МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГАОУ ВО "Новосибирский национальный
исследовательский государственный университет"

Факультет естественных наук



  УТВЕРЖДАЮ


Декан ФЕН НГУ, профессор

_____________


«29» августа 2014 г.


Рабочая программа дисциплины

Теория селекции

Направление подготовки

06.03.01 Биология

Профиль подготовки

Квалификация (степень) выпускника

Академический бакалавр

Форма обучения

Очная

Новосибирск 2014

Аннотация рабочей программы

Дисциплина «Теория селекции» (Б1.В. ОД.14.6) является частью ООП по направлению подготовки «Биология», вариативная часть, обязательная дисциплина профиля «Генетика», «Биология клетки». Дисциплина реализуется на Факультете естественных наук Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" (НГУ) кафедрой цитологии и генетики в 8 семестре 4 курса.

Содержание дисциплины охватывает круг вопросов, связанных с явлениями наследственности и изменчивости в популяциях домашних животных и культурных растений, с генетическими основами детерминации количественных признаков, с генетическими методами их анализа и с современными методами селекции растений и животных.

Дисциплина нацелена на формирование общепрофессиональных компетенций ОПК - 7, 8, профессиональных компетенций ПК-3, 4 выпускника.

Преподавание дисциплины предусматривает следующие формы организации учебного процесса: 30 ч. - лекции, 42 ч. - самостоятельная работа студента.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Программой дисциплины предусмотрен текущий контроль в виде двух домашних заданий и  рубежный контроль в форме экзамена.

Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы, 72 академических часа.

1. Цели освоения дисциплины

Основной целью освоения дисциплины «Теория селекции» является ознакомление с современными методами селекционно-генетической работы в популяциях растений и животных, в том числе лабораторных. Обучение студентов генетическим методам анализа количественных признаков, основным схемам и параметрам селекции, методам разработки ДНК-маркеров и критериям выбора их для решения задач селекции.

Для достижения поставленной цели выделяются задачи курса:

    научить студентов применять полученные ранее знания по генетике в разработке селекционных программ; обучить студентов эффективным методам получения новых генетических моделей для лабораторных исследований на основе синтеза классических и современных методов селекции. научить студентов генетическому анализу количественных признаков, используя гибридологический и генетико-статистический анализ, а также методам анализа вкладов хромосом и маркированию локусов количественных признаков ( QTL).

2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата

Дисциплина «Теория селекции» является профилирующей частью ООП профилей  «Генетика» и «Биология клетки»

Дисциплина «Теория селекции» опирается на следующие дисциплины данной ООП:

    «Цитогенетика» (современные представления о структурно-функциональной организации хромосомы эукариот). «Молекулярная биология» (молекулярные механизмы реализации генетической информации, репликации, репарации, мобильные генетические элементы-ретротранспозоны); «Генетика» (весь круг вопросов, связанных с явлением наследственности и изменчивости); «Биометрия» (основные статистические параметры, характеризующие биномиальное и нормальное распределение, а также непараметрическая статистика и дисперсионный анализ); «Эволюционное учение» (механизмы возникновения полиморфизма и факторы, формирующие изменчивость в популяциях).

Результаты освоения дисциплины «Теория селекции» используются в других дисциплинах специализации профилей «Генетика», «Биология клетки».

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Теория селекции»:

общепрофессиональные компетенции

    способность обосновать роль эволюционной идеи в биологическом мировоззрении; владением современными представлениями об основах эволюционной теории, о микро - и макроэволюции (ОПК-7), владением базовыми представлениями об основных закономерностях и современных достижениях генетики и селекции, о геномике, протеомике (ОПК-8),

профессиональные компетенции:

    готовность применять на производстве базовые обще профессиональные знания теории и методов современной биологии (ПК-3); владение современными методами обработки, анализа и синтеза полевой, производственной и лабораторной биологической информации, правилами составления научно-технических проектов и отчетов (ПК-4).

