по приоритетному направлению «Проблемы подготовки кадров по приоритетным направлениям науки, техники, критическим технологиям, сервиса и других сфер,
относящихся к национальным интересам России»
СОГЛАСОВАНО:
Проректор по качеству
Директор ЦППКП
Барнаул 2010
I. ВВЕДЕНИЕ
Программа ориентирована на преподавателей вузов, ученых-исследователей в области ботаники и смежных с ней науках.
Ботаника, как часть системы сохранения биоразнообразия и источник новых технологий является в настоящее время одним из приоритетных направлений развития науки. Во всем мире актуальны фундаментальные исследования направленные на решение вопросов систематики, флористики, генетики рационального использования и охраны растений. В связи с этим многие российские и зарубежные научно-исследовательские институты работают по сходной тематике проектов. Основными приоритетными направлениями проводимых фундаментальных исследований является систематика отдельных таксонов растений с использованием метода молекулярно–генетического анализа, результатом разработки которых являются внедрение аналитических методов выявления сортовой принадлежности хозяйственно-ценных растений, количественное и качественное определение генетически модифицированных компонентов. Кроме того, широко ведется флористическое обследование отдельных районов в рамках проектов направленных на рациональное использование природных запасов растительного сырья, а также мониторинга состояния окружающей среды. Прикладные исследования ведутся в области оценки антропогенного изменения растительного покрова, интродукции и введения в культуру хозяйственно–ценных видов естественной флоры и оценки их запасов в природе, проведении экологических экспертиз, разработки методов клонального размножения редких и перспективных растений флоры. Все эти направления базируются на объекте, которым является определенный таксон (от одного вида растения или группы видов до семейств и отделов). Таким образом, достоверность любого исследования или практической разработки всецело зависит от точности определения систематической принадлежности вида, при этом в настоящее время необходимы методы идентификации, обеспечивающие высокую точность идентификации объекта без привлечения специалиста-систематика.
В настоящее время во многих развитых странах ведется разработка системы автоматической идентификации вида, базирующейся на методах, основанных на выявлении различий молекулярной структуры ДНК. Зарубежные исследователи в настоящее время работают с привлечением современных перспективных методик, требующих дорогостоящего оборудования, в последнее время показавших свою несостоятельность без привлечения методов классической анатомо–морфологической ботаники. Российская же школа ботаники (в том числе и Южно-Сибирский ботанический сад) обладает огромным запасом наработок и материалов в этой области.
Гербарий Южно–Сибирского ботанического сада составляет более 350000 листов хранения и является одним из наиболее полных по территории Алтайской горной страны. Кроме того, классическая Российская школа ботаники является общепризнанной во всем мире. Издаваемый Южно–Сибирским ботаническим садом журнал «Turczaninowia», является единственным за Уралом специализированным изданием, имеющим статус международного и рассылается в более чем 70 адресов в России и 40 в ближнее и дальнее зарубежье (США, Германия, Великобритания, Китай и др.). Основным достоинством Южно–Сибирского ботанического сада как системы подготовки научных кадров является то, что реализуется неразрывность образовательного процесса от студента, специалиста до преподавателя вуза, ученого-исследователя по нескольким основным направлениям ботаники. Имеющаяся материальная и лабораторная база позволяет вести подготовку и переподготовку специалистов более широкого профиля, нежели требует специализация «ботаника». Многолетний образовательный опыт в данной области позволяет дать рекомендации по организации, подготовке и ведению учебного курса по заявленной проблематике для преподавателей других вузов страны.
С развитием научно-технического прогресса методы изучения биологических объектов, в том числе и растений, становятся все более совершенными и доступными для обучения. Современные приборы и технологии позволяют без труда проводить исследования растений на молекулярном уровне: вести сравнительный анализ ДНК, белков, проводить исследования хромосом. Полученные знания о методах универсальны применительно ко всем биологическим объектам, и позволят слушателям легко ориентироваться и работать в таких лабораториях и исследовательских центрах как: ПЦР-диагностика в медицине, криминалистике, ветеринарии, СЭС (Ростехнадзор), селекции растений и пр.
Цель программы – создание условий, способствующих обеспечению уровня профессиональной подготовленности вузовских преподавателей в соответствии с общемировыми достижениями науки и техники в области биологии растений.
