Genetica Agraria

Obiettivi formativi

L’insegnamento di Genetica Agraria ha lo scopo di fornire allo studente le conoscenze di base per la comprensione dei principi fondamentali della genetica alla base della trasmissione dei caratteri ereditari, dei meccanismi di controllo genetico delle principali funzioni cellulari, sia animali che vegetali, e delle principali tecniche, sia di tipo tradizionale che biotecnologico, finalizzate al miglioramento genetico delle specie di interesse agrario. Gli obiettivi formativi specifici della disciplina si articolano in:

Conoscere:

• I principi di genetica formale e molecolare.
• L’organizzazione cellulare degli organismi procarioti ed eucarioti, la struttura dei geni ed i meccanismi di regolazione dell’espressione genica.
• Le nozioni fondamentali della genetica quantitativa e di popolazione.
• Gli strumenti di base per l’analisi genomica e la manipolazione genetica.

Comprendere:

• I meccanismi di trasmissione dei caratteri ereditari e della variabilità dei caratteri di interesse agrario.
• La biochimica del materiale ereditario, della struttura del gene, del controllo genetico dei caratteri, dei processi che regolano le interazioni geniche e l’ereditabilità degli stessi.
• Il controllo genetico dei caratteri poligenici e l’influenza dell’ambiente sulla loro espressione.
• Le principali tecniche, sia di tipo dia tradizionale che biotecnologico, finalizzate al miglioramento genetico delle specie di interesse agrario.

Competenze:

• Riconoscere le interazioni geniche mendeliane e quelle non rispondenti al mendelismo classico,
• Scegliere le procedure più idonee ad integrare le procedure tradizionali della genetica applicata con gli strumenti biotecnologici per la costituzione di nuove varietà.

Applicare i principi della selezione e delle metodologie del miglioramento quanti-qualitativo delle produzioni agrarie condotto mediante metodi tradizionali e biotecnologici.

Programma

GENETICA CLASSICA

Genetica mendeliana

• Principio di uniformità della generazione F1
• Principio della segregazione dei caratteri
• Principio di indipendenza dei caratteri

Analisi statistica dei dati

• Ereditarietà e probabilità
• Saggio del chi quadrato

Interazioni tra geni e variabilità dell’effetto dei geni

• Dominanza ed Epistasi
• Geni inibitori
• Geni complementari
• Geni letali
• Espressività
• Penetranza
• Pleiotropia

Trasmissione dei caratteri ereditari

• Cenni sulle teorie relative alla trasmissione dei caratteri ereditari
• Teoria cromosomica dell’ereditarietà
• Citogenetica
• Organizzazione del materiale ereditario nei procarioti e negli eucarioti
• Determinazione cromosomica del sesso

Il ciclo cellulare e i processi di divisione cellulare

• Mitosi e meiosi
• Il crossing-over e i suoi effetti genetici
• Organizzazione genetica dei genomi extra-nucleari

Principi di mappatura genica

• Associazione genica
• Concatenazione
• Interferenza
• Coincidenza
• Ricombinazione
• Mappe di associazione
• Test a due e a tre punti

GENETICA MOLECOLARE

Individuazione del materiale ereditario

Replicazione del DNA

Meccanismi di regolazione dell’espressione genica

• Regolazione trascrizionale:
  • La sintesi dell’RNA.
  • Le diverse classi di RNA e i geni che le codificano
  • L’RNA messaggero.
  • I meccanismi di “splicing”.
• Regolazione post-trascrizionale
• Regolazione traduzionale
• Regolazione post- traduzionale
• Silenziamento genico
• MicroRNA:
  • Scoperta
  • Biogenesi
  • Attività

GENETICA EVOLUTIVA

Variabilità genetica

• Fonti di variabilità genetica alla base del processo evolutivo:
  • Migrazione
  • Deriva genetica
  • Selezione naturale
  • Mutazioni:
    • Mutazioni genomiche
    • Mutazioni cromosomiche
    • Mutazioni geniche
• Elementi trasponibili

Genetica di popolazione

• Frequenze genotipiche e alleliche
• Legge di Hardy-Weinberg e i fattori che ne alterano l’equilibrio

Ereditarietà dei caratteri quantitativi

• Effetti della componente genetica
• Effetti ambientali
• Influenza dei fattori ambientali sui caratteri quantitativi: gli esperimenti di Johannsen
• Esperimenti di Nilsson-Ehle con il frumento
• Esperimenti di East e l’ipotesi multifattoriale

Meccanismi riproduttivi delle specie coltivate

• Autogamia ed allogamia.
• Significato ecologico e evolutivo
• Conseguenze genetiche e meccanismi che favoriscono l’allogamia
• Dioicia, monoicia, dicogamia.
• Apomissia

