82457 - APPLICAZIONI DI GENOMICA AL MIGLIORAMENTO GENETICO

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente è a conoscenza di: gli aspetti principali della struttura del genoma di una pianta e della dinamica dell’espressione genica a livello globale, le basi tecniche delle applicazioni dei marcatori molecolari al mappaggio di geni e di QTL e del loro utilizzo nei programmi di miglioramento genetico, le principali applicazioni della genomica nello studio e valorizzazione della diversità genetica.

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 4 unità didattiche, di cui 3 (per un totale di 18 ore) teoriche, e 1 (totale di 12 ore) pratiche

UNITÀ DIDATTICA 1. IL GENOMA, IL TRASCRITTOMA, IL PROTEOMA (6 ORE)

• Genomi delle piante coltivate: struttura, dimensioni, composizione ed evoluzione (Duplicazioni dell’intero genoma,poliploidia).
• Progetti genoma: obiettivi e struttura. Tecniche di sequenziamento del genoma (Sanger e Next- Generation-Sequencing), assemblaggio, annotazione.
• Studio ed evoluzione delle famiglie geniche, omologia, paralogia ed ortologia tra geni. Sintenia e colinearità. I genomi delle specie modello ed importanza nel miglioramento genetico.
• Elementi trasponibili: spostamento e duplicazione, produzione di variabilità genetica. I trasposoni nelle piante.
• Analisi del trascrittoma tramite microarray e RNA-seq. Database di espressione genica.
• Analisi del proteoma tramite 2D-page. Identificazione delle proteine.

Al termine di questa unità didattica lo studente conosce le basi strutturali del genoma delle piante, con approfondimenti sulle specie di interesse agrario. Le conoscenze acquisite consentono di comprendere le applicazioni delle biotecnologie al miglioramento genetico quali la MAS e altre.

UNITÀ DIDATTICA 2. GENOMICA FUNZIONALE (6 ORE)

• Genetica diretta e genetica inversa.
• Marcatori SNP. La genomica nello studio della diversità genetica (es. Tecniche di genotyping; risequenziamento) per il miglioramento genetico.
• Mappaggio ed identificazione dei geni alla base di caratteri agronomici nelle piante. Mappaggio di QTL tramite “linkage” e/o associazione. Concetti di linkage disequilibrium e aplotipo.
• Tecniche di genetica inversa: transposon tagging, TILLING, inserzione di T-DNA.

Al termine di questa unità didattica lo studente conosce le principali tecniche di genomica utilizzate nella localizzazione di geni, nel loro clonaggio e nello studio della loro funzione.

UNITÀ DIDATTICA 3. GENOMICA NEL MIGLIORAMENTO GENETICO (6 ORE)

• Come si integrano le conoscenze e le tecniche della genomica negli attuali programmi di miglioramento genetico. Approfondimenti sulla MAS -selezione assistita da marcatori- (reincrocio assistito; selezione background e foreground; piramidazione genica; breeding-by-design). Selezione genomica.
• Modifiche della ricombinazione; il gene Ph nei cereali.
• Basi molecolari dell’eterosi.
• Genomica e mutagenesi.

Al termine di questa unità didattica lo studente conosce casi-studio di applicazioni delle biotecnologie e della genomica nel miglioramento genetico delle specie vegetali.

UNITÀ DIDATTICA 4. ESERCITAZIONI PRATICHE (12 ORE)

Esercitazioni di laboratorio riguardanti lo studio di validazione della funzionalità genica tramite metodi di reverse e forward genetics che sfruttano popolazioni mutagenizzate in frumento, orzo e/o altre specie. Esercitazioni di informatica riguardanti la costruzione e l’analisi di mappe genetiche ad alta densità di marcatori. 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 ha svolto esperienza diretta in laboratorio di genomica e bioinformatica, ha esperienza di analisi critica della letteratura scientifica di aspetti innovativi nel campo dell’applicazione della genomica nel miglioramento genetico ed ha avuto l’opportunità di confrontarsi con professionisti del settore.

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:

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 (18 ore) accompagnate da esercitazioni pratiche (12 ore). Queste ultime saranno costituite sia da vere e proprie 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.). 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 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 20 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