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

    иметь представление о характере наследования количественных признаков, о способе оценки генетической компоненты детерминации количественных признаков, о прогнозе генетического изменения среднего популяционного значения признака в ответ на селекционное давление, о мировых достижениях селекции у различных видов сельскохозяйственных животных. должен знать схемы массового и индивидуального отбора в селекции растений; знать генетические предпосылки перехода к комбинативной селекции, методы линейной селекции, массового отбора на провокационных фонах, методы оценки комбинационной способности; знать методы селекции на комбинационную способность, методы создания гетерозисных гибридов; знать классификацию, базовые методы анализа и основные области применения ДНК-маркеров, критерии выбора ДНК-маркеров для селекции и преимущества их использования по сравнению с традиционными методами; иметь представление о картировании генов и подходах к выделению их нуклеотидных последовательностей как базовых методов для разработки ДНК-маркеров; иметь представление о методах использование ДНК-маркеров в беккроссной и линейной селекции, при создании пирамид генов и при комбинированных подходах; иметь представление об особенностях геномной селекции и о современных подходах селекции, основанных на методах хромосомной, клеточной и генетической инженерии; знать способы анализа количественных признаков, оценку основных параметров, характеризующих генетические компоненты, количественных признаков, оценку основных параметров, характеризующих генетические компоненты количественных признаков, знать основные методы внутрипородной и межпородной селекции. уметь анализировать характер наследования количественных признаков, оценивать коэффициент генетической детерминации количественных признаков, оценивать коэффициент наследуемости, прогнозировать ожидаемый ответ на длительный массовый отбор по фенотипу. уметь проводить гибридологический анализ, уметь оценивать вклады отдельных хромосом и их фрагментов в экспрессию количественных признаков.

Структура и содержание дисциплины

Структура дисциплины: 30 ч. - лекции, 42 ч. - самостоятельная работа студента, 2 домашних задания и рубежный контроль в форме экзамена. Общая трудоемкость дисциплины составляет  2 зачетные единицы, 72 часа


№ п/п

Раздел дисциплины

Семестр

Неделя  семестра

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и
трудоемкость

(в часах)

Формы текущего контроля успеваемости
(по неделям семестра)

Форма промежуточной аттестации
(по семестрам)

Лекция

Лабор. работа

Самост. работа

Контр. работа

Зачет

Часть 1. Введение в теорию селекции. Традиционные методы селекции.

1.1

Селекция как наука и как технология. Доместикация и первые методы селекции. Центры происхождения культурных растений и закон о гомологических рядах в наследственной изменчивости, обоснованные .

8

1

1

2

1.2

Об источниках наследственной изменчивости и их роли для селекции. Мутационная и комбинативная изменчивость. Мутационная теория Де Фриза.

8

1

2

2

1.3

Взаимодействие генотип – среда. Классическая работа Иогансена «Об отборе в популяциях и чистых линиях».

8

2

2

2

1.4

Искусственный и естественный отбор. Массовый и индивидуальный отбор. Метод половинок.

8

2

1

2

1.5

Комбинационная селекция, подбор компонентов для скрещивания, принцип отбора гомозиготных форм. Методы линейной и массовой селекции.

8

3

1

2

1.6

Гетерозис, гипотезы и их селекционные приложения – доминирования, сверхдоминирования и компенсационного комплекса генов.

8

3

1

2

Часть 2. Современные методы в селекции.

2.1

Генетические маркеры, ДНК-маркеры. Селекция с помощью ДНК-маркеров: общая схема и основные преимущества по сравнению с традиционными методами селекции

8

4

1

2

2.2

ДНК-маркеры: базовые методы анализа, классификация,.

8

4

1

2

2.3

Критерии выбора ДНК-маркеров для селекции. Картирование маркеров и генов как основа для разработки маркеров к генам.

8

5

1

2

2.4

Надёжность как основной критерий выбора ДНК-маркеров для селекции. Выделение нуклеотидной последовательности гена как основа для разработки маркеров к генам.

8

5

1

2

2.5

Использование ДНК-маркеров в беккроссной и линейной селекции. Маркер-контролируемое создание генетических моделей для лабораторных исследований.

8

6

1

2

2.6

Различные схемы в селекции с использованием ДНК-маркеров: создание пирамид генов; комбинированные подходы.

8

6

1

2

2.7

Основы геномной селекции.

8

7

1

2

2.8

Применение геномной селекции в животноводстве.

8

7

1

2

2.9

Современные методы в селекции, основанные на хромосомной инженерии.

8

8

1

2

2.10

Современные методы в селекции, основанные на генетической и клеточной инженерии.

8

8

1

2

Часть 3. Использование статистических подходов в селекции.

3.1

Первичная обработка генетико-селекционных данных, вычисление крите­риев Стьюдента и Фишера, сравнение рас­пределений по критериям Манна-Уитни и хи-квадрат, робастные опенки сдвига и мас­штаба, разбиение на классы

8

9

1

2

3.2

Применение корреляционного и регрессионного анализа к генетико-селекционным данным

8

9

1

2

3.3

Полигены и полигенное наследование: количество генов, контролирующих количественный признак, гены-модификаторы.

Влияние факторов среды на количественные признаки.

8

10

2

2

3.4

Селекция на основе биометрической генетики. Генетические эффекты:  аддитивность, доминантность, гетерозис, эпистаз. Разложение изменчивости  количественного признака на компоненты

8

10

1

2

3

задание

3.5.

