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Genomica e miglioramento delle piante - Syllabus
Plant genomics and breeding - Syllabus

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GABRIELLA CONSONNI (responsabile dell'insegnamento)

CdL in BIOTECNOLOGIA (Classe L-2) immatricolati dall'A.A. 2014/15 - Laurea - AGROAMBIENTALE -ALIMENTARE - 2017/2018

Insegnamento obbligatorio / Compulsory course
Anno di corso / Year of course3
Periodo di svolgimentoprimo / first trimestre
Settori scientifico disciplinari / Scientific fields
  • AGR/07 - Genetica agraria
Crediti (CFU) obbligatori / ECTS credits (CFU) compulsory12
Crediti (CFU) facoltativi / ECTS credits - facultative-

Programma di studio / Syllabus

Programma / Syllabus 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.


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.

Programma / Syllabus 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.

Bibliografia e altri materiali didattici / Readings Miglioramento genetico avanzato:

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)
Vengono fornite le slides del corso e ulteriore materiale didattico è reso disponibile sul sito ARIEL del corso.

Modalità di esame, prerequisiti, esami propedeutici / Prerequisites, exams and assessment

Esame / Examunico
Modalità di accertamento conoscenze / Type of assessment
Giudizio

Prerequisiti e modalità di esame Non ci sono prerequisiti formali. E’ fortemente consigliato l’aver seguito corsi di genetica di base e formale.
L’esame è orale e/o scritto, in base alle preferenze dello studente ed alla organizzazione della didattica.
Per la parte di Genetica e genomica vegetale l’esame è suddiviso in due prove: una prova in itinere scritta e un colloquio orale al termine del corso.

Esami propedeutici consigliati / Propedeutical courses and exams (suggested): Biologia molecolareLaboratorio di metodologie biomolecolari

Propedeuticità / Propedeutical courses and exams:

Organizzazione didattica / Structure of the course

Genetica e genomica vegetale

obbligatorio / compulsory

ObiettiviIl 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.

Obiettivienglish flag The course will offer the students the main knowledge of genome structure, organization and evolution in model systems and in crops. The course will also provide a detailed description of the main mechanisms of regulation of gene expression and analyze principles and methodologies for forward and reverse genetic analysis.

Settori e relativi crediti / Scientific fields

  • AGR/07 - Genetica agraria - cfu: / ects: 7
Attività didattiche previste / Learning activities

Esercitazioni di laboratorio a posto singolo: 16 ore / hours

Lezioni: 48 ore / hours

Miglioramento genetico avanzato

obbligatorio / compulsory

ObiettiviLe Biotecnologie genetiche applicate alle piante sono uno strumento indispensabile nel miglioramento genetico moderno. Questo corso si propone di fornire gli strumenti per la comprensione della genetica e delle tecniche biotecnologiche applicate al miglioramento genetico delle piante coltivate.

Obiettivienglish flag Plant genetic biotechnologies are an essential tool in modern plant breeding. The course will provide students with strategies and methodologies to understand and decode genetics and biotechnologies applied to crop breeding.

Settori e relativi crediti / Scientific fields

  • AGR/07 - Genetica agraria - cfu: / ects: 5
Attività didattiche previste / Learning activities

Laboratori: 16 ore / hours

Lezioni: 32 ore / hours

Docenti / Teachers

Ricevimento docenti / Teacher's office hours

Orario di ricevimento Docenti / Teacher's office hours
Docente / TeacherOrario di ricevimento / Office's hoursLuogo di ricevimento / Office location
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SALVATORE ROBERTO PILUper appuntamentoUfficio