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Oggetto:
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BIOLOGIA E GENETICA VEGETALE

Oggetto:

Plant Biology and Genetics

Oggetto:

Anno accademico 2022/2023

Codice attività didattica
INT0696
Docenti
Prof. Silvia Perotto (Titolare del corso)
Dott. Cinzia Comino (Titolare del corso)
Prof. Lorenzo Barchi (Titolare del corso)
Corso di studio
Laurea Triennale in Biotecnologie
Anno
2° anno
Periodo
Primo semestre
Tipologia
Di base
Crediti/Valenza
10
SSD attività didattica
AGR/07 - genetica agraria
BIO/01 - botanica generale
Erogazione
Tradizionale
Lingua
Italiano
Frequenza
Facoltativa
Tipologia esame
Scritto
Oggetto:

Sommario insegnamento

Oggetto:

Obiettivi formativi

Il Corso integrato si propone di sviluppare gli elementi fondamentali della biologia e della genetica vegetale, con particolare riferimento agli aspetti essenziali delle produzioni biotecnologiche. Verranno messe in evidenza le peculiarità del modello cellulare vegetale, sottolineando le principali differenze rispetto ai modelli di cellula animale. Verranno fornite conoscenze sia dei meccanismi molecolari alla base della riproduzione e trasmissione dei caratteri nelle piante che delle possibilità di eseguire interventi biotecnologici, anche mediante transgenesi, volti ad ottimizzare l'efficienza produttiva e lo sfruttamento delle piante per la produzione di molecole di interesse farmaceutico ed industriale.

The integrated course aims to develop the fundamental elements of plant biology and genetics, with particular reference to the essential aspects of biotechnological productions. The peculiarities of the plant cell model will be described, highlighting the main differences compared to animal cell models. Knowledge of both the molecular mechanisms underlying the reproduction and transmission of characters in plants and the possibility of performing biotechnological interventions, also through transgenesis, aimed at optimizing the production efficiency and exploitation of plants for the production of molecules of pharmaceutical and industrial.

Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

Alla fine del modulo di Biologia vegetale lo studente dovrà essere in grado di inquadrare i dati di biologia cellulare e molecolare nel contesto degli organismi vegetali, delle loro interazioni con l'ambiente e con altri organismi di importanza biotecnologica, come funghi e batteri.

Al termine del modulo di Genetica vegetale lo studente sarà in grado di conoscere i sistemi riproduttivi e i metodi di riproduzione e propagazione delle piante; conoscere la struttura genetica delle popolazioni; spiegare i metodi tradizionali e moderni di miglioramento delle piante; spiegare le tecniche di ingegneria genetica.

At the end of the module of Plant Biology, the student will be able to frame cellular and molecular biology data in the context of plant organisms, their interactions with the environment and with other organisms of biotechnological importance, such as fungi and bacteria.

At the end of the module of Plant Genetics the student will be able to know the reproductive systems and the methods of reproduction and propagation of plants; know the genetic structure of populations; explain traditional and modern methods of plant improvement; explain genetic engineering techniques.

Oggetto:

Programma

MODULO:  BIOLOGIA VEGETALE (BIO/01) - 5 CFU 

1) Le peculiarità degli organismi vegetali in confronto a quelli animali
Divisione cellulare nei vegetali. Caratteristiche del genoma nucleare vegetale. Peculiarità nel processo di divisione rispetto al modello animale e fungino.
Differenziamento nei vegetali. Capacità rigenerative e totipotenza. Conseguenze nella tecnica di trasformazione delle piante. Sviluppo della pianta e modalità di accrescimento. Cenni di embriologia. Crescita finita e crescita indefinita. I meristemi: meristemi apicali e meristemi laterali. L'organogenesi negli organismi vegetali.
Caratteristiche riproduttive dei vegetali: riproduzione vegetativa e sessuale. Alternanza di generazioni (aploide e diploide). Modelli aploidi nello studio delle funzioni geniche.

