05546 - GENETICA AGRARIA

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine dell'insegnamento lo studente conosce le basi per comprendere i meccanismi che regolano la trasmissione dei caratteri e gli strumenti per la valutazione della struttura genetica delle comunità vegetali naturali ed artificiali.

Contenuti

Prerequisiti

Lo studente che accede a questo insegnamento deve possedere una buona conoscenza di fondamenti di matematica, chimica e biologia vegetale, nonché una conoscenza dei fondamenti di analisi statistica (campione, media, varianza e deviazione standard). Questi prerequisiti sono forniti dagli insegnamenti di base erogati durante il primo anno di corso

Contenuti dell'unità didattica teorica (totale di 24 ore)

1) Cicli di sviluppo degli organismi animali e vegetali. Struttura dell'apparato riproduttivo delle piante. Mitosi e meiosi. Il materiale genetico nella cellula vegetale. (2 ore).

Si illustrano gli aspetti di biologia vegetale e cellulare fondamentali e necessari per la piena comprensione della genetica delle piante di interesse agrario.

 2) Leggi di Mendel: dominanza e recessività, alleli e geni, segregazione, assortimento dei caratteri e dei geni. Test del chi2. Estensioni delle leggi di Mendel: alleli multipli, dominanza incompleta e codominanza, interazione genica (epistasi), pleiotropia. (4 ore).

Sono illustrate i fondamenti delle leggi che regolano la trasmissione dei caratteri ereditari in tutti gli organismi ed il principale test statistico utilizzato per la verifica sperimentale di queste leggi nei materiali sperimentali.

3) La teoria cromosomica dell'eredità. Cromosomi sessuali. Il cariotipo. Sistemi sessuali nelle piante, monoicismo e dioicismo. Determinazione del sesso in piante di interesse agrario. Sistemi di incompatibilità dell' incrocio nelle piante (2 ore).

Si illustra la relazione materiale genetico - cromosomi, con particolare riferimento ad esempi legati al controllo genetico della determinazione del sesso nelle specie vegetali di interesse agrario.

4) Concatenazione genica e frequenza di ricombinazione, centiMorgan, crossing-over, mappa genetica. (2 ore).

Si illustrano le basi teoriche e molecolari del meccanismo di crossing-over e le sue conseguenze per la produzione delle mappe genetiche.

5) Biochimica degli acidi nucleici: modello di Watson e Crick, replicazione del DNA, trascrizione e maturazione dell'RNA, traduzione e sintesi proteica. Codice genetico. Struttura del gene. Regolazione dell'espressione genica e operone del lattosio. Dogma centrale della biologia molecolare. (2 ore).

Si illustrano la struttura chimica ed i principali aspetti biochimico-funzionali degli acidi nucleici alla base dell'espressione dei caratteri fenotipici. Questa lezione ha anche l'obiettivo di fornire le basi per la comprensione dei progressi delle biotecnologie nel campo del miglioramento genetico delle piante.

6) Genetica dei caratteri quantitativi: esperimento di Johannsen, linee pure, variazione per cause ambientali e genetiche, ereditabilità. Esperimenti di Nilsson-Ehle e East. Ipotesi multifattoriale ed ereditabilità. (2 ore).

Vengono fornite le basi teoriche per la comprensione delle leggi dell'ereditarietà applicate ai caratteri quantitativi (o metrici), i principali caratteri di interesse per il miglioramento genetico delle colture agrarie.

7) Mutazioni: geniche, cromosomiche, genomiche (poliploidia e aneuploidia). Elementi trasponibili. Mutagenesi. Origine e genetica dei frumenti coltivati. (2 ore).

Si illustrano i fattori ed i meccanismi genetici attraverso i quali il materiale ereditario si modifica, ponendo le basi dell'evoluzione e del miglioramento genetico.

8) Cenni di genetica di popolazione e legge di Hardy-Weinberg. Forze evolutive e speciazione. Inbreeding ed eterosi. (2 ore).

Si illustrano le basi genetico-statistiche che regolano la modifica nel tempo delle frequenze alleliche nelle popolazioni, con riferimento al processo selettivo nel miglioramento genetico, ed all'adattamento ed  alla speciazione nelle popolazioni naturali. Si introduce il concetto di eterosi ed inbreeding, con esempi di sfruttamento dell'eterosi nel miglioramento genetico delle specie agrarie.

9) Cenni di ingegneria genetica: tecnologie (metodo dell'agrobatterio e biolistico), tipi di eventi principali. Diffusione nel mondo delle colture agrarie GM. (2 ore).

Si introducono i principali aspetti tecnici e metodologici connessi con la produzione di piante e organismi geneticamente modificati (OGM), e si illustrano i principali esempi.

