99870 - GENETICA APPLICATA E MIGLIORAMENTO GENETICO DELLE PIANTE

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente (Modulo 1) conosce le basi della struttura del genoma delle piante e i principali metodi per la sua modifica attraverso incrocio, selezione e metodi innovativi molecolari e biotecnologici, per l'ottenimento di varietà migliorate di colture erbacee con procedure più efficienti e rapide. Lo studente inoltre (Modulo 2) conosce gli elementi di genetica quantitativa e di popolazione che permettono di valorizzare e proteggere la biodiversità genetica delle piante, di impostare un programma di selezione identificandone gli obiettivi, di pianificarne le attività e valutarne potenzialità e sostenibilità, anche economiche.

Contenuti

PREREQUISITI

Lo studente che affronta questo insegnamento deve avere una buona conoscenza di GENETICA AGRARIA, la cui trattazione NON verrà ripetuta in questo corso. Si raccomanda di riprendere per tempo gli argomenti di GENETICA AGRARIA, anche con il materiale fornito online col presente insegnamento allo scopo di facilitare il ripasso individuale.

Lo studente deve anche possedere nozioni elementari di chimica, biologia, matematica, statistica colture erbacee, botanica, entomologia e patologia delle piante. Questi prerequisiti sono forniti dagli insegnamenti dalle lauree triennali della classe L-25 - SCIENZE E TECNOLOGIE AGRARIE E FORESTALI e dagli insegnamenti del primo anno, primo ciclo, del corso di laurea magistrale in Scienze e Tecnologie Agrarie.

 

CONTENUTI DELLE ATTIVITA' IN AULA

Il corso è suddiviso in sei unità didattiche teoriche (36 ore) e tre unità didattiche applicative (24 ore).

UNITA' DIDATTICHE TEORICHE

1. Introduzione al miglioramento genetico nella filiera agroalimentare ed agroindustriale (6 ore)

• Contributo del miglioramento genetico per l'aumento e la sostenibilità della produzione primaria vegetale e per il miglioramento della salubrità dei prodotti alimentari vegetali.
• Principali fattori critici per la pianificazione di un progetto di miglioramento genetico in funzione dell'obiettivo agro-economico da raggiungere e della biologia della specie.

2. Tecniche di analisi del DNA utili per il miglioramento genetico (6 ore)

• Basi molecolari dell’espressione genica e della sua regolazione in relazione allo sviluppo della pianta e all’interazione con stimoli biotici e abiotici.
• Marcatori molecolari: natura ed analisi dei polimorfismi del DNA per la caratterizzazione varietale e del germoplasma. Impatto economico.
• Introduzione alla base genetica della resistenza ai parassiti, geni R; esempi ed applicazioni in specie di interesse agrario. 

3. Struttura genetica delle popolazioni. Risorse genetiche vegetali; collezioni di germoplasma (6 ore)

• Principi alla base della struttura genetica delle popolazioni naturali e artificiali e i metodi di analisi e di miglioramento.
• Raccolta e di conservazione delle risorse genetiche vegetali. Caratterizzazione e analisi della diversità genetica.
• Pre-breeding e ruolo della biodiversità nei programmi di miglioramento genetico.

4. Miglioramento per caratteri qualitativi: modifica, trasferimento e selezione (6 ore)

• Introgressione con reincrocio assistito da marcatori e suo impatto economico.
• Mutagenesi e tecniche di individuazione dei mutanti.
• Principali modalità di introduzione di variabilità grazie alla transgenesi e al gene editing. Caratteri della qualità e di resistenza alle malattie. 

5. Miglioramento per caratteri quantitativi: ereditabilità e risposta alla selezione (6 ore)

• Caratteri quantitativi e componenti della varianza fenotipica, genetica e ambientale. Ereditabilità e suo uso nella previsione della risposta alla selezione.
• Selezione per più caratteri e per l'adattamento a diverse condizioni ambientali. Indici genetici ed economici.
• Uso di marcatori molecolari per l’identificazione di loci che controllano caratteri quantitativi (QTL). Principali applicazioni di selezione assistita da marcatori (MAS) e selezione genomica (GS).

6. Miglioramento genetico delle specie autogame e allogame casi specifici (6 ore)

• Metodi di selezione entro popolazioni, selezione massale, selezione ricorrente, selezione per linea pura. Criteri per la scelta dei genitori e del metodo di selezione.
• Principali schemi selettivi: pedigree, discendenza da singolo seme (SSD) produzione di di-aploidi e loro ricadute economiche.
• Costituzioni ibride, eterosi, attitudine alla combinazione generale, specifica e scelta del tester.