INGEGNERIA GENETICA

Miglioramento genetico vegetale

• Storia del miglioramento genetico vegetale
• Obiettivi del miglioramento genetico
  • Aumento della resa.
  • Miglioramento della qualità
  • Miglioramento per la resistenza alle malattie

Biotecnologie applicate al miglioramento genetico delle piante coltivate:

Biotecnologie cellulari

• Clonazione vegetale
• Propagazione meristematica
• Coltura di embrioni
• Ibridazione somatica

Tecnologie del DNA ricombinante

• Clonaggio genico
• Enzimi di restrizione e vettori di clonaggio
• Costruzione di banche genomiche, cromosomiche e di cDNA
• Analisi di geni e di trascritti genici
• Reazione di polimerizzazione a catena del DNA

Ingegneria genetica delle piante

• Trasferimento genico mediato da Agrobacterium
• Trasformazione con metodo biolistico
• Esempi di piante transgeniche coltivate di interesse alimentare

Testi consigliati

• F. Lorenzetti, S. Ceccarelli, F. Veronesi, Genetica Agraria. Ed. Patron, Bologna, 2011

Testi di approfondimento

• Barcaccia G. e Falcinelli M. Genetica e genomica, Vol. I, Genetica generale, Liguori Editore, 2008.
• Barcaccia G. e Falcinelli M. Genetica e genomica, Vol. II, Miglioramento genetico, Liguori Editore, 2006.
• Barcaccia G. e Falcinelli M. Genetica e genomica, Vol. III, Genomica e Biotecnologie genetiche, Liguori Editore, 2007.

Risultati di apprendimento attesi

Conoscenza e capacità di comprensione

• Acquisizione delle nozioni di base della genetica mendeliana per la comprensione dei meccanismi di trasmissione dei caratteri.
• Acquisizione delle nozioni di biochimica della replicazione del DNA, struttura del gene, regolazione genica, genomi mitocondriale e plastidiale.
• Acquisizione delle definizioni ed applicazioni della variabilità genetica ed apprendimento di nozioni di base di statistica applicate alla genetica.
• Acquisizione dei metodi di selezione tradizionali e biotecnologici per miglioramento genetico di specie di interesse agrario.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

• Capacità di analizzare dati genetici, le modificazioni, il funzionamento e la trasmissione dell’informazione genetica negli organismi viventi.
• Capacità di riconoscere le interazioni geniche, comprendere il controllo genetico dei caratteri poligenici e l’influenza dell’ambiente sulla loro espressione.
• Capacità di riconoscere i fattori che determinano la variabilità degli organismi e i principi di base della sua utilizzazione ai fini del miglioramento genetico.

Autonomia di giudizio

• Capacità di valutare criticamente le potenzialità, i rischi e i benefici delle manipolazioni genetiche sulle specie vegetali di interesse agrario.

Abilità comunicative

• Capacità di utilizzare il linguaggio specifico della disciplina.
• Capacità di esporre l’importanza della genetica agraria ed evidenziarne le ricadute nello sviluppo dell’economia agricola, nella valorizzazione della biodiversità per il superamento degli effetti dei cambiamenti ambientali e per soddisfare le esigenze alimntarie del futuro.

Capacità di apprendimento

• Capacità di consultare pubblicazioni scientifiche proprie del settore della genetica agraria.
• Capacità di integrare ed approfondire le conoscenze mediante consultazione di risorse di organi istituzionali del settore.

 

Modalità di accertamento dei risultati di apprendimento acquisiti dallo studente:

I risultati di apprendimenti sopraelencati potranno essere conseguiti mediante la partecipazione alle lezioni in modalità e-learning, le attività collaborative, lo studio e l’approfondimento individuale. Il docente verifica la partecipazione alle attività didattiche proposte all’interno della piattaforma didattica di Ateneo (videolezioni) e la realizzazione delle attività interattive di approfondimento (scelta di un tema e consegna dell’elaborato). Promuove l’utilizzo dei test di autovalutazione in ingresso ed in uscita dal corso; monitora ed implementa gli interventi all’interno dei Forum dell’Insegnamento. Informa tempestivamente riguardo l’aggiornamento e le scadenze delle attività. Favorisce attività di orientamento e di mentoring durante il periodo di attività dello studente al fine di sostenerne l’esperienza formativa (incontri in presenza e in Aula Virtuale).

Come si svolge l’esame

L’esame finale si svolge in presenza, anche se eventuali attività svolte online possono essere considerate ai fini della valutazione finale. L’esame ha lo scopo di verificare la coerenza tra le conoscenze e le capacità acquisite dal candidato e gli obiettivi specifici previsti dall’insegnamento. L’esame consiste in una prova orale e prevede l’esposizione di un argomento a scelta del candidato e la risposta a domande che spaziano all’interno del programma. Sono inoltre previste attività collaborative che possono essere oggetto di valutazione.