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

 A) Prerequisiti

Lo studente che accede a questo insegnamento deve possedere una ottima conoscenza di genetica di base e molecolare unitamente ad una buona conoscenza dei fondamenti di botanica, biologia di base e di fisiologia delle piante; questi prerequisiti sono forniti dagli insegnamenti di base erogati durante il primo e secondo anno del corso.

B) Unità didattiche

1. Introduzione al corso.

Verra' presentata una rapida carrellata dei principali argomenti del corso con enfasi sugli aspetti applicativi e le relative implicazioni socio-economiche (Totale unità didattica: 4 ore).

Conoscenze acquisite nell'unità didattica 1

Vengono presentati esempi  sull'uso delle biotecnologie per produrre piante (i) più resilienti agli effetti negativi dei mutamenti climatici in atto, (ii) più resistenti alle fitopatie, (iii) più efficienti nell'uso delll'acua ed azoto e (iv) di interesse medico.

2. Struttura del genomi delle piante (Totale unità didattica: 2 ore).

Lo studente acquisisce le nozioni fondamentali sulla struttura dei genomi delle piante per quanto concerne dimensioni, numero dei geni, funzionalita', rapporti tra eucromatina ed eterocromatina, ruolo dei trasposoni, sintenia e microcolinearità. Verranno trattati anche alcuni aspetti evolutivi che permettono di meglio interpretare le relazioni di sintenia e microcolinearità tra specie diverse e la filogenesi delle piante soprattutto i cereali.

Conoscenze acquisite nell'unità didattica 2.

Conoscenze sulla struttura dei genomi; ruolo dell'eucromatina e dell'eterocromatina nella espressone dei geni.
Aspetti evolutivi dei genomi, filogenesi e sintenia tra specie evolutuvamente vicine.

3. Marcatori molecolari (Totale unità didattica: 4 ore).

Lo studente acquisisce le nozioni fondamentali per analisi dei polimorfismi del DNA tramite marcatori RFLP, RAPD, SSR, AFLP e SNP. Verranno inoltre analizzati criticamente i vantaggi e gli svantaggi di ogni classe di marcatori.

Conoscenze acquisite nell'unità didattica 3.

Conoscenza sulle principali tipi di marcatori.                           Analisi critica di vantaggi e svantaggi dei principali tipi di marcatori molecolari.

4. Popolazioni sperimentali per la mappatura di geni che controllano caratteri Mendeliani e quantitativi. Analisi QTL (Quantitative Trait Loci) e sue applicazioni (Totale unità didattica: 8 ore).

Popolazioni sperimentali per la mappatura di loci Mendeliani e quantitativi. Popolazioni RIL, IL, IRIL e DH. Definizione di QTL e metodi analitici per identificare i QTL: metodo a singolo marcatore e metodo ad intervallo. Vantaggi e limiti dell'approccio QTL. Selezione assistita con marcatori (MAS). Reincrocio assistito con marcatori e suoi vantaggi sul metodo di reincrocio tradizionale.

Conoscenze acquisite nell'unità didattica 4.

Conoscenza su come costituire popolazioni sperimentali per mappare geni e QTL.
Conoscenza ed analisi critica dei metodi per mappare geni e QTL.
Applicazioni dei marcatori molecolari: selezione assistita con marcatori (MAS) e reincrocio assistito con marcatori.

5. Analisi della variabilità genetica tramite marcatori e domesticazione delle specie di interesse agrario (Totale unità didattica: 2 ore).

Analisi della biodiversità delle piante tramite marcatori molecolari. Effetto della domesticazione sulla variabilità genetica. nelle maggiori specie di intesse agrario.

Conoscenze acquisite nell'unità didattica 5.

Conoscenza su come utilizzare i marcatori molecolari per studiare la biodiversità e sui processi di domesticazione e conseguenze sulla variabilità genetica.

6. Mappatura per associazione (Totale unità didattica: 2 ore).

Concetto di disequilibrio di associazione. Mappatura per associazione a livello dell'intero genoma. Popolazioni adatte per la mappatura per associazione. Vantaggi e svantaggi della mappatura per associazione.

