93358 - BIOTECNOLOGIE AGRO-INDUSTRIALI

Scheda insegnamento

SDGs

L'insegnamento contribuisce al perseguimento degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda 2030 dell'ONU.

Sconfiggere la fame Consumo e produzione responsabili Lotta contro il cambiamento climatico La vita sulla terra

Anno Accademico 2021/2022

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 - Lo studente che accede a questo insegnamento deve possedere buone conoscenze di base di genetica. E’ inoltre opportuna una buona conoscenza della lingua inglese in quanto parte del materiale didattico sarà in questa lingua.

UNITÀ DIDATTICA 1. STRUTTURA ED ANALISI DEL GENOMA DELLE PIANTE

Genomi delle piante coltivate: struttura, composizione ed evoluzione. Genomi del mitocondrio e del cloroplasto.

Sequenziamento dei genomi delle piante: strategie generali. Tecniche di sequenziamento (Sanger e Next-Generation-Sequencing, sequenziamento long-read e a singola molecola), assemblaggio, ancoraggio, annotazione.

Studio ed evoluzione delle famiglie geniche, omologia, paralogia ed ortologia. Sintenia e colinearità. Uso di informazioni di specie modello (Arabidopsis, Brachypodium).

Elementi trasponibili: biologia, meccanismi di produzione di variabilità genetica, loro utilizzo in genomica funzionale.

Analisi del trascrittoma tramite microarray e RNA-seq. Database di espressione genica. Analisi del proteoma.

UNITÀ DIDATTICA 2. GENOMICA FUNZIONALE NELLE PIANTE

Strategie di genetica diretta e inversa (Reverse genetics) per associare un gene ad una funzione. Dall’osservazione fenotipica, al mappaggio e clonaggio genico. Bulk-segregant analysis. Approcci di fenomica.

Tecniche di genetica inversa: transposon tagging, TILLING, inserzione di T-DNA.

Trascrittomica nell’analisi della funzione genica, network di co-espressione.

Applicazioni di genomica per lo studio della base genetica dei caratteri complessi. Mappaggio di QTL tramite linkage e/o associazione (GWA). Linkage disequilibrium e aplotipo.

UNITÀ DIDATTICA 3. BIOTECNOLOGIE PER IL MIGLIORAMENTO GENETICO E PER APPLICAZIONI AGRO-INDUSTRIALI

Principi di miglioramento genetico delle piante. Approfondimenti sulla MAS -selezione assistita da marcatori- (reincrocio assistito; piramidazione genica; breeding-by-design).

Modifiche della ricombinazione e il gene Ph nei cereali. Basi molecolari dell’eterosi. Mutagenesi. Sintesi di nuove specie.

Studio, salvaguardia ed utilizzo della diversità genetica delle specie di interesse agrario, concetto di collezione di germoplasma e di core-collection.

Colture in vitro di tessuti vegetali. Ingegneria genetica tramite approcci OGM. Editing genomico tramite CRISPR-CAS. Analisi del rapporto costi-rischi/benefici derivanti dalla coltivazione ed utilizzo di OGM.

Molecular farming: le piante come biofabbriche di molecole ad alto valore aggiunto (proteine ricombinanti, vaccini, anticorpi, biopolimeri, etc) e per la produzione di energia (coltivazioni per biomassa).

Applicazioni biotecnologiche per la produzione di biostimolanti e regolatori della pianta di tipo innovativo (es. piccoli RNA, micro-organismi, etc).

Casi studio: applicazioni biotecnologiche per un’agricoltura più produttiva, maggiormente sostenibile (tolleranza a stress biotici ed abiotici, riduzione di input chimici ed energetici), per il miglioramento del profilo nutrizionale – es. golden rice, per la produzione di biomassa e per economica circolare.

Testi/Bibliografia

Diapositive, dispense, articoli scientifici ed altro materiale (es. indicazioni di capitoli di libri) distribuito dal docente a lezione. Alla fine del corso sarà fornita agli studenti la copia delle presentazioni effettuate in aula dal docente.

I principali testi di riferimento sono:

Chrispeels MJ, Gepts P (2021), Agricoltura sostenibile attraverso le biotecnologie. PICCIN.

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

Brown TA (2017) Biotecnologie molecolari – principi e tecniche. ZANICHELLI.

Alcune parti del programma fanno anche riferimento a

Grotewold E et al (2015) Plant genes, genomes and genetics. WILEY BLACKWELL.

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

Students who wish to make the oral exam in English can use the suggested textbook Grotewold E (see above) and contact the professor for further materials.

Metodi didattici

Il corso è svolto dal docente tramite lezioni frontali accompagnate da esercitazioni pratiche. Queste ultime saranno costituite sia da esercitazioni di laboratorio, sia da momenti di approfondimento di argomenti trattati nelle lezioni frontali tramite brevi ricerche svolte dallo studente su argomenti proposti dal docente, e la partecipazione ad attività seminariale organizzata dal docente tramite inviti a specialisti e professionisti operanti nel mondo della ricerca, dell’industria sementiera e/o dell’agrofarma.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L’apprendimento dei contenuti di questo insegnamento è verificato mediante un esame finale orale. Durante l'esame il docente formula 2 domande relative agli argomenti trattati durante le lezioni e le esercitazioni. Sarà inoltre tenuto in considerazione il risultato dell’approfondimento svolto dallo studente a partire da un articolo scientifico proposto dal docente durante il corso. La durata della prova orale è di circa 30 minuti.

Students who wish to make the exam in English are allowed.

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