Špeciálna genetika

Mitóza – genetický význam, fázy mitózy, ich charakteristika. Mitotický aparát. Pohyb chromozómov v metafáze a segregácia v anafáze. Organizácia chromatínu v interfázovom jadre. Mitotická aktivita.

Meióza – genetický význam. Priebeh a charakteristika fáz I. a II. meiotického delenia. Konjugácia homologických chromozómov – primárne párovanie, synaptonemálny komplex, molekulárny mechanizmus konjugácie. Nondisjunkcia chromozómov a jej dôsledky pre bunku a pre celý organizmus.

Princípy a metódy genetickej analýzy u prokaryotov a eukaryotov. Stavba bunky a štruktúra chromozómov u prokaryotických a eukaryotických organizmov. Štruktúra a organizácia génov  prokaryotov a eukaryotov. Techniky mapovania génov na chromozómoch. Rozdiely v postupe pri mapovaní génov pri kvasinkách, riase Chlamydomonas reinhardtii, rastlinách, drozofile a človeka.. Genetická analýza pri prokaryotických mikroorganizmoch (konjugácia, transformácia a transdukcia - podobnosti a rozdiely). Všeobecné princípy genetickej analýzy eukaryotov; určovanie alelických a nealelických génov mutantných kmeňov v jednom znaku; komplementačná a rekombinačná analýza; intergénová a intragénová rekombinácia; génová konverzia. Mitochondriálna a plastidová dedičnosť. Vzájomné vzťahy medzi jadrovým a organelovými genómami.

Charakteristika plynule premenlivých a diskontinuitne premenlivých znakov. Genotypy a distribúcia fenotypov. Polygénna dedičnosť. Aditivita. Multiplikatívne účinky. Dedivosť (heritabilita). Komponenty fenotypovej variability. Nealelické interakcie a identifikácia génov ovplyvňujúcich kvantitatívne znaky. Odpoveď na selekciu. Genetické korelácie. Behaviorálna genetika hmyzu, vtákov, ľudská behaviorálna genetika a jej metodické nástroje.

Genetická analýza na úrovni populácií. História genetiky populácií, genetická variabilita v populáciách, miery genetickej variability. Hardyho-Weinbergov zákon. Väzba a väzbová nerovnováha. Populačná subštruktúra. Inbríding. Zdroje variability v populáciách: mutácie, väzba a rekombinácia, migrácia. Darwinovská selekcia. Náhodný genetický drift a efektívna populačná veľkosť. Molekulárna populačná genetika. Koalescenčná teória. Genetika kvantitatívnych znakov.

Dedičná a  nededičná premenlivosť. Charakteristika nededičnej premenlivosti (modifikácie, morfózy, fenokópie). Molekulárny mechanizmus vzniku mutácií (substitúcie, frameshift mutácie). Génové mutácie. Charakteristika spätných mutácií (pravé spätné mutácie a supresorové). Chromozómové aberácie. Rôzne typy zmien v štruktúre jednotlivých chromozómov. Zmeny celej sady chromozómov (polyploidia a aneuploidia). Spontánna mutagenéza a jej príčiny (intracelulárne procesy – chyby pri  replikácii, rekombinácii, reparácii; primárne poškodenia DNA a kyslíkové radikály; pohyblivé elementy a ich úloha v spontánnej mutagenéze). Fyzikálne, chemické a biologické mutagénne faktory a charakteristika mechanizmu ich účinku. Metódy detekcie poškodení molekuly DNA. Postupy pri detekcii mutácií u mikroorganimzov, rastlín a živočíchov. Reparačné systémy a  priebeh opravy rôznych typov poškodení molekuly DNA (oprava DNA v „jednom kroku“ – fotoreparácia, oprava alkylačných poškodení DNA; oprava DNA vo „viacerých krokoch“ – excízne typy opravy, rekombinačné systémy opravy, mechanizmy tolerancie poškodenia v DNA). Metódy kvantitatívnej analýzy mutačného procesu. Cielená mutagenéza a využitie techník génových manipulácií v mutačnom procese.

Genetická toxikológia. Xenobiotiká, proces biotransformácie, funkcionalizácia, konjugácia, eliminácia, enzýmy I. fázy, cytochróm P450, fyziologická a genetická variabilita, regulácia expresie, enzýmy II. fázy, ABC membránové transportéry. Iniciácia karcinogenézy, aktivácia protoonkogénov, indukcia tumor supresorových génov. Karcinogenéza – stupne, charakteristika nádorových buniek, predispozícia. Molekulárne mechanizmy vybraných karcinogénov.

Eukaryotické chromozómy. Chromatín – všeobecná charakteristika, zloženie. Fyzikálne zmeny euchromatín a heterochromatín. Históny – bielkoviny chromatínu. Typy histónov-charakteristika, varianty. Nehistónové bielkoviny chromatínu. Eukaryotická chromozómová DNA. Obsah DNA v haploidnom genóme – C hodnota. Organizácia eukaryotických genómov, nukleotidovérepetície; génové repetície. Mikroskopická štruktúra chromozómov. Centroméra a typy chromozómov. Kinetochór. Nelokalizovaná centroméra. Sekundárna konstrikcia-satelit. Teloméry. Chromatidy, chromonémy, chromoméry. B-chromozómy. Karyotypy  – druhová špecifita. Metódy štúdia chromozómov. Mitotické chromozómy. Organizácia genetického materiálu bunky. Prokaryotický genóm. Bakteriálny chromozóm, plazmidy. Štruktúra a organizácia eukaryotického genómu. Organizácia chromatínu. Základné štruktúrne jednotky chromatínu-nukleozómy. Nukleozómový reťazec – 10 nm-chromatínové vlákno. Kondenzácia chromatínu – 30 nm-chromatínové vlákno. Proteínové lešenie, chromatínové domény. Funkčné zmeny chromozómov-polyténne a kefkovité chromozómy. Morfologická charakteristika. Pufy – morfologická manifestácia aktivity génov.

Epigenetika. Epigenetické modifikácie a ich funkcia v regulácii génovej expresie a štruktúry chromozómov – metylácia DNA, kovalentné modifikácie histónov, histónový kód, štruktúra chromatínu, nekódujúce RNA, chromatín-remodelujúce komplexy. Epigenetické reprogramovanie, genómový imprinting, inaktivácia X chromozómu. Epigenetická deregulácia u ochorení. Epigenetika a prostredie. Epigenetika a karcinogenéza. Negenotoxické (epigenetické) karcinogény.

Regulácia expresie génov u eukaryotov a genetická regulácia ontogenézy. Modelové organizmy používané na genetickú analýzu vývoja. Genetická analýza vývojových dráh - príklady determinácia pohlavia u kvasinky Saccharomyces cerevisiae, riase Chlamydomonas reinhardtii, rastline Arabidopsis thaliana, hmyzu Drosophila melanogaster a človeka. Porovnanie ontogenetického vývinu rastlín a živočíchov. Ontogenetický vývin rastlín na príklade Arabidopsis thaliana, špecifiká embryogenézy rastlín a gény regulujúce tvorbu kvetu.

Imunogenetika. Genetické zmeny v diferenciácii imunitných buniek stavovcov, štruktúra molekuly protilátky.