10) Genomica e marcatori genetici: classi, caratteristiche e principali applicazioni. Introduzione alla selezione assistita da marcatori molecolari (MAS). (2 ore).

Si introduce il concetto di genomica e di utilizzo degli strumenti di genomica (in particolare, dei marcatori molecolari) nello studio della genetica delle piante.

11) Cenni di miglioramento genetico delle colture agrarie. Struttura genetica delle specie coltivate. Origine delle piante coltivate e domesticazione (2 ore).

Si offrono brevi cenni sulla disciplina del miglioramento genetico delle piante e si illustrano le origini genetiche e storiche delle principali colture agrarie.

Contenuti dell'unità didattica di esercitazioni (6 ore)

Le ore di esercitazioni sono dedicate ad approfondimenti nel campo della genetica Mendeliana, della genetica dei caratteri quantitativi e della genetica molecolare. Per quanto riguarda la genetica Mendeliana (2 ore), gli studenti devono affrontare e risolvere un problema genetico-statistico (es. conteggio delle frequenze genica in una popolazione sperimentale per un carattere, produzione di un'ipotesi di controllo genico, scelta ed applicazione di un test statistico per la verifica dell'ipotesi prodotta). L'esercitazione viene svolta in aula sotto forma di test scritto, sotto la guida del docente. Per quanto riguarda la genetica dei caratteri quantitativi (2 ore), gli studenti sono accompagnati dal docente presso il campo catalogo/sperimentale ubicato presso il Dipartimento (in viale Fanin), dove svolgono un'esperienza di raccolta di osservazioni e misurazioni per caratteri di piante (es. altezza, portamento della pianta, ecc), in parcelle preventivamente predisposte dal docente, al fine di valutare le componenti genetiche ed ambientali della variazione fenotipica tra piante. Infine, per quanto riguarda la parte molecolare (2 ore), il docente illustrerà, in classe e tramite visita guidata presso i laboratori di ricerca del DipSA, le principali tecniche, tra cui la PCR (Polymerase Chain Reaction) applicate nel campo delle biotecnologie per il miglioramento genetico delle piante.

Testi/Bibliografia

F. Lorenzetti, S. Ceccarelli, D. Rosellini, F. Veronesi. Genetica agraria - Genetica e biotecnologie applicate all'agricoltura. Patron, Bologna, 2011.

Alcuni argomenti, come da indicazione del docente a lezione, potranno essere approfonditi anche consultando: G. Barcaccia, M. Falcinelli. Genetica e genomica, Vol I, Genetica generale. Liguori, Napoli, 2005.

Metodi didattici

Il corso è articolato in due unità didattiche. Nella prima, di lezioni frontali, sono esposti gli aspetti principali della disciplina (genetica delle piante di interesse agrario) come esposta nel programma di cui sopra (24 ore frontali). La seconda unità didattica prevede attività di esercitazioni pratiche (3 lezioni di 2 ore ciascuna) in cui si approfondiscono le modalità di indagine genetica (osservazione e rilevamento di caratteri, conteggio, calcoli di frequenze e altri parametri statistici, produzione di ipotesi e valutazione con test statistici) volte ad illustrare il metodi di lavoro sperimentale, anche per contribuire allo sviluppo nello studente di una capacità di analisi critica dei risultati, basata su criteri scientifici. Nelle esercitazioni sono inoltre comprese visite didattiche nei laboratori di biologia molecolare e di campi sperimentali.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L'insegnamento è parte del Corso Integrato ‘COLTURE ERBACEE E GENETICA AGRARIA' (66243) insieme al seguente insegnamento: COLTURE ERBACEE (65915). Pertanto la valutazione del corso integrato tiene conto congiuntamente del livello di conoscenze e competenze acquisite dallo studente relativamente ai contenuti dei due suddetti insegnamenti. L'apprendimento dell'insegnamento di Genetica Agraria viene verificato mediante un esame finale orale. Durante l'esame il docente formula 3 domande relative agli argomenti affrontati durante le lezioni e le esercitazioni. In particolare, due domande sono relative agli aspetti di genetica di base sviluppati nell'Unità didattica teorica, mentre la terza domanda è relativa ad aspetti metodologici come trattati durante l'Unità didattica di esercitazione, ovvero relativa ad aspetti genetico-statistici o ad aspetti generali legati all'applicazione della genetica e dell'ingegneria genetica in agricoltura. La durata della prova orale è di circa 30 minuti.

Strumenti a supporto della didattica

Per l'Unità didattica teorica è previsto l'uso di PC e videoproiettore. Per l'Unità didattica di esercitazioni è prevista l'indagine diretta (osservazioni, conteggi, misurazioni con semplici strumenti) da parte dello studente  su materiali vegetali in campo ed in serra, opportunamente predisposti dal docente.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Silvio Salvi