91401 - LABORATORIO DI FILOGENESI

Anno Accademico 2021/2022

  • Docente: Andrea Luchetti
  • Crediti formativi: 6
  • SSD: BIO/05
  • Lingua di insegnamento: Italiano
  • Modalità didattica: Convenzionale - Lezioni in presenza
  • Campus: Bologna
  • Corso: Laurea Magistrale in Biodiversità ed evoluzione (cod. 5824)

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente possiede conoscenze avanzate sulle principali tecniche di analisi per lo studio della filogenesi a diversi livelli tassonomici. In particolare, lo studente acquisirà la padronanza per il trattamento e la compilazione di matrici di dati standard (binarie, morfologiche, etc), molecolari (nucleotidi, amino acidi) e combinate, nonchè dell'uso di algoritmi specifici per la costruzione/ricerca di alberi filogenetici. Inoltre, acquisirà la capacità di analisi critica dei dati, della sintesi e interpretazione dei risultati nel quadro teorico-sperimentale di riferimento.

Contenuti

Definizione di tassonomia, sistematica e filogenesi. La sistematica filogenetica o cladistica. Concetto di omologia e omoplasia; caratteri apomorfici, plesiomorfici, sinapomorfia e simplesiomorfia.
Anatomia di un albero filogenetico: operational taxonomic unit (OTU); hypothetical taxonomic unit (HTU) - nodi; rami; radice. Alberi radicati e non radicati; cladogrammi, filogrammi e cronogrammi. Gruppi monofiletici, parafiletici e polifiletici.
La filogenesi su caratteri morfologici e molecolari: differenze, interpretazione, vantaggi e svantaggi. Matrici di dati morfologici (dati standard o presenza/assenza) e molecolari (nucleotidi o amino acidi); matrici miste.
Ricostruzioni filogenetiche: approccio algoritmico (distance-based - UPGMA, Neighbor-Joining) e metodi di ricerca del miglior albero (character-based). Criteri di ottimizzazione: alberi di Maximum Parsimony e Maximum Likelihood. Supporto dei nodi: tecniche di ricampionamento (Bootstrap; Jackknife) e tecniche basate sui caratteri (supporto di Bremer). Inferenza Bayesiana e probabilità a posteriori. Ricerca tramite il metodo Markov chain Monte Carlo (MCMC).
Scelta dei marcatori nei dati molecolari. Il problema "albero delle specie e albero dei geni": dalla teoria della coalescenza alla filogenesi. Ruolo del Next Generation Sequencing per lo studio della filogenesi (filogenomica). Metodi per lo studio dei dati molecolari. Allineamento delle sequenze codificanti e non codificanti (allineamenti progressivi e approcci con iterazioni); allineamenti strutturali. Dati concatenati; matrici filogenomiche. Divergenza genetica osservata. Sostituzioni multiple e modelli di sostituzione nucleotidici e amino acidici. Eterogeneità delle sostituzioni tra i siti e proporzione di siti invarianti.
Orologio molecolare stretto, rilassato e locale. Cronogrammi e calibrazione degli alberi tramite reperti fossili, eventi biogeografici e calibrazioni secondarie.
Problemi nell'inferenza filogenetica: nucleotide compositional bias, signal saturation, long branch attraction, incomplete lineage sorting.
Metodi comparativi in filogenesi e studio dell’evoluzione dei caratteri. Esercitazioni in laboratorio informatico: utilizzo dei software più comuni per l’analisi delle matrici morfologiche e molecolari.
Gli studenti, individualmente, porteranno avanti un progetto di filogenesi che sarà presentato alla fine del corso alla classe.

Testi/Bibliografia

Si consigliano i seguenti testi:
David A. Baum & Stacey D. Smith. Tree Thinking. An introduction to phylogenetic biology. WH Freeman & Company.
Barry G. Hall. Phylogenetic Trees Made Easy: A How-To Manual. Sinauer Associates.

Metodi didattici

Presentazioni .ppt; esercitazioni in laboratorio didattico informatico; analisi e presentazione di casi di studio; elaborazione e presentazione di un progetto di analisi filogenetiche indivuduale. In considerazione della tipologia di attività e dei metodi didattici adottati, la frequenza di questa attività formativa richiede la preventiva partecipazione di tutti gli studenti ai moduli 1 e 2 di formazione sulla sicurezza nei luoghi di studio, [https://elearning-sicurezza.unibo.it/] in modalità e-learning.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La prova d'esame mira a verificare il raggiungimento dei seguenti obiettivi didattici:

conoscenza approfondita di teorie e dei processi evolutivi, e del loro studio

conoscenza approfondita dei caratteri morfologici e dei marcatori molecolari utili ai fini filogenetici a diversi livelli tassonomici

conoscenza approfondita dei metodi di analisi per l'elaborazione di dati per lo studio della filogenesi

capacità di interpretare dati di filogenesi

 

La prova d'esame prevede un test scritto sugli argomenti inerenti i principali obiettivi del Corso e una prova orale dove verranno approfonditi argomenti specifici. Inoltre, il progetto di filogenesi poartato avanti dallo studente durante il corso sarà oggetto di valutazione e concorrerà alla valutazione finale.

 

Per sostenere la prova d'esame è necessaria l'iscrizione su Almaesami, nel rispetto inderogabile delle scadenze previste. Coloro che non riuscissero ad iscriversi entro la data prevista, sono tenuti a comunicare tempestivamente (e comunque prima della chiusura ufficiale delle liste di iscrizione) il problema alla segreteria didattica. Sarà facoltà del docente ammetterli a sostenere la prova. La verbalizzazione della valutazione conseguita avviene entro 5 giorni dalla prova e può avvenire in assenza dello studente come da Linee Guida presenti al sito http://www.unibo.it/Portale/Guida/AlmaEsamiInformazioniDocenti.htm .

Strumenti a supporto della didattica

presentazioni .ppt; dispense a cura del docente; materiale bibliografico originale

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Andrea Luchetti