GENETICA E MIGLIORAMENTO GENETICO DELLE PIANTE AGRARIE

Obiettivi formativi

• GENETICA

  Il modulo di Genetica si propone di fornire le conoscenze fondamentali di genetica classica e molecolare fornendo un quadro coerente con l’insegnamento dell’altro modulo previsto del C.I. e con gli altri insegnamenti di tipo biologico previsti dal corso di Laurea in Biotecnologie.

  Lo studente in Biotecnologie, con il modulo didattico di GENETICA acquisisce la conoscenza dei metodi di analisi mendeliana e comprende i meccanismi mediante cui si ereditano i caratteri mendeliani. Acquisisce le conoscenze di base sulla struttura del materiale genetico e sulla sua organizzazione, nonché i principi generali dell'espressione genica. Lo studente conosce le principali metodologie di analisi del DNA e dei suoi polimorfismi, e comprende che molte molecole implicate nei principali processi genetici, sono ampiamente utilizzate in ambito biotecnologico. Comprende le caratteristiche delle diverse tipologie di mutazione, i relativi effetti fenotipici, i principali meccanismi di mutazione spontanea del DNA e il suo significato anche nell’ambito dell’evoluzione. Gli studenti alla fine di questo insegnamento dovranno riuscire a comunicare in modo efficace le informazioni di tipo biologico, e genetico in particolare, con un linguaggio specifico.

• MIGLIORAMENTO GENETICO DELLE PIANTE AGRARIE

  L’obiettivo formativo della disciplina “Miglioramento genetico delle piante agrarie” è di trasferire allo studente conoscenze e strumenti per la valutazione della variabilità genetica naturale e indotta per la sua utilizzazione ai fini selettivi. Alla fine del corso, gli studenti saranno in grado di:

  ● Pianificare un programma di miglioramento genetico e di scegliere le procedure più idonee alla costituzione di nuove varietà integrando le procedure tradizionali del miglioramento genetico con strumenti biotecnologici.

  ● Comprendere i meccanismi genetici alla base dell’evoluzione delle piante e di applicare disegni sperimentali al fine di individuare e selezionare genotipi per ottenere varietà migliorate.

  ● Organizzare e gestire i processi di tracciabilità genetica delle varietà vegetali nell'intera filiera produttiva.

Modalità di svolgimento dell'insegnamento

• GENETICA

  L'insegnamento è svolto con lezioni frontali partecipate, con l'ausilio di powerpoint e altri strumenti multimediali (come ad esempio filmati scientifici). Le verifiche dell'efficacia di ciascuna lezione viene fatta utilizzando la piattaforma SOCRATIVE e proponendo 4-5 domande alla fine di ogni lezione, a cui gli studenti rispondono con il loro smartphone, in anonimato. i risultati di tale "verifica per l'apprendimento" sono immediatamente visibili, in forma aggregata.

  Sono anche previste esercitazioni in aula e 2 prove in itinere. Tali prove in itinere, dopo la correzione, vengono ampiamente discusse con gli studenti, per consentire loro una autovalutazione.

• MIGLIORAMENTO GENETICO DELLE PIANTE AGRARIE

  L'insegnamento (6CFU) prevede lezioni frontali ed esercitazioni in aula. Per le lezioni frontali il docente si avvarrà di presentazioni in power point e di filmati, anche in inglese. Le esercitazioni consisteranno nella soluzione di problemi ed esercizi sugli argomenti trattati, anche mediante applicazione di appropriati test statistici.

Prerequisiti richiesti

• GENETICA

  Le conoscenze richieste per poter seguire la GENETICA riguardano l’organizzazione della materia vivente e della cellula. Sono necessarie anche delle competenze di base di matematica e statistica.

