Genomica e miglioramento delle piante

Architettura del genoma. Diverse componenti del genoma degli eucarioti: sequenze uniche, geni singoli e famiglie di geni, sequenze ripetute, ripetizioni in tandem e intersperse. Costruzione delle mappe genetiche: marcatori visibili e molecolari e analisi dell'associazione.
Elementi trasponibili: elementi di classe I e di classe II, caratteristiche molecolari e funzionali; le principali famiglie di elementi trasponibili in mais, dalla loro scoperta agli studi sul loro ruolo nell'evoluzione di geni e genomi. Analisi comparative dei genomi delle piante, struttura, dimensioni e colinearità del genoma dei cereali. Geni ortologhi e paraloghi, evoluzione delle famiglie multigeniche.
Espressione genica. Diversi livelli di regolazione dell'espressione genica. Regolazione della trascrizione: sequenze in cis e fattori di trascrizione; cambiamenti di tipo epigenetico, metilazione del DNA e modificazioni delle proteine istoniche.
Ruolo dei segnali esterni, come luce e temperatura ed interni, quali ormoni e stadio di sviluppo, sulla regolazione dell'espressione genica. Varianti dei fattori di regolazione e domesticazione nelle piante coltivate: alcuni esempi in riso, mais e pomodoro. Regolazione dell'espressione genica e sviluppo: il seme, origine e formazione dei domini.
Genomica funzionale. Genetica diretta: mutagenesi, ottenimento e caratterizzazione di mutanti knockout. L'approccio mutazionale per la dissezione di vie biosintetiche e processi di sviluppo. Mutagenesi traspositiva: analisi della co-segregazione e isolamento delle sequenze geniche. Genetica inversa: allestimento di collezioni di mutanti da inserzione, ricerca di singoli mutanti, costruzione di librerie. Varianti di geni singoli nel miglioramento genetico: i geni della rivoluzione verde.


Genome architecture. Different components of the eukaryotic genome: single DNA sequences, single genes and gene families, repetitive DNA sequences, tandem and intersperse repeats. Genetic maps: visible phenotypic markers, DNA molecular markers and linkage analysis. Transposable elements (TE): class I and II elements, molecular and functional features; main TE families in maize, from their discovery to the study of their role in genome and gene evolution. Comparative analysis of plant genome structure and size, colinearity of genomes in cereal species. Orthologous and paralogous genes, evolution of gene families.
Gene expression. Different levels of regulation of gene expression. Regulation of transcription: cis-regulatory sequences and transcription factors; epigenetic changes, DNA methylation and histone modifications. Role of environmental (light, temperature) and internal (developmental stage, hormones) signals on gene expression. Variants of transcription factors and their role in the domestication process, examples in rice, maize and tomato. Regulation of gene expression and plant development: seed origin and domain differentiation.
Functional genomics. Forward genetics: mutagenesis, detection and characterization of knockout mutants. Genetic dissection of biosynthetic pathways and developmental processes. TE mutagenesis: co-segregation analysis and gene sequence isolation. Reverse genetics: organization of mutant collections, survey for single mutant detection, insertion libraries assembly. Single gene variants in crop improvement: genes of the green revolution.

Richiami di Genetica classica, di Popolazione e Quantitativa.
Sistemi, barriere e controllo genetico della riproduzione.
Costituzione genetica delle principali colture: popolazioni naturali, ecotipi, popolazioni sintetiche. Costituzioni omogenee: cloni, varietà, linee pure, ibridi.
Origine ed evoluzione delle specie coltivate, e biodiversità genetica vegetale.
Principi di miglioramento genetico di piante autogame ed allogame, ed esempi. Ereditabilità dei caratteri e selezione. Lo sfruttamento dell'eterosi e la costituzione delle sementi ibride.
Generazione di variabilità genetica: mutagenesi fisica e chimica applicata al miglioramento genetico.
Utilizzo della variabilità genetica: cenni di miglioramento genetico avanzato. Utilizzo di marcatori molecolari nel breeding. Principi di genetica quantitativa molecolare.
Utilizzo di marcatori molecolari nella realizzazione di mappe di associazione.
Principi di genetica di associazione basata sul linkage disequilibrium.
Isolamento di geni: chromosome walking e gene tagging. Principi di Genomica.
Piante geneticamente modificate (P.G.M.): tolleranza agli erbicidi, ai virus, resistenza agli insetti.
Cenni di nuove tecnologie di breeding.