Methods in biotechnology

A.A. 2020/2021
10
Crediti massimi
120
Ore totali
SSD
AGR/07 AGR/11 AGR/12
Lingua
Inglese
Obiettivi formativi
The course is subdivided in 3 modules. The goal is to acquire knowledge and operational competencies in genomics, functional genomics and applications to plant improvement and to molecular taxonomy.
Risultati apprendimento attesi
The student will acquire competencies in generating and analyzing data through the genomics and functional-genomics techniques. The student will be able to plan experiments using genomic sequencing, gene expression analyses, and their integration with metabolomics and proteomics. The student will be able to understand and apply knowledge in molecular taxonomy.
Programma e organizzazione didattica

Single session

Responsabile
Periodo
Primo semestre
La maggior parte delle lezioni vengono erogate in modalità sincrona tramite e-learning su piattaforma MSTeams e registrate. Alcune lezioni particolarmente significative vengono erogate in presenza. L'e-learning viene usato anche per fornire contenuti didatticamente innovativi (lavori in team, journal club). In casi specifici, verranno rese disponibili lezioni asincrone (videolezioni costituite da registrazione del desktop del docente con commento audio) di durata sintetica.
Le modalità e i criteri per partecipare alle lezioni in presenza, che prevedono una prenotazione con un'apposita app, saranno pubblicate per tempo nelle pagine
Ariel dell'insegnamento, come pure tutto il materiale didattico e gli avvisi relativi a qualsiasi aggiornamento legato all'evoluzione della normativa imposta dal Covid-19.
Programma
Sezione 1. Tassonomia molecolare.
- Applicazioni di tassonomia molecolare, dalla sicurezza alimentare alla biodiversità e al biomonitoraggio;
- Principi e metodi nella tassonomia molecolare;
- Estrazione del DNA e altri matrici ambientali in ambito agri-food;
- DNA barcoding e metabarcoding: da singolo organismo a comunità;
- Sequenziamento NGS e metabarcoding;
- Marcatori singoli o multipli
- Database di riferimento e costruiti ad hoc;
- Le esercitazioni hanno lo scopo di insegnare la pianficazione di esperimenti in ambito tassonomico, incluse competenze informatiche e bioinformatiche
Sezione 2. Genomica.
- Tecniche ed approcci della genomica, esomica e epigenomica;
- Strategia per il sequenziamento ed assemblaggio di genomi (vegetali);
- Struttura ed evoluzione dei genomi vegetali;
- Applicazioni della genomica al miglioramento genetico vegetale;
- Le esercitazioni (anche su piattaforma informatica) hanno lo scopo di insegnare ad impostare esperimenti di genomica ed analizzare dati di sequenziamento
Sezione 3. Genomica funzionale.
- Tecniche ed approcci allo studio e modulazione dell'RNA;
- Strategie per la modificazione dei genomi;
- Integrazione tra omiche e analisi dei dati;
- Le esercitazione portano al gene targeting, analisi dell'espressione dell'RNA, e omiche per la modulazione delle funzioni biologiche.
Prerequisiti
Lo studente può apprendere con maggiore efficacia se è in possesso di cognizioni di biologia molecolare, genetica molecolare (marcatori molecolari e loro uso), di chimica organica e biochimica.
Questi argomenti, per esempio, sono un utile bagaglio di conoscenze: Cellula vegetale, ciclo di sviluppo aploide-diploide delle piante superiori, mitosi e meiosi
Composizione chimica e struttura del DNA, il modello di Watson e Crick, replicazione del DNA, struttura del gene di un eucariote, trascrizione, traduzione, codice genetico, regolazione dell'espressione, dogma della biologia molecolare
Mutazioni, Basi molecolari delle mutazioni, mutazioni puntiformi, IN/DEL, mutazioni geniche, cromosomiche.
Poliploidia,auto e allopoliploidia. Cause e meccanismi di origine, vantaggi della poliploidia. Importanza nella domesticazione, diffusione.
