91401 - LABORATORIO DI FILOGENESI

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

Diversità, evoluzione e filogenesi. 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. Gruppi crown e gruppi stem. Definizione di tassonomia, sistematica e filogenesi. La sistematica filogenetica o cladistica.

Evoluzione dei caratteri. Concetto di omologia e omoplasia; caratteri apomorfici, plesiomorfici, sinapomorfia e simplesiomorfia. La filogenesi su caratteri morfologici e molecolari: differenze, interpretazione, vantaggi e svantaggi. Incongruenza in filogenesi ed il problema "albero delle specie e albero dei geni". Next Generation Sequencing (NGS) e filogenomica. Orologio molecolare stretto e rilassato. Cronogrammi e calibrazione degli alberi tramite reperti fossili, eventi biogeografici e calibrazioni secondarie.

L’albero della vita; focus sulla filogenesi dei metazoi e delle piante.

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 ottimalità: 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). 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.

Errori sistematici nell'inferenza filogenetica: nucleotide compositional bias, signal saturation, long branch attraction.

Metodi comparativi in filogenesi e studio dell’evoluzione dei caratteri: ricostruzione dello stato ancestrale.

Esercitazioni in laboratorio informatico per l’analisi delle matrici morfologiche e molecolari. Gli studenti, individualmente, porteranno avanti un progetto di filogenesi che sarà oggetto di valutazione.

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; presentazione, analisi e discussione di casi di studio; elaborazione e presentazione individuale di analisi filogenetiche.

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 la presentazione e discussione di un progetto di analisi filogenetiche originale, progettato e condotto a cura dello studente, ed approfondimento degli argomenti principali.

 

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