Задачи программы:
– ознакомление слушателей с общими принципами молекулярно-генетических исследований в ботанике;
– расширение области используемой научно-методической базы и внедрение перспективных методов в систему высшего образования;
– овладение преподавателями методами систематики растений на основе полимеразной цепной реакции, получения навыков лабораторной работы и компьютерной обработки информации;
– интерпретация полученной слушателями информации в соответствии с классическими анатомо-морфологическими методами систематики растений.
Обучение по программе включает следующие направления:
– ознакомление с основными принципами молекулярной систематики растений, основанной на методе полимеразной цепной реакции, освоение лабораторно-технической базой, получение навыков работы с оборудованием и реактивами;
– понимание и сопоставление анатомо-морфологической и молекулярной коэволюции ДНК в рамках концепции вида;
– освоение компьютерных программ и понимание принципов и подходов статистической обработки результатов анализов для целей систематики;
– ознакомление с учебными программами и приемами подготовки специалистов по данному направлению в России и за рубежом и прикладное использование методов в других областях науки и техники.
Главное назначение программы ее авторы усматривают в том, чтобы организовать продуктивный обмен опытом работы между преподавателями высших учебных заведений различных регионов страны. Одновременно слушателям будут представлены достижения ученых и преподавателей Алтайского госуниверситета в научной и образовательной сферах в контексте заявленной в программе проблематики, которые станут предметом их творческого осмысления и обсуждения.
Программу предваряет инвариантный блок, раскрывающий процессы модернизации в высшем профессиональном образовании современной России и призванный сформировать у слушателей представление о ведущих тенденциях развития отечественного профессионального образования, обеспечить понимание новых приоритетов государственной политики в этой области, знание нормативно-правовой базы современной профессиональной школы. Целевые ориентиры данного блока заключаются также в том, чтобы рассмотреть психолого-педагогические аспекты профессиональной деятельности вузовского педагога в контексте происходящих в обществе и системе высшего образования перемен, дать мощный импульс профессионально-личностному развитию преподавателей, обновлению их профессионального мировоззрения, перестройке мотивационной, ценностно-смысловой, когнитивной, операциональной и других сфер личности, инициировать внутренние механизмы саморазвития в условиях модернизации высшей школы.
Подготовка по курсу включает следующие направления работы:
– ознакомление с основными принципами молекулярной систематики растений, основанной на методе полимеразной цепной реакции, освоение лабораторно-технической базой, получение навыков работы с оборудованием и реактивами;
– понимание и сопоставление анатомо-морфологической и молекулярной коэволюции ДНК в рамках концепции вида;
– освоение компьютерных программ и понимание принципов и подходов статистической обработки результатов анализов для целей систематики;
– ознакомление с учебными программами и приемами подготовки специалистов по данному направлению в России и за рубежом и прикладное использование методов в других областях науки и техники.
Участие в программе требует от слушателей высшего образования по специальности «биология», «экология», базовые знания в области ботаники, биохимии, молекулярной биологии, генетики, а также навыки работ на компьютере в текстовом редакторе Microsoft Word. Для успешной работы с дополнительной литературой и компьютерными программами желательно знание английского языка или знакомство с англоязычной биохимической терминологией.
Полученные знания могут быть применены при подготовке специалистов высшего образования в области биологии, экологии, криминалистики, государственного контроля и при организации научных исследований в вузах и профильных НИИ.
Реализация программы предполагает использование многообразных форм организации обучения: лекции, в ходе которых излагаются теоретические основы курса; практические занятия (непосредственное ознакомление с оборудованием, методами и постановкой лабораторных опытов, направленных на решение конкретной задачи), семинаров (анализ и обсуждение полученных результатов, затруднений, с которыми встретились слушатели).
Итогом участия слушателей в настоящей программе является защита аттестационных работ. Их тематика отличается практикоориентированной направленностью, связана с реалиями вузовской образовательной практики. Темы работ сформулированы таким образом, чтобы участники программ смогли осуществить рефлексивную реконструкцию имеющегося профессионального опыта в контексте новых научных и образовательных проблем, которые стали предметом обсуждения в системе повышения квалификации. Не менее значимым для нее в данном случае является и другой подход, представляющий своеобразную инверсию, когда слушатели на основе творческого подхода к использованию нового опыта проектируют различные фрагменты образовательного процесса на материале преподаваемой учебной дисциплины.
