96961 - GENETICA E BIOTECNOLOGIE AGRO-FORESTALI E AMBIENTALI

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine dell'insegnamento avrà una conoscenza di base sulla biologia e della struttura del genoma delle piante, su come il contenuto genetico e di elementi regolativi determina il fenotipo dell' organismo vegetale e risponde agli stimoli ambientali. Avrà precisa conoscenza delle basi genetiche della biodiversità delle comunità vegetali e di come evolvono nell’ambiente naturale e di coltivazione, al fine della loro gestione, utilizzo e miglioramento. Conoscerà le basi per comprendere i meccanismi che regolano la trasmissione dei caratteri qualitativi e quantitativi e gli strumenti per la valutazione della struttura genetica delle comunità vegetali naturali ed artificiali, erbacee e forestali. Conosce le principali metodologie selettive delle piante erbacee autogame, allogame e a propagazione vegetativa. Conosce la struttura genetica delle varietà coltivate di piante autogame, allogame, poliploidi, erbacee e forestali. Lo studente avrà inoltre una informazione generale e applicativa delle applicazioni genomiche e biotecnologiche per lo studio, la salvaguardia e l'utilizzo della Diversità genetica, incluso i Metodi molecolari per stimare la diversità genetica e la struttura di popolazione in popolazioni naturali e artificiali. Caratterizzazione e conservazione del germoplasma con metodi molecolari. Genetica di popolazione. Verranno inoltre fornite le basi sull'ingegneria genetica classica e le recenti applicazioni di cisgenesi e gene editing (CRISPR-CAS) nelle piante. Infine lo studente sarà informato sulle basi delle principali tecniche di miglioramento genetico delle piante di interesse ambientale, le applicazioni biotecnologiche per un'agricoltura produttiva e sostenibile, l'utilizzo delle piante come biofabbriche, bioraffinerie e bioremediation.

Contenuti

Sintesi del programma: (tutto presentato nelle diapo del corso)

primo: come eseguire ricerche Bibliografiche sul Sistema Bibliotecario di Ateneo

• Cellula vegetale, ciclo di sviluppo aploide-diploide delle piante superiori, mitosi e meiosi (basi di Biologia e Botanica, da ripassare bene, Capitoli 3 e 6 di Russell)
• Composizione chimica e struttura del DNA, il modello di Watson e Crick, replicazione del DNA, struttura del gene di un eucariote, trascrizione, traduzione, codice genetico, regolazione dell’espressione, dogma della biologia molecolare (Capitolo 1 e 2 e 7 del Russell, Capitolo 4 e 5 di Barcaccia)
• Mutazioni, Basi molecolari delle mutazioni, mutazioni puntiformi, IN/DEL, mutazioni geniche, cromosomiche. Mutagenesi forward e reverse (TILLING) Capitolo 2 di Russell, Capitolo 5 e 7 di Barcaccia)
• Poliploidia,auto e allopoliploidia. Cause e meccanismi di origine, vantaggi della poliploidia. Importanza nella domesticazione, diffusione. Capitolo 6 di Russell e 7 di Barcaccia
• Mendel, teoria e pratica della Genetica Classica Mendeliana, ereditarietà dei caratteri semplici, le tre leggi di Mendel, Significati. Test del Chi2. Geni Mendeliani utili all'agricoltura Capitolo 4 di Russell, Capitolo 2 di Barcaccia
• Teoria cromosomica dell’ereditarietà, Linkage. Mappe genetiche. Capitolo 5 di Russell, Capitolo 3 di Barcaccia
• Determinazione del sesso. Esempio dell' asparago. Capitolo 5 di Russell
• Allelia multipla, esempio 1 sistemi di incompatibilità nelle piante allogame, esempio due evoluzione dei geni per resistenza a malattie Capitolo 4 e 6 di Russell
• Dominanza, semidominanza (dominanza parziale), codominanza. Significato nelle specie allogame e autogame. Carico Genetico (genetic load) nelle specie allogame e selezione purificatrice nelle specie autogame. Ipotesi di Allard Capitolo 4 e 6 di Russell Capitolo 10, 13 e 14 di Barcaccia Volume II
• Interazione genica o epistasi e pleiotropia Capitolo 4 di Russell
• Associazione genica e ricombinazione, crossing over, ricombinazione, calcolo delle distanze di mappa tra loci, mappe genetiche, linkage, esercizi pratici. Capitolo 5 di Russell, Capitolo 3 di Barcaccia
• Passaggio dai marcatori genici ai marcatori molecolari. Marcatori genetici e molecolari, concetti, tipi (RFLP, SSR, SNP, IN/DEL) e loro utilizzo, PCR, Genomica, sequenziamento dei genomi, database genomici, cenni di NextGenerationSequencing Capitolo 11 di Russell, Capitolo 11 di Russell, Capitolo 17 III Volume di Barcaccia. Libro di Miglioramento Genetico, Patron
• Aplotipi genici ai loci causali della variabilità genica naturale e aplotipi con marcatori molecolari diagnostici. Diapo del corso e libro di Miglioramento Genetico, Patron editore
• Caratteri quantitativi o complessi, distribuzione normale, curva Gaussiana, media e varianza di una popolazioneesperimenti di Johannsen: ipotesi multifattoriale, controllo genetico dei caratteri quantitativi. QTL: loci per i caratteri quantitativi. Unificazione della genetica mendeliana e quantitativa secondo Robertson. Distribuzione "ad elle" della frequenza ed effetto dei loci per i caratteri quantitativi. Capitolo 4 e 11 di Russell
• Eterosi: definizione, ipotesi, applicazioni pratiche. Capitolo 6 e libro di Miglioramento Genetico, Patron editore
• Genetica di popolazione, frequenze alleliche geniche e genotipiche, Hardy-Weinberg. Effetto delle mutazioni, migrazioni e deriva genetica. Modelli di evoluzione delle popolazioni. Gene flow. Capitolo 10 di Russell Capitolo 11 Volume II di Barcaccia
• Struttura genetica delle piante coltivate «Population structure» e distanze o similarità genetiche tra individui e linee, come valutarle con mezzi molecolari, correlazione tra population structure e fenotipo ed eterosi. Capitolo 10 di Russell e Capitolo 11 Barcaccia Volume II,
• Origine delle piante coltivate. Domesticazione. Sindrome della domesticazione. Geni e caratteri coinvolti nella domesticazione. Casi studio. Struttura del genoma ed origine dei frumenti come caso esemplificativo. Capitolo 7 e 10 di Russell, diapo delle lezioni, Libro di Miglioramento Genetico, Patron editore
• Cenni di basi del miglioramento genetico delle piante autogame e allogame e selezione assistita da marcatori molecolari Capitolo 11 di Russell e Capitoli 13 e 14 di Barcaccia
• Ingegneria genetica, tecniche di trasformazione nelle piante, costrutto genico, colture GM nel mondo: diffusione e principali tipi di piante GM coltivate. Il ‘gene e genome editing’. Volume III di Barcaccia Capitolo 19

Testi/Bibliografia

Testi di riferimento:

Genetica Agraria (Russell, Wolfe, Hertz, Starr, McMillan), EdiSES editore, 2016. Edizione più recente

Genetica e Genomica Vol. 1, Barcaccia e Falcinelli, Liguori Ed.

Genetica e Genomica Vol. 2, Barcaccia e Falcinelli, Liguori Ed.

Genetica e Genomica Vol. 3, Barcaccia e Falcinelli, Liguori Ed.

Genetica Fondamenti, Peter J Russell, Edizione italiana a cura di Bellenchi, Gigliani, Ponti, EdiSES srl, Napoli OTTIMO LIBRO PER I CAPITOLI BIOLOGICI, struttura del dna, rna e sintesi proteica, mutazioni genetiche, Caratteri Mendeliani, Leggi di Mendel, Teoria cromosomica e mappatura genetica

Diapo delle lezioni fornite dal docente di anno in anno sulla piattaforma IOL di mano mano che le lezioni vengono eseguite

video esemplificativi di argomenti di base o applicati consultabili su YouTube o su indirizzi privati del Docente

Alcuni capitoli del Libro di Miglioramento Genetico, Autori Vari, Patron Editore

Infine, la buona volontà dello studente di approfondire, documentarsi, capire, informarsi utilizzando la biblioteca reale e virtuale (ricerche in Banche bibliografiche) e fare domande al docente

Metodi didattici

Il corso è costituito da un lato da:

lezioni frontali in aula, esercitazioni pratiche in aula ed in laboratorio (due) , escursioni di campo (due).

La Genetica agraria è una disciplina scientifica e applicativa che richiede notevoli collegamenti con le altre discipline biologiche e di interesse agrario, in particolare:

Tra le propedeutiche: - Biologia - Botanica - Biodiversità vegetale - statistica - Fisiologia vegetale

Tra le applicative: Agronomia generale - Ecofisiologia dei sistemi naturali - Arboricoltura - Coltivazioni erbacee - patologia

E' una disciplina di base propedeutica per molti insegnamenti applicativi del successivo biennio di Laurea Magistrale in Scienze e Tecnologie Agrarie come il miglioramento genetico vegetale

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Le conoscenze e le competenze impartite dal presente insegnamento vengono valutate mediante una prova orale. L'esame ha una durata di 25-30 minuti durante i quali sono posti almeno 3 quesiti relativi ad argomenti diversi e fondamentali del programma.

I tre quesiti possono quindi coprire tutti gli argomenti trattati, vengono posti in ordine sequenziale/incrementale di complessità e saranno completati da ulteriori sotto-argomentazioni specifiche volte a valutare la padronanza della materia dello studente e le capacità di collegare le varie parti del programma, nonchè le applicazioni potenziali delle nozioni di base di Genetica agraria fornite

Strumenti a supporto della didattica

presentazioni di diapositive,

materiale didattico fornito ad hoc nel virtuale

osservazioni dirette di laboratorio e di campo

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Marco Maccaferri