93358 - BIOTECNOLOGIE AGRO-INDUSTRIALI

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente avrà una solida conoscenza della biologia e della struttura del genoma delle piante, con riferimenti specifici alla natura e diffusione degli elementi mobili, alla poliploidia ed ai genomi del cloroplasto e del mitocondrio. Lo studente sarà inoltre informato sulla natura e potenzialità delle principali tecniche di genomica strutturale e funzionale applicabili alle piante. Lo studente otterrà inoltre conoscenza delle applicazioni genomiche e biotecnologiche per lo studio, la salvaguardia ed l’utilizzo della diversità genetica delle specie di interesse agrario, l’ingegneria genetica per il miglioramento genetico delle piante, con approfondimenti sul rapporto costi-rischi/benefici derivanti dalla coltivazione ed utilizzo di OGM, le applicazioni biotecnologiche per un’agricoltura produttiva e sostenibile, l’utilizzo delle piante come biofabbriche, oltre ad applicazioni di gene/genome editing (CRISPR-CAS) nelle piante. Queste conoscenze forniranno allo studente gli strumenti per i) affrontare in maniera critica la progettazione e lo svolgimento di studi volti all’identificazione di geni di interesse agronomico e/o economico; ii) studiare e gestire la diversità genetica delle colture agrarie; iii) comprendere le basi metodologiche del miglioramento genetico varietale basato su approcci biotecnologici.

Contenuti

PREREQUISITI (comuni ai due insegnamenti del corso integrato)

Lo studente che accede a questi insegnamenti deve possedere una buona conoscenza della genetica vegetale e, idealmente, conoscere le basi del miglioramento genetico delle piante al fine di poter contestualizzare meglio le opportunità offerte dall’applicazione delle biotecnologie e della genomica. E’ opportuna anche la conoscenza della lingua inglese in quanto una parte del materiale didattico sarà in inglese.

Il corso è suddiviso in 5 unità didattiche, di cui 4 (per un totale di 18 ore) teoriche, e 1 (totale di 12 ore) pratiche

UNITÀ DIDATTICA 1. BASI STRUTTURALI DEL MATERIALE EREDITARIO E REGOLAZIONE DELL’ESPRESSIONE GENICA (6 ORE)

• Struttura del DNA e del cromosoma. Struttura di un gene (procarioti ed eucarioti).
• Trascrizione, regolazione in cis (promotori ed enhancer), regolazione in trans (azione dei fattori di trascrizione), network di regolazione.
• Integrazione di segnali nella regolazione genica - esempio del network regolativo della fioritura (ormoni, luce/fotoperiodo, sviluppo, vernalizzazione).
• Piccoli RNA: il silenziamento genico, microRNA, etc.
• Struttura della cromatina, metilazione del DNA e modificazioni istoniche.
• Splicing differenziale e regolazione post-trascrizionale/traduzionale.

Al termine di questa unità didattica lo studente conosce le basi della struttura e dell’espressione genica nelle piante ed è quindi in grado di comprendere criticamente le applicazioni di queste conoscenze nel campo del miglioramento genetico delle piante.

UNITÀ DIDATTICA 2. INTRODUZIONE ALLE TECNICHE FONDAMENTALI DELLA BIOLOGIA MOLECOLARE (4 ORE)

• Endonucleasi di restrizione e DNA ligasi, southern e northern blot, vettori di clonaggio, librerie genomiche.
• PCR e real-time PCR (quantitativa).
• Colture in vitro (cenni).

Al termine di questa unità didattica lo studente conosce le tecniche di biologia molecolare su cui si fondano le principali applicazioni di biotecnologiche e genomiche volte al miglioramento genetico delle piante di interesse agrario.

UNITÀ DIDATTICA 3. INGEGNERIA GENETICA (4 ORE)

• Metodi di trasformazione genetica diretti ed indiretti: agrobatterio e biolistico - aspetti tecnici.
• Approcci di genome editing basati su CRISPR.

Al termine di questa unità didattica lo studente conosce le tecniche di modificazione genetica applicate nelle specie vegetali agrarie.

UNITÀ DIDATTICA 4. APPLICAZIONI DELL’INGEGNERIA GENETICA NELLE SPECIE ERBACEE (4 ORE)

• Piante GM per l’agricoltore, per l’industria e per il consumatore. Ingegneria genetica per resistenza ad erbicidi e ad insetti, per miglioramenti qualitativi e nutrizionali (caso del Golden Rice), per tolleranza a stress abiotici. Piante GM come bioreattori.
• Confronto con altri metodi di miglioramento genetico. Diffusione degli OGM nel mondo. Analisi critica degli aspetti controversi.

Al termine di questa unità didattica lo studente conosce in dettaglio le principali colture agrarie transgeniche, le specifiche modificazioni genetiche apportate e la loro diffusione nel mondo. Lo studente è inoltre informato sui principali aspetti controversi, ed è in grado di valutare criticamente ed autonomamente le potenzialità dell’ingegneria genetica nel campo delle produzioni agrarie.

UNITÀ DIDATTICA 5. ESERCITAZIONI PRATICHE E DI LABORATORIO (12 ORE)

Esercitazioni di laboratorio riguardanti la quantificazione dell’espressione genica tramite qRT-PCR. Analisi di un articolo scientifico proposto dal docente, e preparazione di una breve presentazione per discussione. Attività seminariale (con inviti a professionisti operanti nel settore delle biotecnologie agrarie) organizzata dal docente.

Al termine di questa unità didattica lo studente ha fatto esperienza diretta di importanti tecniche di laboratorio delle biotecnologiche genetiche vegetali. Lo studente ha inoltre esperienza di analisi critica della letteratura scientifica recente ed innovativa riguardante l’ingegneria genetica nelle piante, ed ha avuto l’opportunità di confrontarsi con professionisti del settore.

Testi/Bibliografia

I principali testi di riferimento sono:

Lorenzetti F et al (2018) Miglioramento genetico delle piante agrarie. EDAGRICOLE. ISBN 9788850655090

Russell PJ et al (2016) Genetica Agraria. EDISES. ISBN 978-8879598934

Students who wish to make the exam in English (oral) can contact the professor for further materials.

Metodi didattici

Il corso è svolto dal docente tramite lezioni frontali (18 ore) accompagnate da esercitazioni pratiche (12 ore). Queste ultime saranno costituite sia da esercitazioni di laboratorio, sia da momenti di approfondimento di argomenti trattati nelle lezioni frontali, tramite breve ricerche svolte dallo studente su argomenti proposti dal docente, e la partecipazione ad attività seminariale organizzata dal docente.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L'insegnamento è parte del Corso Integrato ‘79268 BIOTECNOLOGIE APPLICATE ALLE PRODUZIONI ERBACEE (C.I.) - insieme al seguente insegnamento: 79270 APPLICAZIONI DI GENOMICA E MIGLIORAMENTO GENETICO DELLE SPECIE VEGETALI. 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 dei contenuti di questo insegnamento è verificato mediante un esame finale SCRITTO. L'esame consta di 30 domande a risposta per lo più chiusa. La durata della prova scritta è di 60 minuti esatti.

Students who wish to make the exam in English are allowed, and should contact the professor to organize it.

Strumenti a supporto della didattica

PC, videoproiettore, disponibilità di serre e laboratori con relative strumentazioni.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Silvio Salvi