• MIGLIORAMENTO GENETICO DELLE PIANTE AGRARIE

  Lo studente che accede a questo insegnamento deve possedere una buona conoscenza dei fondamenti di matematica e chimica forniti dagli insegnamenti di base erogati durante il primo semestre. E’, inoltre, necessaria la conoscenza di nozioni preliminari di biologia (la struttura e funzione della cellula vegetale, processi di divisione cellulare), di genetica e biochimica

Frequenza lezioni

• GENETICA

  La frequenza delle lezioni e delle esercitazioni, sebbene non sia obbligatoria, è fortemente consigliata al fine di acquisire una preparazione adeguata nella disciplina.

• MIGLIORAMENTO GENETICO DELLE PIANTE AGRARIE

  Fortemente consigliata

Contenuti del corso

• GENETICA

  Genetica mendeliana. Variabilità continua e discreta. I caratteri, il fenotipo e il genotipo. Incroci di monoibridi e il principio mendeliano della segregazione. Incroci di diibridi e il principio mendeliano dell’assortimento indipendente. Gli alleli multipli. La dominanza incompleta e la codominanza. Interazione tra geni e rapporti mendeliani modificati. L’epistasi. Alleli letali. Ambiente ed espressione genica. I caratteri a trasmissione mendeliana nell’uomo. Analisi degli alberi genealogici. Analisi statistica dei dati genetici: il test del chi-quadrato.

  Teoria cromosomica dell’ereditarietà. La mitosi. La meiosi. Il significato genetico della meiosi. I cromosomi del sesso. Eredità legata al sesso. La determinazione del sesso. Analisi dei caratteri legati al sesso nell’uomo.

  Associazione. L’associazione genica. Concatenazione completa ed incompleta. Ricombinazione tra geni e ruolo dello scambio tra i cromosomi. Costruzione di mappe genetiche.

  Il materiale genetico. Identificazione del materiale ereditario: esperimento di Griffith, esperimento di Avery-McLeod-MacCarty, esperimento di Hershey e Chase. Gli Acidi Nucleici: struttura e organizzazione del DNA e dell'RNA. I genomi degli organismi attuali. I cromosomi eucariotici. Il cariotipo umano: principali metodi di preparazione e di analisi.

  Le mutazioni. Le mutazioni in cellule somatiche e in cellule germinali. Le mutazioni puntiformi: caratteristiche ed effetti in funzione della posizione all'interno dei geni. Le mutazioni cromosomiche di struttura e di numero: classificazione, modalità di formazione e conseguenze genetiche e fenotipiche. Cenni su allo-poliploidia e auto-poliploidia. Meccanismi di formazione delle mutazioni spontanee. Le basi chimiche delle mutazioni. Le mutazioni indotte. Gli agenti mutageni di natura fisica, chimica e biologica. La mutagenesi ambientale e i test di mutagenesi (cenni). Le mutazioni e il loro ruolo nell'evoluzione dei geni e dei loro prodotti.

  Geni e DNA. Le funzioni principali del DNA: replicazione, trascrizione e traduzione. Il codice genetico: definizione e proprietà. Evoluzione storica del concetto di gene. Definizione strutturale, funzionale e genetica di gene. I geni procariotici ed eucariotici: struttura generale ed organizzazione genomica. L’evoluzione dei geni eucariotici: dimensione e formazione dei geni interrotti. I geni in copie multiple e le famiglie geniche.. Principali meccanismi di origine delle famiglie geniche. Gli pseudogeni. La regolazione dell’espressione genica: definizione e modelli di regolazione. La regolazione nei procarioti e negli eucarioti. Cenni sui geni dello sviluppo e del differenziamento.

  Metodi di base per l’analisi del DNA. Preparazione del DNA genomico, PCR, frammentazione enzimatica, elettroforesi, sequenziamento. Gli RFLP e il loro utilizzo nella diagnostica.

  Esercitazioni in classe: Genetica mendeliana. Calcolo delle probabilità applicato alla genetica. Analisi degli alberi genealogici per identificare il modello di eredità. Costruzione di mappe genetiche. Analisi del cariotipo umano.