На завершающем этапе работы слушатели примут участие в заседании «круглого стола», где обсудят содержательные, методические, организационные и другие аспекты реализации программы, внесут коррективы и предложения по ее дальнейшему совершенствованию и обозначат перспективы развития.
Ресурсное обеспечение программы представлено:
– научной школой (Алтайская ботаническая школа, 5 докторов, 19 кандидатов биологических наук). Научно-исследовательская и образовательная деятельность школы направлена на разработки в области систематики растений, исследования флористического разнообразия Южной Сибири, рационального природопользования, охраны окружающей среды и подготовку специалистов. Достижениями школы является издание международного ботанического журнала “Turczaninowia”, который рассылается в более чем 70 профильных научных и образовательных учреждения России и мира, участники исследований ежегодно публикуют более 40 научных работ в рецензируемых изданиях (в т. ч. и за рубежом). Сотрудники регулярно проходят курсы повышения квалификации и научные стажировки в ведущих в обрасти молекулярных методов растений зарубежных организациях (Университет г. Оснабрюк, Ботанический сад-музей Свободного университета (Берлин-Далем), Германия; Университет г. Гент, Бельгия), университет г. Хиросима, аграрный университет г. Токио, а также регулярные стажировки в Ботаническом институте им. РАН (г. С.-Петербург), Тихоокеанском институте биоорганической химии ДВО РАН (г. Владивосток), МГУ. Научной школой осуществляется подготовка многотомника «Флора Алтая», при ее участии изданы определители растений Новосибирской, Кемеровской области и Алтайского края, «Красная книга Алтайского края» (5 томов). За последние 5 лет на базе научной школы подготовлено 9 кандидатов и 1 доктор биологических наук.
В составе научной школы известные ученые:
– д-р биол. наук, профессор, директор Южно-Сибирского ботанического сада, организатор и руководитель формирующейся научной школы в области ботанических региональных исследований, руководитель внутрироссийских и международных проектов и грантов, мировой специалист по папоротникам, ведущий консультант Миссурийсого ботанического сада по написанию флоры Китая;
– д-р биол. наук, профессор, член-корреспондент РАН, основатель научной школы в области ботанических региональных исследований, руководитель внутрироссийских и международных проектов и грантов, Президент Русского ботанического общества;
– д-р биол. наук, профессор, зав. кафедрой ботаники АлтГУ специалист - геоботаник по растительности нарушенных местообитаний с более чем 30-летним стажем работы в высшей школе;
– д-р биол. наук, профессор, зам. директора Ботанического сада университета Оснабрюк (Германия), специалист в области филогении однодольных растений и др.;
– дидактическим сопровождением – разработаны учебно-методические комплексы по программе, включающей современные методы систематики растений, методические указания по работе с оборудованием в лаборатории молекулярно-гентического анализа растений, методические указания по проведению RAPD-анализа;
– материально-технической базой, необходимой для реализации программы – имеется полностью укомплектованная лаборатория ПЦР-анализа (амплификатор, трансиллюминатор, дозаторы, электрофорезное оборудование, центрифуги и пр.), гербарий включает более 300 тыс. листов хранения, компьютерное оборудование (10 компьютеров не ниже Pentium III, переферийное оборудование, специализированное программное обеспечение для предварительной и статистической обработки результатов анализа – Chromas, BioEdit, Treeview, MrBayes, Сlustal-x, Paup).
Авторы программы:
, д-р биол. наук, проф. (руководитель); , д-р биол. наук, проф.; , д-р биол. наук, проф.; , д-р биол. наук, проф.; , канд. биол. наук, доц.
Сроки реализации программы «МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ В НАУКАХ О ЖИВОЙ ПРИРОДЕ»: 27 сентября – 09 октября 2010 г.
ГОУ ВПО «АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
«УТВЕРЖДАЮ»
Первый проректор по учебной работе,
профессор
«____»____________________2010 г.