2)  I comparti cellulari caratteristici della cellula vegetale.
La parete cellulare: composizione chimica e organizzazione; parete primordiale, primaria e secondaria; deposizione delle componenti di parete; ruolo nel differenziamento cellulare; ruolo nelle interazioni della cellula con l'ambiente esterno. 
I plastidi: caratteristiche morfo-funzionali dei diversi componenti della famiglia dei plastidi (cloroplasti, cromoplasti, leucoplasti, ezioplasti e proplastidi). Differenziamento e interconversione plastidiale. Trasmissione degli organelli I cloroplasti e i fondamenti dell'autotrofia. Trasformazione del genoma plastidiale.
Il vacuolo: caratteristiche morfo-funzionali di questo comparto; ruolo nella crescita cellulare; ruolo metabolico del vacuolo; specializzazione spaziale e temporale.

3) Interazioni Pianta-Ambiente
Interazione con fattori biotici. Interazione con organismi mutualisti e antagonisti. Simbiosi piante-microrganismi di interesse agrario e forestale: noduli delle leguminose e micorrize.
Interazione con fattori abiotici. Regolazione ambientale della crescita e della morfogenesi: risposte a luce (intensità, direzione, durata), temperatura, gravità. Tolleranza a stress.

 

MODULO:  GENETICA VEGETALE (AGR/07) - 5 CFU 

Sistemi riproduttivi delle piante. Sporogenesi, gametogenesi e fecondazione.

Metodi di riproduzione e propagazione delle piante. Apomissia, riproduzione vegetativa, anfimissia: specie dioiche e monoiche. Meccanismi atti a favorire l'alloincrocio o l'autofecondazione: struttura fiorale, cleistogamia, dicogamia (proterandria e proteroginia), incompatibilità (gametofitica e sporofitica), maschiosterilità (genetica, citoplasmatica, genetico-citoplasmatica).

Struttura genetica delle popolazioni. Le popolazioni apomittiche; le popolazione di piante prevalentemente autogame; le popolazioni di piante prevalentemente allogame: legge Hardy-Weinberg; frequenze genotipiche e frequenze geniche.

Mutazioni. Definizione di mutazioni geniche, cromosomiche e genomiche. Gli elementi genetici mobili.  Mutazioni genomiche. Poliploidia nelle piante. Definizione di ploidia, euploidia, aneuploidia. Gli aploidi. I poliploidi. Origine naturale e artificiale. Esempi di poliploidi naturali: frumento tenero e duro; le Brassicaceae. Esempi di poliploidizzazione indotta: il triticale. Effetti delle mutazioni genomiche: fenotipici, citologici, fisiologici.

Metodi tradizionali di miglioramento delle piante. Variabilità delle piante e origine ed evoluzione delle specie coltivate. Metodi tradizionali: (i) selezione della variabilità in popolazioni naturali (selezione massale, selezione per linea pura per autogame, selezione ricorrente semplice per allogame); (ii) sfruttamento della variabilità creata dall'uomo: induzione di mutazioni, ibridazioni e selezioni (reincrocio, progeny test e costituzione di varietà ibride). Fenomeno e teorie dell'eterosi e depressione da inbreeding.

Metodi moderni di miglioramento delle piante. MAS-Marker assisted selection. Marcatori molecolari (definizione, classificazioni, alcuni esempi: SSR, M-SAP, AFLP, SNPs). Applicazioni dei marcatori molecolari: caratterizzazione della variabilità genetica; fingerprinting varietale, costruzione di mappe genetico-molecolari, marker assisted selection (MAS).

Ingegneria genetica. Totipotenza delle cellule vegetali; organogenesi ed embriogenesi somatica; morfogenesi diretta ed indiretta. Definizione di pianta transgenica e cisgenica. Ottenimento di piante geneticamente modificate utilizzando (i) metodo mediato da Agrobacterium, e (ii)  tecnica biolistica. Applicazione dell'ingegneria genetica per l'ottenimento di piante geneticamente modificate (PGM): ricerca di base e applicazioni pratiche allo scopo di (i) ottenere piante resistenti a stress ambientali, a erbicidi, a patogeni; (ii) aumentare la quantità e conservabilità dei prodotti agricoli; (iii) migliorare la qualità nutrizionale dei prodotti agricoli; (iv) utilizzare le piante come Biofabbrica). Diffusione, ottenimento e risultati a tutt'oggi conseguiti per le PGM.

