Evolutionary Genomics is a rapidly developing field of biological research whose importance has increased substantially in recent decades, particularly due to the growing accessibility of whole-genome sequencing. The field aims to address fundamental evolutionary questions such as: How and why does genome size change over evolutionary time? Do organisms differ in the amount of coding DNA, and if so, what are the causes of these differences? Which genomic changes are associated with major evolutionary events? How do organisms differ in the structure and organization of their genomes?
Evolutionary genomics seeks to understand how changes in genome content, structure, and organization are related to the diversity of life on Earth and which evolutionary processes have shaped these changes. The course Genome Evolution, offered as a standalone university subject, summarizes key aspects of genome research, genome evolution, and comparative genomic analyses across organisms.
The lecture series guides students through the field from fundamental principles of genome evolution, through comparative genomics and specific genomic features (such as sex chromosomes), to the practical applications of genomic research in human society, including current trends and ethical considerations.
The course is intended primarily for master’s-level students. Prior knowledge of genetics and evolutionary biology (e.g. Introduction to Evolutionary Biology, Genetics) is recommended. For a deeper understanding of the field, students are encouraged to take related courses concurrently or subsequently, such as Evolutionary Genetics, Evolution of the Phenotype, Human Evolutionary Genetics, or Molecular Ecology.
Last update: Johnson Pokorná Martina, RNDr., Ph.D. (31.01.2026)
UPOZORNĚNÍ: Jelikož jsem trvale na Novém Zélandu, bude výuka v akademickém roce 2025/2026 probíhat ONLINE. Přednášky budou ve standartním čase jednou týdně prostřednitvím videokonference na zoom. Hodnocení předmětu zústává stejné. Zkouška bude probíhat ústně online. Velice děkuji za pochopení!!!!
Evoluční genomika je dynamicky se rozvíjející oblast biologického výzkumu, jejíž význam v posledních desetiletích výrazně vzrostl zejména díky rychle se zvyšující dostupnosti sekvenování celých genomů. Tento obor si klade za cíl zodpovědět základní evoluční otázky, jako například: Jak a proč se v průběhu evoluce mění velikost genomu? Liší se organismy v množství kódující DNA a jaké jsou příčiny těchto rozdílů? Které změny genomu jsou spojeny s hlavními evolučními událostmi? Jak se jednotlivé organismy liší v uspořádání a organizaci svých genomů?
Evoluční genomika se snaží porozumět tomu, jak změny v obsahu, struktuře a organizaci genomů souvisejí s diverzitou života na Zemi a jaké evoluční procesy tyto změny formovaly. Předmět Evoluce genomu jako samostatný univerzitní kurz shrnuje různé aspekty výzkumu genomů, jejich evoluce a srovnávací analýzy genomů napříč organismy.
Přednáška provádí posluchače oborem od základních principů evoluce genomů, přes srovnávací genomiku a specifické rysy genomů (např. pohlavní chromozomy), až po praktické aspekty využití genomického výzkumu v lidské společnosti, včetně současných trendů a etických souvislostí.
Předmět je určen především pro studenty magisterského studia. Pro jeho absolvování je doporučeno předchozí seznámení se základy genetiky a evoluční biologie (např. Úvod do evoluční biologie, Genetika). Pro hlubší pochopení problematiky je vhodné současně nebo následně absolvovat navazující předměty, jako jsou např. Evoluční genetika, Evoluce fenotypu, Evoluční genetika člověka nebo Molekulární ekologie.
Last update: Johnson Pokorná Martina, RNDr., Ph.D. (31.01.2026)
Course completion requirements -
oral exam
Last update: Sacherová Veronika, RNDr., Ph.D. (07.05.2014)
ústní zkouška
Last update: Sacherová Veronika, RNDr., Ph.D. (07.05.2014)
Literature -
The listed textbooks and resources provide useful background and complementary perspectives on the topics covered in the course and may support a deeper understanding of genome evolution and genomics. However, they are not required for successful completion of the course. Students are not expected to own or read these materials in full, and all essential concepts will be introduced and discussed during the lectures.