Коэффициенты наследуемости (h2) и повторяемости (rw) и методы их вычисления с помощью коэффициентов связи и дисперсионного анализа. Практическое значение этих коэффициентов для селекционной работы при прогнозировании эффективности отбора.

8

11

2

2

3.6

Влияние на коэффициенты наследуемости и повторяемости генотипических и паратипических факторов и взаимодействие генотипа и среды.

8

11

2

2

3.7.

Эффективность отбора в селекции. Оценка в ранних поколениях. Комбинационная способность.  Системы скрещиваний. Схема «путевых коэффициентов» Райта и схема «связей между родственниками» Фишера.

8

12

2

2

3.8

Многомерный отбор. Многофакторный статистический анализ в селекции. Методы анализа маркирования локусов количественных признаков (QTL).

8

12

2

2

3

задание

30

42

экзамен

Содержание разделов и тем.

Часть 1. Введение в теорию селекции. Традиционные методы селекции.

Селекция как наука и как технология. Доместикация и первые методы селекции. Центры происхождения культурных растений и закон о гомологических рядах в наследственной изменчивости, обоснованные

Об источниках наследственной изменчивости и их роли для селекции. Мутационная и комбинативная изменчивость. Мутационная теория Де Фриза.

Взаимодействие генотип – среда. Классическая работа Иогансена «Об отборе в популяциях и чистых линиях».

Искусственный и естественный отбор. Массовый и индивидуальный отбор. Метод половинок

Комбинационная селекция, подбор компонентов для скрещивания, принцип отбора гомозиготных форм. Методы линейной и массовой селекции.

Гетерозис, гипотезы и их селекционные приложения – доминирования, сверхдоминирования и компенсационного комплекса генов.

Часть 2. Современные методы в селекции.

Генетические маркеры, ДНК-маркеры. Селекция с помощью ДНК-маркеров: общая схема и основные преимущества по сравнению с традиционными методами селекции

ДНК-маркеры: базовые методы анализа, классификация

Критерии выбора ДНК-маркеров для селекции. Картирование маркеров и генов как основа для разработки маркеров к генам.

Надёжность как основной критерий выбора ДНК-маркеров для селекции. Выделение нуклеотидной последовательности гена как основа для разработки маркеров к генам.

Использование ДНК-маркеров в беккроссной и линейной селекции. Маркер-контролируемое создание генетических моделей для лабораторных исследований.

Различные схемы в селекции с использованием ДНК-маркеров: создание пирамид генов; комбинированные подходы.

Основы геномной селекции.

Применение геномной селекции в животноводстве.

Современные методы в селекции, основанные на хромосомной инженерии.

Современные методы в селекции, основанные на генетической и клеточной инженерии.

Часть 3. Использование статистических подходов в селекции.

Первичная обработка генетико-селекционных данных, вычисление критериев Стьюдента и Фишера, сравнение распределений по критериям Манна-Уитни и хи-квадрат, робастные оценки сдвига и масштаба, разбиение на классы

Применение корреляционного и регрессионного анализа к генетико-селекционным данным

Полигены и полигенное наследование: количество генов, контролирующих количественный признак, гены-модификаторы.

Влияние факторов среды на количественные признаки.

Селекция на основе биометрической генетики. Генетические эффекты:  аддитивность, доминантность, гетерозис, эпистаз. Разложение изменчивости  количественного признака на компоненты

Коэффициенты наследуемости (h2) и повторяемости (rw) и методы их вычисления с помощью коэффициентов связи и дисперсионного анализа. Практическое значение этих коэффициентов для селекционной работы при прогнозировании эффективности отбора.

Влияние на коэффициенты наследуемости и повторяемости генотипических и паратипических факторов и взаимодействие генотипа и среды.

Эффективность отбора в селекции. Оценка в ранних поколениях. Комбинационная способность.  Системы скрещиваний. Схема «путевых коэффициентов» Райта и схема «связей между родственниками» Фишера.

Многомерный отбор. Многофакторный статистический анализ в селекции. Методы анализа маркирования локусов количественных признаков (QTL).

       5. Образовательные технологии

Используется традиционная система лекций. Для текущего контроля усвоения материала задаются домашние задания.


Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.