Mendel, teoria e pratica della Genetica Classica Mendeliana, ereditarietà dei caratteri semplici, le tre leggi di Mendel, test del Chi2
Teoria cromosomica dell'ereditarietà
Dominanza, semidominanza (dominanza parziale), codominanza. Significato nelle specie allogame e autogame. Carico Genetico (genetic load) nelle specie allogame e selezione purificatrice nelle specie autogame. Ipotesi di Allard
Interazione genica o epistasi e pleiotropia.
Associazione genica e ricombinazione, crossing over, ricombinazione, calcolo delle distanze di mappa tra loci, mappe genetiche, linkage.
Passaggio dai marcatori genici ai marcatori molecolari. Marcatori genetici e molecolari, concetti, tipi (RFLP, SSR, SNP, IN/DEL) e loro utilizzo, PCR, sequenziamento dei genomi, database genomici, cenni di Next Generation Sequencing
Aplotipi genici ai loci causali della variabilità genica naturale e aplotipi con marcatori molecolari diagnostici.
Caratteri quantitativi o complessi, distribuzione normale: ipotesi multifattoriale, controllo genetico dei caratteri quantitativi. QTL: loci per i caratteri quantitativi.
Eterosi.
Cenni di basi del miglioramento genetico delle piante autogame e allogame e selezione assistita da marcatori molecolari.
Metodi didattici
Il corso è articolato in lezioni e esercitazioni, anche usando piattaforme informatiche. Sono condotte simulazioni di esperimenti. In base alla interazione che si sviluppa con gli studenti ed al loro numero, potrebbe essere offerta una visita didattica.
Materiale di riferimento
Le slide (in inglese) sono fornite durante il corso, e contengono testo esplicativo; inoltre, gli studenti trovano sul sito ARIEL del corso i materiali didattici (articoli e testi). uggested text books:-Genomes (T.A. Brown, 2018); Molecular Plant Taxonomy - Methods and Protocols. Ed. Pascale Besse. Humana Press, 2014.-Environmental DNA for biodiversity research and monitoring. P. Taberlet, A. Bonin, L. Zinger, E. Coissac. Oxford University Press, 2018
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'esame è così organizzato:
1. valutazione del lavoro sviluppato in team durante ognuno dei moduli del corso. Gli studenti parteciperanno attivamente alla realizzazione di workshop a squadre e/o alla presentazione di articoli scientifici, dove dovranno dare prova di capacità di interpretazione di dati e di pianificazione di esperimenti. Viene valutato sia il contributo dei singoli che il lavoro della squadra. Il voto risulta dalla media dei voti conseguiti per ciascuno dei moduli e contribuisce per il 30% del voto finale.
2. valutazione delle conoscenze acquisite. Dopo il termine del corso, gli studenti sostengono un esame scritto in aula (suddivisi in coorti), composto da 30 domande, in due ore. Ogni modulo contribuisce con 10 domande. Di queste, due sono aperte e richiedono la stesura di un breve testo, anche strutturato a punti. Le altre 8 domande sono chiuse e richiedono capacità di utilizzare i dati e le conoscenze acquisite per risolvere problemi.
Moduli o unità didattiche
Functional genomics
AGR/07 - GENETICA AGRARIA - CFU: 0
AGR/11 - ENTOMOLOGIA GENERALE E APPLICATA - CFU: 0
AGR/12 - PATOLOGIA VEGETALE - CFU: 0
Esercitazioni in aula informatica: 16 ore
Lezioni: 24 ore
Docente: Pasquali Matias

Genomics
AGR/07 - GENETICA AGRARIA - CFU: 0
AGR/11 - ENTOMOLOGIA GENERALE E APPLICATA - CFU: 0
AGR/12 - PATOLOGIA VEGETALE - CFU: 0
Esercitazioni: 32 ore
Lezioni: 8 ore

Molecular taxonomy
AGR/07 - GENETICA AGRARIA - CFU: 0
AGR/11 - ENTOMOLOGIA GENERALE E APPLICATA - CFU: 0
AGR/12 - PATOLOGIA VEGETALE - CFU: 0
Esercitazioni: 16 ore
Laboratori: 16 ore
Lezioni: 8 ore
Docente: Montagna Matteo

Siti didattici
Docente/i
Ricevimento:
martedì 9:00 - 12:00, previo appuntamento
Via Celoria, 2 - Edificio 21070 - secondo piano, ufficio 2010
Ricevimento:
su appuntamento
R056 (via celoria 2)
Ricevimento:
Mercoledi 10-12
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