 

UNITA' DIDATTICHE APPLICATIVE

Esercitazioni (24 ore)

0. Presentazione del materiale didattico di supporto per lo studio individuale (2 ore)

• materiale di studio individuale per il consolidamento delle conoscenze di genetica di base per l’applicazione nel miglioramento genetico
  

1. Laboratorio di genetica (6 ore)

• Dimostrazione dell'uso di marcatori molecolari del DNA per l'identificazione varietale e per la selezione

2. Laboratorio informatica (8 ore)

• Analisi della variabilità genetica per caratteri fenotipici: impostazione e l'analisi di prove di valutazione fenotipica per lo studio dell'ereditabilià, dell'interazione genotipo-ambiente e dell'attitudine combinatoria generale e specifica. Uso di semplici comandi in R (4 ore)
• Analisi della biodiversità genetica, della distanza e similarità genetica per la conservazione e valorizzazione del germoplasma. Uso di semplici comandi in R (4 ore)

3. Analisi di casi-studio in gruppi (8 ore)

• individuazione di obiettivi di miglioramento genetico, reperimento delle informazioni, analisi critica condotta dagli studenti, svolgimento di relazioni e presentazione di brevi seminari. Per questa attività non obbligatoria è prevista l'attribuzione di un punteggio aggiuntivo (max 3 punti).

 

Testi/Bibliografia

F. Lorenzetti et al. Miglioramento genetico delle piante agrarie. 2017. Edagricole, Milano.

Russell PJ et al (2016) Genetica Agraria. EdiSES, Napoli.

Materiale didattico fornito attraverso piattaforma Moodle (Virtuale): Schemi presentati a lezione, dataset per esercitazioni, raccolta dei risultati degli esercizi, questionari di autovalutazione. Blog/forum per comunicazioni e discussioni docente-studenti.

Metodi didattici

L'insegnamento si compone di 36 ore di didattica frontale assistite da materiale grafico, animazioni e filmati, e 24 ore di esercitazioni svolte singolarmente o in gruppi di lavoro presso laboratori, campi didattico/dimostrativi ed informatici.

La didattica frontale è volta ad illustrare la materia ed a stimolare il coinvolgimento degli studenti per verificare il livello di apprendimento degli argomenti svolti e per promuovere la formazione di capacità critica riguardo gli argomenti trattati.

Le esercitazioni pratiche comprendono: analisi di marcatori molecolari; visite guidate a campi di allevamento di materiali in selezione; analisi di dati e simulazioni di selezione con supporto informatico.

Gruppi di discussione, esame di casi-studio, preparazione di seminari e "giochi di simulazione" verranno utilizzati per approfondire argomenti di attualità tecnica inerenti la materia di studio.

Sono previste ore di tutorato per supportare il corso, anche in considerazione dei diversi livelli di conoscenza pregressa della materia.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L'Insegnamento è parte del Corso Integrato 99869 MIGLIORAMENTO GENETICO E PRODUZIONE DELLE SEMENTI insieme all'Insegnamento 79262 Biologia, produzione e controllo delle sementi. Pertanto la valutazione del corso integrato tiene conto congiuntamente del livello di conoscenze e competenze acquisite dallo studente relativamente ai contenuti di tutti i suddetti Insegnamenti.

Le conoscenze e le competenze impartite dal presente Insegnamento vengono valutate mediante un esame finale orale. Sono previste tre domande miranti all'accertamento delle conoscenze relative agli aspetti di base e applicativi sviluppati nelle ore di lezione e di esercitazione. La durata della prova è di circa 30 minuti. Per gli studenti che hanno conseguito un punteggio almeno sufficiente nella prova orale, è possibile inoltre sommare i punti acquisiti nelle attività pratiche, come specificato nel programma, per un massimo di 3 punti.

Strumenti a supporto della didattica

Per la didattica frontale è previsto l'uso di PC e videoproiettore.

Materiale bibliografico disponibile presso il Sistema Bibliotecario di Ateneo e fornito supiattaforma VIRTUALE.

Blog/forum per comunicazioni docente-studenti su piattaforma VIRTUALE, accessibile ai soli studenti del corso.

Schemi di supporto mostrati a lezione e note di orientamento alla consultazione dei testi di studio.

Per le esercitazioni, è prevista la preparazione, da parte del docente, di (i) attività di laboratorio per l’analisi dei marcatori molecolari utilizzati per la selezione assistita, (ii) dati reali e simulati per l’analisi e (ii) popolazioni sperimentali da allevarsi nel campo didattico per l'analisi della variabilità genetica.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Elisabetta Frascaroli