Molecular methods in ecology and evolution

Ekologia z ochroną środowiska D 1400-112EKO
Genetyka z inżynierią genetyczną 1400-114GEN

w sali

Contemporary evolutionary biology and ecology can hardly exist without molecular tools. These tools however differ from classic molecular applications. Studies in molecular ecology and evolution are focused on specific research topics, such as sources and mechanisms of the genetic differences between individuals or signatures of selection.

From technical point of view, studies of non-model species usually have to deal with difficult sources of DNA material, low material quantity or poor quality, problems with sample preservation and storage etc.

The aim of the course is to provide students with tools necessary for designing and performing molecular experiments in ecology and evolution with an emphasis on an ability to design own experiments from scratch for novel species. The course covers wide variety of techniques, from old-fashioned microsatellites to cutting-edge genomic signatures. The lecture presents the background of population genetics and genomics, genomic imprints of selection or specific applications such as environmental DNA. During practicals the students learn how to apply theory to real-life data using a variety of freely available software.

Lectures

Genetic markers. Mutations, genetic drift, Hardy-Weinberg equilibrium and its consequences. Neutral theory and signatures of selection. Population structure, migrations. Phylogeography. Conservation genetics, introgression, hybridization. Evolutionary genomics. Reduced representation techniques. eDNA, metabarcoding. Evolvability

Practicals (exercises)

The practical part of the course is divided into two parts. Part I involves "wet lab" activities focused on problems specific for molecular ecology and evolution. Part II covers computational techniques and data analysis.

Part I: Isolation of DNA from various material (eg. faeces, hair, parasites etc. ). Comparison of isolation methods. Primer design for non-model species. Optimizing and improving PCRs, how to start from scratch, how to deal with inhibitors.

Part II: How to characterize genetic diversity. How to detect and analyse ignatures of selection. Describing and analysing population structure. Estimating relationship between individuals from genetic data. Association study (GWAS). All software used in class in freeware, students can use their own laptops.

AD Cutter. A primer of molecular population genetics. Oxford University Press 2019

DL Hartl, AG Clark Principles of population genetics. Oxford University Press 2006

Beebee T, Rowe G. An introduction to molecular ecology. Oxford University Press 2004

AJ Bakre. Molecular methods in ecology. Blackwell Science Ltd 2000.

R Frankham, JD Ballou, DA Briscoe. Introduction to conservation genetics. Cambridge University Press 2003

Wiedza

K_W07 Rozumie wzajemne pokrewieństwa organizmów niemodelowych. Zna zaawansowaną metodologię filogenetyczną pozwalającą na ustalenie relacji pokrewieństwa między organizmami

K_W08 Dostrzega konieczność stosowania zaawansowanych metod statystycznych do analizy danych w ekologii molekularnej

K_W09 Zna specjalistyczne narzędzia bioinformatyczne, konieczne dla rozwiązywania problemów analizy danych molekularnych w ekologii i ochronie środowiska

K_W10 Zna różnorodne techniki i narzędzia badawcze stosowane w badaniach molekularnych gatunków niemodelowych i właściwie planuje ich wykorzystanie do rozwiązywania postawionych zadań

K_W13 Zna zasady planowania badań i wykonywania eksperymentów z zastosowaniem specjalistycznych metod molekularnych stosowanych w ekologii

Umiejętności

K-U01 Wybiera i stosuje techniki i narzędzia badawcze adekwatne do problemów ekologii molekularnej

K_U05 Stosuje adekwatne metody statystyczne oraz algorytmy i techniki informatyczne do opisu zjawisk i analizy danych w ekologii molekularnej

K_U07 Potrafi pod nadzorem opiekuna naukowego planować i wykonać eksperyment z zastosowaniem poznanych metod; umie zaproponować metody przeprowadzenia wskazanych oznaczeń oraz ocenić przydatność metod i ich ograniczenia dla badanego materiału

K_U08 Potrafi krytycznie opracować wybrany problem z zakresu ekologii molekularnej na podstawie danych literaturowych i wyników własnych badań, formułując własne opinie i wnioski

Kompentencje społeczne

K_K03 Potrafi przekazać społeczeństwu wiedzę o najnowszych osiągnięciach nauk przyrodniczych i wyjaśnić zasadność prowadzenia podstawowych badań naukowych w zakresie ekologii molekularnej

K_K06 Stosuje zasady etyki badawczej, rozstrzygając dylematy związane z wykonywaniem zawodu.

K_K07 Odczuwa potrzebę stałego dokształcania się i aktualizowania wiedzy, korzystając ze źródeł naukowych i popularnonaukowych, dotyczących ekologii molekularnej

Efekty kształcenia dla programu studiów obowiązującego od roku akademickiego 2018/2019:

Absolwent zna zasady planowania badań oraz procesów wykorzystujących ekosystemy, biocenozy i inne systemy ekologiczne, w oparciu o osiągnięcia biologii molekularnej.

Absolwent zna i rozumie zasady funkcjonowania technik molekularnych wykorzystywanych w ekologii i badaniach procesów ewolucji.

Absolwent stosuje i upowszechnia zasadę interpretowania zjawisk i procesów przyrodniczych w oparciu o dane empiryczne uzyskane metodami molekularnymi.

Absolwent potrafi formułować i rozwiązywać problemy naukowe poprzez przeprowadzenie eksperymentów, właściwy dobór źródeł i zaawansowanych metod badawczych wykorzystujących techniki molekularne.

Absolwent potrafi kierować pracą swoją oraz zespołu naukowego prowadzącego badania z zakresu ekologii molekularnej i ewolucjonizmu.

Absolwent jest gotowy do krytycznej oceny treści naukowych i popularnonaukowych w zakresie ekologii molekularnej i ewolucyjnej.

ćwiczenia: praca zaliczeniowa; wykład: egzamin