Individuazioni degli OGM. Metodi basati sulla rilevazione di proteine (Western blot, Elisa, Lateral flow assay) o di DNA (Southern blot, PCR end-point, qPCR).

 

MODULE: PLANT BIOLOGY (BIO / 01) - 5 ECTS

1) The peculiarities of plants when compared to animals
Cell division in plants. Characteristics of the plant nuclear genome. Peculiarities in the division process with respect to the animal and fungal model.
Plant development. Regenerative abilities and totipotency. Consequences in the plant transformation technique. Plant development and growth. Outlines of embryology. Finite growth and indefinite growth. Meristems: apical and lateral meristems. Organogenesis in plant organisms.
Reproductive characteristics of plants: vegetative and sexual reproduction. Alternation of generations (haploid and diploid). Haploid models in the study of gene functions.

2) The cellular compartments characteristic of the plant cell.
The cell wall: chemical composition and organization; primordial, primary and secondary wall; deposition of the wall components; role in cell differentiation; role in cell interactions with the external environment.
Plastids: morpho-functional characteristics of the different members of the plastid family (chloroplasts, chromoplasts, leucoplasts, etioplasts and proplastids). Plastid differentiation and interconversion. Transmission of organelles Chloroplasts and the fundamentals of autotrophy. Transformation of the plastid genome.
The vacuole: morpho-functional characteristics of this compartment; role in cell growth; metabolic role of the vacuole; spatial and temporal specialization.

3) Plant-Environment Interactions
Interaction with biotic factors. Interaction with mutualist and antagonist organisms. Plant-microorganism symbiosis of agricultural and forestry interest: leguminous nodules and mycorrhizae.
Interaction with abiotic factors. Environmental regulation of growth and morphogenesis: responses to light (intensity, direction, duration), temperature, gravity. Stress tolerance.

MODULE: PLANT GENETICS (AGR / 07) - 5 ECTS

Reproductive systems of plants. Sporogenesis, gametogenesis and fertilization.

Methods of reproduction and propagation of plants. Apomixis, vegetative reproduction, amphimissia: dioecious and monoecious species. Mechanisms to promote allocrossing or self-fertilization: flower structure, cleistogamy, dichogamy (proterandry and proterogyny), incompatibility (gametophytic and sporophytic), male sterility (genetic, cytoplasmic, genetic-cytoplasmic).

Genetic structure of populations. The apomictic populations; the predominantly self-pollinating plant populations; the populations of mainly allogamous plants: Hardy-Weinberg law; genotype frequencies and gene frequencies.

Mutations. Definition of gene, chromosomal and genomic mutations. The mobile genetic elements. Genomic mutations. Polyploidy in plants. Definition of ploidy, euploidy, aneuploidy. The haploids. The polyploids. Natural and artificial origin. Examples of natural polyploids: soft and hard wheat; the Brassicaceae. Examples of induced polyploidization: the triticale. Effects of genomic mutations: phenotypic, cytological, physiological.

Traditional methods of plant improvement. Variability of plants and origin and evolution of cultivated species. Traditional methods: (i) selection of variability in natural populations (mass selection, pure line selection for self-game, simple recurrent selection for allogame); (ii) exploitation of man-made variability: induction of mutations, hybridizations and selections (backcrossing, progeny test and constitution of hybrid varieties). Phenomenon and theories of inbreeding heterosis and depression.

Modern methods of plant improvement. MAS-Marker assisted selection. Molecular markers (definition, classifications, some examples: SSR, M-SAP, AFLP, SNPs). Applications of molecular markers: characterization of genetic variability; varietal fingerprinting, construction of molecular-genetic maps, marker assisted selection (MAS).