Conoscenze acquisite nell'unità didattica 6.

Conoscenza delle metodiche per realizzare mappatura per associazione. Conoscenza dei vantaggi e limiti della mappatura per associazione nelle piante di interesse agrario. Selezione genomica.

7. Sequenziamento dei genomi e del trascrittoma e TILLING (Totale unità didattica: 4 ore).

Metodi di sequenziamento. Sequenziamento dei genomi delle piante. Sequenziamento nelle specie poliploidi. Interpretazione dei risultati. Risequenziamento dei genomi. Pangenoma. Applicazioni dei dati di sequenziamento. Analisi del trascrittoma. Basi teoriche del TILLING per individuare mutanti a loci specifici. TILLING in silico.

Conoscenze acquisite nell'unità didattica 7.

Conoscenza sui metodi di sequenziamento e problematiche relative al sequenziamento delle specie poliploidi.
Analisi del trascrittoma e quantificazione dei trascritti.
Conoscenza del metodo TILLING.

8. Ingegneria genetica e editing dei genomi (Totale unità didattica 8 ore).

Realizzazione di costrutti plasmidiali. Trasformazione genetica delle piante con Agrobacterium tumefaciens e con il metodo biolistico. Geni marcatori e geni reporter. Applicazioni dell'ingegneria genetica in agricoltura ed in medicina. Transgenesi e cisgenesi. Considerazioni socio-economiche sulle piante geneticamente modificate. Editing dei genomi con CRISPR/Cas9. Utilizzazione dell'editing per validare geni candidati e per produrre varietà migliorate in programmi di miglioramento genetico delle piante.

Conoscenze acquisite nell'unità didattica 8.

Conosce gli aspetti generali relativi alla trasformazione genetica delle piante e all'impiego degli organismi geneticamente modificati in agricoltura.                                                                      Conosce gli aspetti generali relativi alle tecniche di editing dei genomi tramite l’uso del sistema CRISPR/Cas9.                      Acquisisce strumenti ed informazioni per una valutazione critica degli OGM di origine vegetale e di piante ottenute tramite editing del genoma.

9. Contenuti dell'unità didattica di laboratorio (Totale unità didattica 36 ore).

Ottenimento di profili molecolari per caratterizzare la variabilità genetica presente in popolazioni naturali ed artificiali di specie erbacee.
Ottenimento di mappe genetiche e loro utilizzo per identificare i loci che controllano caratteri Mendeliani e quantitativi (QTL).
Analisi bioinformatica per lo studio dei genomi vegetali e delle relazioni di sintenia tra specie filogeneticamente vicine. Identificazione di geni canidati e loro validazione.

 

 

Testi/Bibliografia

Miglioramento genetico delle piante agrarie, di F. Lorenzetti - E. Albertini - L. Frusciante - D. Rosellini - L. Russi - R. Tuberosa - F. Veronesi, Libri EDAGRICOLE, Maggiori informazioni al link: http://goo.gl/CwecXc

Metodi didattici

Nel corso delle lezioni vengono analizzate le principali problematiche relative alla realizzazione di indagini di tipo molecolare nelle specie di interesse agrario e delle applicazioni relative. Verranno altresì analizzate le problematiche tecniche e socio-economiche relative alle piante geneticamente modificate (OGM) e ottenute tramite editing. Nel corso delle lezioni gli studenti potranno essere interpellati su argomenti specifici per verificare il livello di conoscenze propedeutiche soprattutto nel settore della genetica classica e nella genetica molecolare.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La valutazione del corso tiene conto congiuntamente del livello di conoscenze e competenze acquisite dallo studente relativamente a quanto presentato al corso. Le conoscenze e le competenze impartite dal presente insegnamento vengono valutate attraverso un colloquio, della durata di circa 30 minuti, dove vengono formulate quattro domande relative agli aspetti di base sviluppati nelle unità didattiche in cui è articolato il corso, nonché ad aspetti applicativi. Si valuterà anche la capacità dello studente a risolvere problematiche inerenti le applicazioni delle biotecnologie al miglioramento genetico delle colture agrarie.

Strumenti a supporto della didattica

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

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Roberto Tuberosa