Учебный план
МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ В НАУКАХ О ЖИВОЙ ПРИРОДЕ
Цель: повышение квалификации
Категория слушателей: научно-педагогические работники высших учебных заведений
Срок обучения: 12-14 дней
Форма обучения: очная
Режим занятий: 6 часов в день
№ п/п | Наименование разделов, дисциплин и тем | Всего часов | В том числе | ||
лекции | практические, семинары, лабораторные работы | Формы контроля | |||
I. | Процессы модернизации в высшем профессиональном образовании современной России | 10 | 6 | 4 | |
II. | Обзор методов систематики растений | 4 | 4 | ||
III. | Методы молекулярно-генетического анализа растений | 12 | 8 | 4 | зачет |
IV. | Методы выделения растительной ДНК и ее консервация, анализ генома | 12 | 4 | 8 | зачет |
V. | Методы фенетики и кладиститки в систематике растений | 12 | 6 | 6 | зачет |
VI. | Программное обеспечение молекулярно-генетического метода систематики растений | 10 | 4 | 6 | решение задач |
VII | Филогения отдельных таксонов и использование методов молекулярно-генетического анализ растений в хозяйстве | 8 | 8 | - | защита проектов |
Итоговый контроль | 4 | защита итоговых аттестационных работ | |||
Итого: | 72 | 40 | 28 |
Директор ЦППКП
ВПО «АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
|
Учебно-тематический план
МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ В НАУКАХ О ЖИВОЙ ПРИРОДЕ
Цель: повышение квалификации
Категория слушателей: научно-педагогические работники высших учебных заведений
Срок обучения: 12-14 дней
Форма обучения: очная
Режим занятий: 6 часов в день
№ | Наименование разделов, дисциплин, тем | Всего | В том числе |
| |
лекции | семинары, | Формы контроля | |||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
I. | Процессы модернизации в высшем профессиональном образовании современной России | 10 | 6 | 4 | |
1.1. | Приоритеты государственной образовательной политики в современных условиях | 2 | 2 | ||
1.2. | Федеральные образовательные стандарты третьего поколения: новые подходы к оценке качества образования | 4 | 2 | 2 | |
1.3. | Проблемы проектирования основной образовательной программы на основе ФГОС-3 | 4 | 2 | 2 | |
II. | Обзор методов систематики растений | 4 | 4 | зачет | |
2.1 | Введение в предмет. История изучения растений в связи с развитием науки и ее технического оснащения | 2 | 2 | ||
2.2 | Значение и возможности современных молекулярных методов в систематике, фило - и флорогенетике | 2 | 2 | ||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
III. | Методы молекулярно-генетического анализа растений | 12 | 8 | 4 | зачет |
3.1 | Молекулярные данные и систематика живых объектов | 2 | 2 | ||
3.2 | Генетическая изменчивость – как основа для разграничения таксонов и конкретных индивидуумов | 2 | 2 | ||
3.3 | Полиплоидия и апомиксис в эволюции растений | 2 | 2 | ||
3.4 | Геном растений | 2 | 2 | ||
3.5 | Знакомство с оборудованием для ДНК анализа, организация и требование к лаборатории молекулярно-генетического анализа | 4 | 4 | ||
IV. | Методы выделения растительной ДНК и ее консервация,анализ генома | 12 | 4 | 8 | зачет |
4.1 | Методы идентификации растительных геномов | 2 | 2 | ||
4.2 | Полимеразная цепная реакция (ПЦР), методы, модификации и типы | 6 | 2 | 4 | |
4.3 | Выделение ДНК из растительного материала различными методами | 4 | 4 | ||
V. | Методы фенетики и кладиститки в систематике растений | 12 | 6 | 6 | зачет |
5.1 | Фенетика, кладистика и филогения, история их развития и современное состояние | 2 | 2 | ||
5.2 | Филогенетические деревья: кладистический подход | 4 | 4 | ||
5.3 | Построение дендрограм | 6 | 6 | ||
VI. | Программное обеспечение молекулярно-генетического метода систематики растений | 10 | 4 | 6 | решение творческих задач |
6.1 | Разбор программного обеспечения Chromas, BioEdit, Treeview, MrBayes, Сlustal-x, Paup и др. | 4 | 2 | 2 | |
6.2 | Решение задач на построение филогенетических деревьев | 6 | 2 | 4 | |
VII. | Филогения отдельных таксонов и использование методов молекулярно-генетического анализ растений в хозяйстве | 8 | 8 | защита проектов | |
7.1 | Работа с базами данных и программами Европейского биоинформационного института | 5 | 5 | ||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
7.2 | Обзор современных направлений в ботанических исследованиях на молекулярном уровне | 3 | 3 | ||
Итоговый контроль | 4 | защита итоговых аттестационных работ | |||
Итого: | 72 | 40 | 28 |
Директор ЦППКП
II. Тематика итоговых аттестационных работ
Обзор методов ПЦР-анализа для целей систематики растений. Разновидности праймеров и инжениринг олигонуклеотидов. Сравнительный анализ различных методов выделения ДНК. Секвенирование ДНК. Филогенетическая семейства Asteraceae на основе анализа нуклеотидных последо-вательностей участка ITS типичных представителей. Филогенетическая семейства Brassicaceae на основе анализа нуклеотидных последовательностей участка ITS типичных представителей. Филогенетическая система семейства Alliaceae на основе анализа нуклеотидных последовательностей участка ITS типичных представителей. Филогенетическая Pteridophyta на основе анализа нуклеотидных последовательностей участка ITS типичных представителей. Филогенетическая семейства Ranunculaceae на основе анализа нуклеотидных последовательностей участка ITS типичных представителей.10. Виды ПЦР-реакции и их использование.