Arthur M. Lesk: Introduction to Genomics (Oxford University Press) G. Gibson & S. V. Muse: A Primer of Genome Science (Sinauer Associates) E. Kejnovský & R. Hobza: Evoluční genomika (http://www.evolucnigenomika.cz/index.html)
Last update: Johnson Pokorná Martina, RNDr., Ph.D. (31.01.2026)
Uvedené učebnice a zdroje poskytují užitečný doplňující přehled a podporu při hlubším porozumění tématům evoluce genomu a genomiky. Pro úspěšné absolvování předmětu však nejsou povinné. Studenti nejsou očekáváni, že tyto materiály vlastní nebo si je přečtou celé; všechny zásadní koncepty budou představeny a diskutovány během přednášek.
Arthur M. Lesk: Introduction to Genomics (Oxford University Press) G. Gibson & S. V. Muse: A Primer of Genome Science (Sinauer Associates) E. Kejnovský & R. Hobza: Evoluční genomika (http://www.evolucnigenomika.cz/index.html)
Last update: Johnson Pokorná Martina, RNDr., Ph.D. (31.01.2026)
Requirements to the exam -
Oral examination - online discussion.
Last update: Johnson Pokorná Martina, RNDr., Ph.D. (31.01.2026)
Ústní zkouška formou rozhovoru online.
Last update: Johnson Pokorná Martina, RNDr., Ph.D. (31.01.2026)
Syllabus -
Origin of the genome: First living systems; coevolution of nucleic acids and proteins; the RNA world; the genetic code.
Gene evolution: Definition of a gene; types of genes; basic gene structure; exons and introns; gene families; pseudogenes; gene counts in genomes; non-coding DNA; origin of new genes; horizontal gene transfer.
Genome, transcriptome, and proteome: Early genomes – linear or circular; genome types – prokaryotic and eukaryotic genomes (mitochondria, chloroplasts); genome sizes and their changes during evolution; repetitive sequences; transcriptome and proteome – genome expression.
Methods for studying genomes: Sequencing technologies (DNA and RNA sequencing); bioinformatics; genetic and physical maps; molecular cytogenetics; machine learning, AI models.
Evolution of genome organization: Genome compartmentalization; anatomy of the eukaryotic genome – chromosomes; chromosome numbers; rearrangements in genome organization; polyploidization; phylogenetic relationships.
Comparative genomics: Types of data that can be obtained from genome comparisons; synteny; evolutionary principles.
Genome dynamics: Repeats; mobile genetic elements; retroelements; DNA transposons; origin and evolution of mobile elements; propagation of mobile elements; role of transposons in genome rearrangements; transposon silencing.
Special features of specific genomic regions: Evolution of sexuality; mechanisms of sex determination (environmental, genotypic); sex chromosomes and their evolution; mitochondrial genome, chloroplasts, B chromosomes.
Environmental influence and genome evolution: Effects of the environment on gene expression; epigenetics; relationship between genomic changes and environmental changes; global environmental changes; relationship between genome and phenotypic traits.
Evolution of the human genome: Human genome sequencing; organization of the human genome (proportion of exons, introns, repetitive sequences); human evolution; recent selection detectable in the human genome; applications of human genome knowledge (e.g., in medicine).
Modern trends and ethical issues: Identification of genetic changes responsible for adaptive traits; GMOs; new approaches in medicine; pharmacogenomics; immunogenomics; metagenomics; phylogenomics; epigenomics; societal impact of genomic research and ethical considerations
Last update: Johnson Pokorná Martina, RNDr., Ph.D. (31.01.2026)
1. Původ genomu: první živé systémy; koevoluce nukleových kyselin a proteinů; RNA svět; genetický kód
2. Evoluce genů: definice genu; typy genů; základní struktura genu; exony a introny; genové rodiny; pseudogeny; počty genů v genomech; nekódující DNA; vznik nových genů; horizontální přenos genů
3. Genom, transkriptom a proteom : první genomy - lineární nebo cirkulární; typy genomů - prokaryotický a eukaryotický genom (mitochondrie, chloroplasty); velikosti genomu a jejich změny během evoluce; repetitivní sekvence; transkriptom a proteom - exprese genomu
4. Metody studia genomů: Sekvenační technologie (DNA, RNA sekvenování); bioinformatika; genetické a fyzické mapy; molekulární cytogenetika; strojove učení, AI modely
5. Evoluce uspořádání genomů: kompartmentalizace genomu; anatomie eukaryotického genomu - chromosomy; počty chromosomů; přestavby v uspořádání genomu; polyploidizace, fylogeneze
6. Srovnávací genomika: jaky typ dat lze vyčíst ze srovaní genomů; syntenie; evoluční principy