Образцы вопросов для текущей проверки знаний:

Искусственный отбор в селекции. Массовый и индивидуальный отбор. Метод «педигри» и «акарп» в селекции. Комбинационная селекция. Гетерозис: гипотезы. Комбинационная способность на гетерозис. Методы периодического отбора на комбинационную способность. Цитоплазматическая мужская стерильность и ее использование в селекции на гетерозис. Генетические маркеры, ДНК-маркеры: классификация, определения, основные примеры. Классификации ДНК-маркеров. Отбор с помощью ДНК-маркеров (ОПМ). Сравнительный анализ ОПМ и методов традиционной селекции: преимущества. Критерии выбора ДНК-маркеров для селекции. Внутригенные маркеры и основные методы выделения нуклеотидных последовательностей целевых генов. Использование ДНК-маркеров в беккроссной и линейной селекции. Создание пирамид генов и комбинированные подходы. Сравнительный анализ ОПМ и геномной селекции. Основные типы цитологически и генетически маркированных линий. Описание характера наследования количественных признаков посредством гибридологического анализа. Концепция наследования количественных признаков К. Мазера. Разложение изменчивости  количественного признака на компоненты Схема коэффициентов путей С. Райта. Наследуемость (h2) и повторяемость (rw) – свойства признаков и популяции. Методы оценки коэффициента наследуемости (h2) и повторяемости (rw). Использование h2 для оценки генетической компоненты количественных признаков и прогноза генетического ответа на отбор. Современные методы селекции количественных признаков. Оценка скорости генетического сдвига на отбор.

Примеры заданий для контрольных работ:


Оценить генетическую структуру популяции (частоты аллелей и частоты генотипов). Оценить равновесие Гарди - Вайнберга. Описать факторы, нарушающие генетическое равновесие в популяции. Оценить коэффициент корреляции «мать-дочь» по конкретному количественному признаку, использовав модель пирсоновского коэффициента корреляции. Оценить коэффициент корреляции между полусибсами по отцу по конкретному количественному признаку, использовав иерархическую модель двухфакторного дисперсионного комплекса. Оценить коэффициент наследуемости методом удвоенной корреляции «родитель-потомок». Оценить коэффициент наследуемости  методом полусибсовой корреляции. Оценить ожидаемый ответ на отбор по количественным признакам с заданными параметрами  и коэффициентами отбора.

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

а) основная литература:

аучные основы селекции растений. М.: Колос. 1972. Васильева в генетику количественных признаков животных. Новосибирск. ИЦиГ СО РАН. 2008 Васильева методы в биологии, медицине и сельском хозяйстве. Новосибирск: ИЦиГ СОРАН. 2007. , Ковалева анализ биологических данных: учебное пособие. 2-е испр. и доп. изд. – Санкт-Петербург: ВИЗР РАСХН, 2008. –87с. Инге-Вечтомов с основами селекции. С.-Петербург.: «Издательство Н-Л». 2010. Жимулев и молекулярная генетика. Новосибирск, Сибирское университетское издательство, 2003. Крюков . Часть 14. Генетика количественных признаков. Генетические основы селекции. –Орёл: Изд-во ОрёлГАУ, 2009. –137 с. Крюков методы изучения изменчивости. –Орёл: Изд-во Орёл-ГАУ, 2006. –208 с. Рокицкий в количественную генетику. Минск. Из-во: Высшая школа. 1973. V. M. Efimov, V. Y. Kovaleva and A. L. Markel. A new approach to the study of genetic variability of complex characters // Heredity, 2005. V.94. P.101-107.

б) программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

Видеолекции и печатные материалы к ним:

Скачать: http://www. bionet. nsc. ru/nauka/konferenczii/konferencziya-vogis-2013-goda/video-lekczij. html («Молекулярные маркеры в генетических исследованиях и в селекции») или смотреть online: http:///channels/bionet/84562832

Читать: http://www. bionet. nsc. ru/vogis/download/17-4/2/21Khlestkina. pdf

скачать: http://www. bionet. nsc. ru/asp/?page_id=86 («Молекулярные методы анализа») или смотреть online: http://phiziologiya. girivoy-sport. ru/?video=14153

Читать: http://www. bionet. nsc. ru/vogis/pict_pdf/2011/15_4/16.pdf

       Учебники в электронном виде:

http://www. labogen. ru/20_student/soderjanie. html

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины

    Терминальный класс либо ноутбуки у студентов. Ноутбук, медиа-проектор, экран. Программное обеспечение для демонстрации слайд-презентаций.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВО с учетом рекомендаций и Примерной ООП ВПО по направлению 03.06.01 «Биология» и профилю подготовки  «Генетика», «Биология клетки».

Авторы:                         ,

                                       профессор каф. цитологии и генетики НГУ,

                                       академик РАН, советник председателя СОРАН;

                                               ,

                                       ассиситент каф. цитологии и генетики НГУ,

                                       д. б.н., зав. сектором. ИЦиГ СО РАН 

                                               ,

                                       профессор каф. цитологии и генетики НГУ,

                                       д. б.н., в. н.с. ИЦиГ СО РАН 

Программа рассмотрена и одобрена на заседании  кафедры цитологии и генетики ФЕН 

от « 29_» августа 2014 года, протокол № _4___

Секретарь кафедры к. б.н. ______________________