96669 - GENETICA DELLE POPOLAZIONI MARINE

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente possiede conoscenze avanzate sui pattern di struttura genetica delle popolazioni marine, dei processi che li definiscono nelle dimensioni spaziale e temporale e dei parametri demografici correlati. Lo studente acquisisce le competenze per identificare e descrivere i driver evolutivi e ambientali della biodiversità delle popolazioni marine, in particolare i meccanismi di selezione di tratti adattativi e neutrali nell'ambiente marino e il ruolo funzionale di questi processi. In particolare, lo studente è in grado di: - stimare i livelli di connettività tra le popolazioni marine naturali e di individuazione di tratti adattativi attraverso lo studio comparativo della variazione di marcatori neutrali e sotto selezione; - individuare e descrivere criticamente il ruolo della connettività nel determinare struttura, distribuzione e abbondanza delle specie nello spazio e nel tempo; - analizzare i processi di dispersione in relazione alla struttura delle comunità marine, alla dinamica delle popolazioni locali e delle meta-popolazioni, ai pattern biogeografici ed alla resilienza delle popolazioni soggette a stress.

Contenuti

Lezioni frontali (4 CFU)

Fondamenti concettuali: Paradigmi della dispersione, connettività e struttura delle popolazioni di organismi marini ad elevata e bassa dispersione. Forze microevolutive agenti nelle popolazioni marine. Relazioni tra fattori ambientali, ecologici e riproduttivi (genetici) e loro impatti sulla variabilità e differenziamento genetico nelle popolazioni marine.

Tools tecnologici: Marcatori molecolari e attrezzi statistici per l’analisi dati. Accenni a marcatori biochimici. Basi teoriche e applicative sulla natura e variazione dei marcatori molecolari, sviluppo e analisi di marcatori genetico-molecolari. Introduzione metodologica alle tecnologie di sequenziamento massivo, concentrandosi su vantaggi e limiti di diverse piattaforme e metodi e fornendo un’introduzione agli approcci di analisi dati di polimorfismi a livello genomico. Questi tools tecnologici verranno ulteriormente approfonditi durante le esercitazioni previste, che includono sia attività pratiche su tecniche molecolari di base che sessioni di analisi dati genetici e genomici.

Filogeografia e storia demografica delle popolazioni marine: relazioni tra variazione genetica, distribuzione geografica e cambiamenti demografici storici delle popolazioni marine.

Struttura e connettività di popolazioni marine: relazioni tra variazione genetica delle popolazioni e loro struttura, connettività, selezione naturale e fattori ambientali ed ecologici.

Cambiamenti temporali delle popolazioni marine: relazioni tra cambiamenti della variabilità genetica e cambiamenti dei parametri demografici nelle popolazioni marine.

Casi studio sperimentali per l’evidenza delle relazioni suddette in popolazioni di invertebrati e vertebrati marini e aspetti e ricadute applicative su:

• Identificazione di unità di popolazioni per lo sfruttamento sostenibile degli stock da pesca e la conservazione
• Erosione genetica e riduzione degli stock da pesca
• Tracciabilità di popolazione ed individuale con applicazioni forensi
• Analisi di parentela con applicazioni per conservazione biologica e acquacoltura

Esercitazioni (2 CFU)

Laboratorio Molecolare (Wet Lab) Marcatori e metodologie genetico-molecolari per l'analisi della struttura e della connettività delle popolazioni marine: progettazione di disegno di analisi, tecniche di campionamento e conservazione, esercitazione pratica su metodologie di base per l'analisi della variazione molecolare (estrazione DNA, amplificazione genica, elettroforesi su gel d’agarosio, sequenziamento del DNA, genotipizzazione individui).

Laboratorio di analisi dati (Dry Lab)

DryLab1. Analisi dati genetici per stimare pattern evolutivi di strutturazione delle popolazioni marine: analisi della variazione dei marcatori di sequenza del DNA mitocondriale, stima delle distanze genetiche, costruzione di alberi filogenetici, analisi bootstrap, ricostruzione comparativa di pattern filogeografici, identificazione di casi di speciazione criptica.

DryLab2. Modellizzazione e simulazione della variazione genetica temporale delle popolazioni: effetto di fattori come dispersione, flusso genico, deriva genetica, dimensione di popolazione, selezione naturale. Apprendimento e uso di metodi di calcolo delle frequenze genotipiche e alleliche, calcolo degli indici di fissazione per la stima del differenziamento genetico tra le popolazioni, analisi della varianza molecolare, test di permutazione.

DryLab3. Analisi dati genetici per stimare pattern ecologici di strutturazione delle popolazioni marine: analisi della variazione di marcatori microsatelliti, apprendimento e uso di test e software per l'analisi delle relazioni individuali e di popolazione.

DryLab4. Analisi dati genetici per stimare pattern ecologici di strutturazione delle popolazioni marine: analisi della variazione a loci Single Nucleotide Polymorphism, apprendimento e uso di test e software per l'analisi delle relazioni individuali e di popolazione.

DryLab5. Analisi dati genetici per stimare pattern ecologici di strutturazione delle popolazioni marine in ambiente R.

Testi/Bibliografia

Non ci sono testi ma saranno messi a disposizione gli articoli scientifici presentati e discussi a lezione e tutti i materiali illustrati dal docente.

Metodi didattici

Lezioni frontali

Esercitazioni individuali di laboratorio molecolare e bioinformatico con istruttore

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Prova scritta con domande aperte, incluso esercizio di analisi dei dati.

Per le esercitazioni individuali, si raccomanda lo svolgimento di relazioni individuali delle quali, seppur non obbligatorie, i docenti potranno tenere conto per la valutazione finale dell'apprendimento del singolo studente.

Strumenti a supporto della didattica

Articoli e revisioni scientifiche che illustrano tematiche, avanzamenti e casi studio; diapositive; monografie tematiche

Metodi e dispense di laboratorio per le analisi molecolari

Dispense, data sets e software free-user per l'analisi bioinformatica dei dati

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Alessia Cariani