7. Dynamika genomů: repetice; mobilní genetické elementy; retroelementy; DNA transpozony; původ a evoluce mobilních elementů; šíření mobilních elementů; role transpozonů v přestavbách genomů; umlčování transpozonů
8. Zvláštní vlastnosti některých částí genomu: evoluce sexuality; způsoby určování pohlaví (environmentální, genotypové); pohlavní chromosomy a jejich evoluce; mitochondriální genom, chloroplasty, B chromosomy
9. Vztah vlivu prostředí a evoluce genomu: efekt prostředí na expresi genů; epigenetika; souvislost změn v genomu v důsledku změn prostředí; globální změny prostředí; vztah mezi genomem a fenotypovými znaky organism
10. Evoluce lidského genomu: sekvenovaní lidského genomu; organizace lidského genomu (podíl exonů, intronů, repetitivních sekvencí); evoluce člověka; recentní selekce zachytitelná v lidském genomu; využití znalostí studia lidského genomu (např. v medicíně)
11. Moderní trendy a etické otázky: hledání genetických změn zodpovědných za adaptivní znaky; GMO; nové přístupy v medicíně; farmakogenomika; imunogenomika; metagenomika; fylogenomika; epigenomika; sociologický impakt genomického výzkumu a etické otazníky
Last update: Johnson Pokorná Martina, RNDr., Ph.D. (31.01.2026)
Learning outcomes -
Upon successful completion of the course Genome Evolution, students will have gained a comprehensive understanding of the principles governing genome structure, function, and evolution across living systems. Students will be able to explain the origin of the first living systems and describe the evolutionary processes shaping genes, genomes, and genome organization, including changes in genome size, architecture, and dynamics over evolutionary time.
Students will demonstrate knowledge of different genome types and an understanding of the roles of repetitive elements, epigenetic mechanisms, and structural variation in genome evolution. They will be able to critically evaluate modern genomic methods and approaches, understand their applications and limitations, and interpret genomic data in an evolutionary context. Special emphasis is placed on the evolution of the human genome, the Human Genome Project, and current trends in genomics, including genome editing, personalized medicine, and their broader societal and ethical implications.
In addition to subject-specific knowledge, students will develop key analytical and transferable skills. They will be able to independently or collaboratively search for, analyse, synthesize, and critically assess scientific literature and genomic data. Students will learn to formulate relevant scientific questions, discuss complex genomic concepts, and communicate their findings clearly to peers.
Overall, the course aims to foster an appreciation of the complexity, plasticity, and dynamic nature of genomes, while motivating students to think critically, explore topics beyond the scope of the lectures, and engage actively in scientific discussion and lifelong learning in genomics and evolutionary biology.
Last update: Johnson Pokorná Martina, RNDr., Ph.D. (31.01.2026)
Po úspěšném absolvování předmětu Evoluce genomu studenti získají ucelené znalosti o principech struktury, funkce a evoluce genomů napříč živými systémy. Studenti budou schopni vysvětlit vznik prvních živých systémů a popsat evoluční procesy ovlivňující geny, genomy a organizaci genomu, včetně změn velikosti genomu, jeho architektury a dynamiky v průběhu evoluce.
Studenti porozumí různým typům genomů a významu repetitivních sekvencí, epigenetických mechanismů a strukturních variací v evoluci genomu. Budou schopni kriticky hodnotit moderní genomické metody a přístupy, chápat jejich možnosti i omezení a interpretovat genomická data v evolučním kontextu. Zvláštní pozornost je věnována evoluci lidského genomu, projektu lidského genomu a současným trendům v genomice, včetně editace genomu, personalizované medicíny a souvisejících etických a společenských otázek.
Kromě odborných znalostí si studenti osvojí také klíčové analytické a přenositelné dovednosti. Budou schopni samostatně i v týmu vyhledávat, analyzovat, syntetizovat a kriticky hodnotit odbornou literaturu a genomická data. Naučí se formulovat relevantní vědecké otázky, diskutovat složité koncepty genomiky a srozumitelně prezentovat své závěry ostatním.
Cílem předmětu je prohloubit porozumění o komplexitě, plasticitě a dynamické povaze genomů, motivovat studenty ke kritickému myšlení, k dalšímu samostatnému studiu nad rámec přednášek a k aktivnímu zapojení do odborné diskuse a celoživotního vzdělávání v oblasti genomiky a evoluční biologie.
Last update: Johnson Pokorná Martina, RNDr., Ph.D. (31.01.2026)