Genetic engineering. Totipotency of plant cells; organogenesis and somatic embryogenesis; direct and indirect morphogenesis. Definition of transgenic and cisgenic plant. Obtaining genetically modified plants using (i) Agrobacterium-mediated method, and (ii) biolistic technique. Application of genetic engineering to obtain genetically modified plants (PGM): basic research and practical applications in order to (i) obtain plants resistant to environmental stress, herbicides, pathogens; (ii) increase the quantity and shelf life of agricultural products; (iii) improve the nutritional quality of agricultural products; (iv) use plants as Biofabbrica). Dissemination, achievement and results achieved to date for the PGM.

Identification of GMOs. Methods based on the detection of proteins (Western blot, Elisa, Lateral flow assay) or DNA (Southern blot, end-point PCR, qPCR).

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Modalità di insegnamento

- Tutte le lezioni si terranno in presenza. La modalità a distanza (in streaming) potrà essere introdotta su indicazione dell'Ateneo in base alle misure sanitarie relative allo sviluppo della pandemia di COVID-19.

-All lessons will be delivered in presence. Alternative online teaching (by streaming) may be introduced according to the University recommendations related to the status of the COVID-19 pandemic.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

L'apprendimento viene verificato attraverso una prova scritta unica che comprende entrambi i moduli del corso integrato. Il tempo complessivo a disposizione è di 2 ore.  Il voto complessivo è stato concepito in modo da consentire di attribuire la lode.

L'esame scritto per il Modulo di Biologia vegetale è costituito da varie tipologie di domande:
-          26 domande a scelta multipla, definizioni, riconoscimento di strutture. Queste domande ricoprono tutti gli argomenti svolti nel corso allo scopo di valutare le nozioni acquisite.
-          4 domande a risposta aperta con spazio contenuto. Alle risposte aperte è attribuito un punteggio maggiore in quanto permettono di valutare, in aggiunta alle conoscenze specifiche, proprietà di linguaggio e capacità di sintesi.
-          1 Schema. Riconoscimento e descrizione di una immagine tratta dal materiale fornito a lezione, per valutare la capacità di analizzare strutture morfologiche e/o processi, e il livello di approfondimento.

L'esame scritto per il Modulo di Genetica vegetale è costituito da due tipologie di domande:
- 30 domande a risposta multipla (valore 0.9 punti ciascuna)
- 2 domande a risposta aperta (valore 2 punti ciascuna).

Learning is verified through a single written test that includes both modules of the integrated course. The total time available, including the Plant Genetics module, is 2 hours. The overall grade has been designed in such a way as to allow for the attribution of honors.

The written exam the Plant Biology Module consists of various types of questions:
- 26 multiple choice questions, definitions, recognition of structures. These questions cover all the topics covered in the course in order to evaluate the knowledge acquired.
- 4 open-ended questions with limited space. The open answers are given a higher score as they allow to evaluate, in addition to specific knowledge, language properties and synthesis skills.
- 1 Scheme. Recognition and description of an image taken from the material provided in class, to evaluate the ability to analyze morphological structures and / or processes, and the level of detail.

The written exam for the Plant Genetics Module consists of two types of questions:
- 30 multiple choice questions (value 0.9 points each)
- 2 open-ended questions (value 2 points each).

Testi consigliati e bibliografia



Oggetto:
Libro
Titolo:  
Genetica Agraria
Anno pubblicazione:  
2016
Editore:  
Casa Editrice EdiSES
Autore:  
Busconi M, Comino C, Consonni G, Marocco A, Porceddu D, Portis E, Rao R
ISBN  
Obbligatorio:  
No


Oggetto:
Libro
Titolo:  
GENETICA e GENOMICA Vol II e III
Anno pubblicazione:  
2012
Editore:  
Liguori Editore
Autore:  
Gianni Barcaccia e Mario Falcinelli
Obbligatorio:  
No
Oggetto:

Modulo di Biologia vegetale:
- Biologia delle Piante - Smith, Coupland, Dolan, Haberd, Jones, Martin, Sablowski, Amey - