66632 - BIOTECNOLOGIE GENETICHE VEGETALI

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente ha conoscenze di base idonee a realizzare interventi biotecnologici sulle piante erbacee di interesse agrario, a supporto dell'attività di miglioramento genetico qualiquantitativo della produzione. In particolare, conosce e sa applicare le principali metodologie cellulari (es. colture cellulari, sviluppo di aploidi, ecc.) e molecolari (es. selezione assistita da marcatori, trasformazione genetica) applicate in tale ambito.

Contenuti

1. Introduzione al corso.

Rapida carrellata dei principali argomenti del corso, con collegamenti mirati ad aspetti applicativi attuali e futuri nel contesto socio-economico globale.

2. Struttura dei genomi delle piante.

Descrizione dei genomi vegetali, dimensioni, elementi trasponibili e regioni ripetute, rapporti tra eucromatina ed eterocromatina, numero di geni. Evoluzione dei genomi e poliploidia, sintenia e colinearità. Fattori di trascrizione e famiglie multigeniche. Cenni di sequenziamento dei genomi.

3. Analisi del trascrittoma delle piante. 

Studio dell’espressione genica, dal microarray al RNASeq. Espressione differenziale e network genici.

4. Fondamenti di genetica ed epigenetica dello sviluppo: sviluppo embrionale e sviluppo post-embrionale, interazione pianta/ambiente.

Embriogenesi e organizzazione dei meristemi, controllo del destino cellulare, transizione a fiore e differenziamento organi fiorali. Uso dei mutanti per lo studio delle funzioni geniche. Esempi di risposta agli stress biotici e abiotici.

 

5. Controllo genetico dei sistemi di riproduzione.

 Incompatibilità genetica; maschiosterilità; apomissia. Piante poliploidi. Vigore ibrido e depressione da inbreeding.

 

6. Genetica molecolare, marcatori molecolari: SNPs identificazione ed utilizzo (analisi della variabilità genetica/domesticazione delle specie agrarie vegetali)

Identificazione di variazioni nella sequenza nucleotidica del DNA; studio della variabilità genetica e dell’effetto di domesticazione e selezione nelle maggiori specie di interesse agrario.

 

7. Applicazioni della genetica molecolare al miglioramento genetico, mappatura di geni che controllano caratteri Mendeliani e quantitativi, mappaggio QTL e analisi per associazione.

Definizione di QTL e metodi per il mappaggio. Mappaggio per associazione. Popolazioni sperimentali per la mappatura di loci Mendeliani e quantitativi, popolazioni naturali per analisi di associazione. Selezione assistita con marcatori (MAS).

8. Mutagenesi e TILLING. 

Mutazioni indotte tramite agenti mutageni. Forward and reverse genetics. Applicazioni per il miglioramento genetico.

 

9. Le Tecnologie del DNA ricombinante. 

Manipolazione di acidi nucleici, metodologie di clonaggio, produzione di vettori e trasformazione batterica. Applicazioni per produzione di librerie di DNA, espressione eterologa di proteine e mutagenesi in vitro ed in vivo.

 

10. Introduzione alle tecniche di colture in vitro. 

Embriogenesi, organogenesi, colture cellulari aploidi, embryo rescue, micropropagazione. Preparazione di terreni di coltura e utilizzo di regolatori di crescita.

 

11. Trasformazione genetica delle piante. 

Metodi di trasformazione: biolistico, trasformazione mediata da Agrobacterium, polyethilene-glicole gene trasfer, microspore transfection, in planta transformation, viral-mediated transformation, floral dip. Transgenesi, cisgensi, intragenesi. Silenziamento genico (RNAi, microRNA, VIGS). Marcatori di selezione e geni reporters.

 

12. New Genomic Techniques (NGT). 

Oligonucleotide directed mutagenesis (site-directed mutagenesis). Genome editing: Meganucleasi, Zinc Finger Nucleases (ZFN), Transcription activator-like effector nuclease (TALEN), Clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)/CRISPR-associated protein 9 (Cas9). Applicazioni per il miglioramento genetico delle piante.

 

13. Situazione attuale GM nel mondo. 

Cenni storici, applicazioni ed obiettivi della trasformazione genetica, diffusione delle colture GM nel mondo.

Testi/Bibliografia

- Peter J. Russell . “ GENETICA Un approccio molecolare ” Edit. Pearson

- Russell PJ et al GENETICA AGRARIA. EdiSES, 2016.

- MIGLIORAMENTO GENETICO DELLE PIANTE AGRARIE (F. Lorenzetti et al. 2017, Edagricole, Milano).

- BIOTECNOLOGIE MOLECOLARI – PRINCIPI E TECNICHE. (Brown TA, 2017, Zanichelli).

- Plant genes, genomes and genetics. Erich Grotewold, Joseph Chappell, Elizabeth A. Kellogg. Wiley-Blackwell ed.

Metodi didattici

Il corso è articolato in lezioni frontali ed esercitazioni di laboratorio. Durante le lezioni frontali (32 ore) sono esposti gli aspetti principali della disciplina come riportati nel programma di cui sopra. Le attività di laboratorio prevedono 30 ore di esercitazioni pratiche di biotecnologie e bioinformatica applicate alle piante di interesse agrario. Sulla piattaforma Virtuale gli studenti avranno accesso alle slides delle lezioni e altro materiale didattico supplementare quale articoli in riviste scientifiche, video, link a pagine web.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La valutazione dell'apprendimento del corso tiene conto del livello di conoscenze e competenze acquisite dallo studente relativamente ai contenuti del corso. L'apprendimento dell'insegnamento  viene verificato mediante un esame scritto al termine delle lezioni, composto da domande a risposta aperta o chiusa. Sarà anche possibile sostenere la prova di valutazione orale tramite un colloquio di 30 minuti. 

Strumenti a supporto della didattica

Videoproiettore per le lezioni frontali ed un laboratorio ben attrezzato per il corso pratico.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Francesco Camerlengo

Consulta il sito web di Cristian Forestan

Consulta il sito web di Roberto Tuberosa