• MIGLIORAMENTO GENETICO DELLE PIANTE AGRARIE

  Eredità ed ereditabilità dei caratteri quantitativi - il miglioramento genetico e utilizzo della variabilità genetica - sistemi riproduttivi delle piante coltivate - barriere riproduttive: autoincompatibilità, maschiosterilità - relazione tra sistema riproduttivo e metodi di miglioramento genetico - struttura genetica delle popolazioni - metodi tradizionali di miglioramento genetico in specie che si riproducono per propagazione vegetativa, per autogamia e per allogamia - metodi moderni di miglioramento delle piante - ingegneria genetica.

Testi di riferimento

• GENETICA
  • 1. Binelli, Ghisotti e altri. GENETICA. EdiSES, Napoli
  • 2. Russel. GENETICA: UN APPROCCIO MOLECOLARE. Pearson Italia, Milano.
  • 3. Griffiths e altri. GENETICA: PRINCIPI DI ANALISI FORMALE. Zanichelli, Bologna.
• MIGLIORAMENTO GENETICO DELLE PIANTE AGRARIE

  
  1. Miglioramento genetico delle piante agrarie, Lorenzetti F., Albertini E., Frusciante L., Rosellini D., Russi L., Tuberosa L., Veronesi F. Edagricole

  2. Genetica e genomica, Barcaccia G. e Falcinelli M., Liguori editore. Volume II.

  3. Genetica e genomica, Barcaccia G. e Falcinelli M., Liguori editore. Volume III.

  4. Genetica Agraria-Genetica e biotecnologie applicate all’agricoltura, F. Lorenzetti, S. Ceccarelli, D. Rossellini, F. Veronesi, Patron ed.

  5. Breeding Field Crops, Sleper DA, Poehlman JM, Ames, Iowa, USA: Blackwell Publ., 2006.

  6. Genetica, Binelli G e Ghisotti D., Edises, 2018

Programmazione del corso

Verifica dell'apprendimento

Modalità di verifica dell'apprendimento

• GENETICA

  L'esame finale consiste in una prova scritta con 1 domanda a risposta aperta, 20 domande a risposta multipla e un esercizio di genetica. L'intero test viene valutato in trentesimi, in dettagli: ogni domanda risposta multipla esatta vale +1 punto, errata -0,25 e non data 0; alla domanda risposta aperta è attribuito dal docente un punteggio compreso tra 0 e 5; all'esercizio di genetica viene dato un punteggio complessivo da 0 a 5, è formulato in 5 quesiti, e quindi ad ognuno di essi, se corretti, viene dato punteggio +1 . Alla prova scritta segue un colloquio orale al quale sono ammessi gli studenti che hanno conseguito un punteggio di almeno 18. Gli studenti che hanno conseguito un punteggio compreso tra 16 e 18 (Ammessi con riserva) possono comunque, se vogliono, sostenere l'esame orale.

• MIGLIORAMENTO GENETICO DELLE PIANTE AGRARIE

  L’esame è scritto e comprende sei quesiti di cui due a risposta aperta, due con risposte a multiscelta, e due problemi o esercizi sugli argomenti trattati, risolvibili anche mediante l’applicazione di test statistici. A ciascun esercizio verrà attribuito un punteggio stabilito, per un totale di 31 punti.

Esempi di domande e/o esercizi frequenti

• GENETICA

  1. I principi Mendeliani e gli esperimenti che hanno portato alla loro dimostrazione

  2. Meccanismi di eredità dei caratteri monogenici

  3. Struttura del DNA

  4. Le mutazioni e i meccanismi di formazione

  5 La PCR

• MIGLIORAMENTO GENETICO DELLE PIANTE AGRARIE

  1. Distinzione tra piante con diverso sistema riproduttivo e conseguenze genetiche dei diversi metodi riproduttivi

  2. Distinzione tra caratteri mendeliani e caratteri quantitativi;

  3. Principali parametri statistici per la descrizione della variabilità genetica

  4. Concetto di ereditabilità

  5. Sistemi per incremento della variabilità genetica

  6. Le colture in vitro

  7. L’importanza della poliploidia, il significato della selezione e il progresso conseguito con la selezione

  8. L’importanza dei marcatori molecolari nel miglioramento genetico.