Genomica e miglioramento delle piante

A.A. 2020/2021
12
Crediti massimi
112
Ore totali
SSD
AGR/07
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
Il corso intende offrire agli studenti le conoscenze fondamentali della struttura, organizzazione ed evoluzione dei genomi in sistemi modello e nelle piante coltivate. Intende inoltre approfondire i principali meccanismi di regolazione dell'espressione genica e analizzare alcune metodologie nell'ambito della genetica diretta e inversa. Inoltre verranno offerte conoscenze riguardanti i principi di miglioramento genetico basato su tutte le tecnologie moderne.
Risultati apprendimento attesi
Al termine dell'insegnamento gli studenti dovranno conoscere le diverse componenti e la loro distribuzione all'interno del genoma delle piante. Avranno compreso in dettaglio le caratteristiche delle sequenze DNA ripetitivo e il ruolo di queste nell'evoluzione di singoli geni e dei genomi. Avranno inoltre acquisito le nozioni riguardanti i diversi livelli di regolazione dell'espressione genica e appreso le basi per utilizzare i marcatori fenotipici e molecolari nella costruzione delle mappe e nello studio della diversità genetica. Sapranno individuare i principali caratteri e la natura molecolare alla base dei processi di domesticazione e miglioramento delle piante coltivate. Avranno inoltre acquisito alcuni strumenti utili per l'individuazione dei geni e lo studio della funzione e dell'espressione genica nelle piante.
Programma e organizzazione didattica

Edizione unica

Responsabile
Periodo
Primo semestre
Durante la fase emergenziale non sono previsti cambiamenti nel programma e nei materiali di riferimento per il corso

Parte delle lezioni saranno tenute da remoto in modalità sincrona su piattaforma Microsoft Teams e parte in presenza.
Orari e informazioni dettagliate sono disponibili sulla piattaforma Ariel del corso.

La verifica dell'apprendimento avverrà in remoto, mediante un colloquio.
Oltre a verificare la conoscenza degli argomenti trattati durante il corso, il colloquio comprenderà la discussione di lavori di approfondimento assegnati agli studenti durante il corso e la discussione delle attività svolte durante le esercitazioni in laboratorio. Lo studente potrà presentare una relazione, consistente in un testo o una presentazione "power point", che riporti tali attività.
Programma
UD1 K06-48-A' - 'Genetica e genomica vegetale'
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.

UD2. 'K06-48-B' - 'Miglioramento genetico avanzato'
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
Prerequisiti
Corso di genetica
Metodi didattici
Lezioni frontali ed esercitazioni in laboratorio.
Materiale di riferimento
Russel, Genetica - Un approccio molecolare, Pearson
Grotewold, Chappell, Kellogg, Plant Genes, Genomes and Genetics, Wiley-Blackwell
Lorenzetti et al. Miglioramento genetico delle piante agrarie - edagricole
Lewin's Gene XIII - Jones and Bartlet
Genetica e Genomica (vol. II e III). (Barcaccia e Falcinelli)
Principles of genetics and breeding (G. Acquaah)
Plant biotechnology and genetics (C.N. Stewart, JR)

Articoli in Inglese su specifici argomenti e le principali diapositive delle lezioni sono disponibili sulla piattaforma Ariel.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'esame comprende una prova scritta e una prova orale.
La prova scritta può essere svolta sulla prima parte del programma durante lo svolgimento del corso, a metà del semestre, mentre il colloquio si svolge al termine del corso.
Durante le prove saranno valutate: 1) Le conoscenze e la capacità di collegare gli argomenti trattati nelle UD 2) Le abilità nell'utilizzo di strumenti di analisi genetica, di analisi in silico e di biologia molecolare per lo studio della funzione genica 3) La capacità di collegare varianti genetiche e fenotipi relativi a caratteri di importanza per il miglioramento genetico delle piante coltivate.
Il colloquio finale comprende inoltre la discussione delle attività svolte e dei risultati ottenuti durante le esercitazioni in laboratorio. Lo studente potrà presentare una relazione, consistente in un testo o una presentazione "power point", che riporti tali attività.
Moduli o unità didattiche
Genetica e genomica vegetale
AGR/07 - GENETICA AGRARIA - CFU: 7
Esercitazioni di laboratorio a posto singolo: 16 ore
Lezioni: 48 ore

Miglioramento genetico avanzato
AGR/07 - GENETICA AGRARIA - CFU: 5
Laboratori: 16 ore
Lezioni: 32 ore

Docente/i
Ricevimento:
Riceve su appuntamento
Studio della Docente c/o DiSAA, Via Celoria,2, 20133 Milano
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