Планирование научно-исследовательской работы в ДНК-лаборатории. Филогения рода Allium на основе сравнения хлоропластной и ядерной ДНК. Филогения рода Artemisia на основе сравнения хлоропластной и ядерной ДНК. Филогения рода Saussurea на основе сравнения хлоропластной и ядерной ДНК. Филогения рода Dontostemon на основе сравнения хлоропластной и ядерной ДНК. Филогения рода Allisum на основе сравнения хлоропластной и ядерной ДНК. Филогения рода Saussurea на основе сравнения хлоропластной и ядерной ДНК. Филогения рода Achillea на основе сравнения хлоропластной и ядерной ДНК. Филогения рода Ranunculus на основе сравнения хлоропластной и ядерной ДНК. Филогения рода Festuca на основе сравнения хлоропластной и ядерной ДНК. Филогения рода Paeonia на основе сравнения хлоропластной и ядерной ДНК. Сравнительная изменчивость ДНК-сиквенсов ядерной и хлоропластной ДНК среди ведущих родов семейства Asteraceae. Сравнительная изменчивость ДНК-сиквенсов ядерной и хлоропластной ДНК среди ведущих родов семейства Brassicaceae. Сравнительная изменчивость ДНК-сиквенсов ядерной и хлоропластной ДНК среди ведущих родов семейства Ranunculaceae. Сравнительная изменчивость ДНК-сиквенсов ядерной и хлоропластной ДНК среди ведущих родов семейства Poaceae. Филогения высших споровых растений на основе ДНК-сиквенса типовых родов семейств. Филогения цветковых растений на основе ДНК-сиквенса типовых родов семейств. Использование методов молекулярно-генетического анализа растений в народном хозяйстве. Фенетитка и кладистика, сравнительный анализ.III. Список литературы
1. Антонов геносистематики высших растений. – М: Маик «Наука / Интерпериодика». – 2000. – 136 с.
2. Антонов растений.– М: ИКЦ «Академкнига».– 2006. – 293с.
3. Ботаника. Учебник для вузов: в 4 т. / П. Зитте, , А. Брезински, К. Кёрнер; на основе учебника Э. Страсбургера. – М.: «Академия», 2007. – 576 с.
4. , и Городецкий и свойства днк-полимеразы из экстремально-термофильной бактерии Thermus aquaticus YT1 // Биохимия. – 1980. – вып. 45. – С. 494.
5. Красная книга Алтайского края. Редкие и находящиеся под угрозой исчезновения виды растений / под ред. , : монография. – Барнаул: «Алтай», 2006. – 262 с.
6. Павлинов классификационных подходов – это нормально // Журнал общей биологии. – 2003. – Т.64, вып. 4. – С. 275-291.
7. Смирнов указания по работе с оборудованием в лаборатории молекулярно-генетического анализа растений. – Барнаул, 2008. – 30с.
8. Молекулярные методы, используемые в систематике растений / Методическое пособие. – Барнаул, 2007. – 75 с.
9. , , Вахитов ДНК. – М.: Наука. – 1999.
10. Справочник по ботанической микротехнике. Основы и методы. – М.: Изд.-во МГУ, 2004. – 312 с.
11. Шмаков папоротников России: учебное пособие - Барнас.
12. Шмаков высших споровых растений. Часть 1: учебное пособие. – Барна8. – 239 с.
13. Molecular systematic / D. Hillis, C. Mooritz. – Massachusetts, USA. – 1990. – 588 с
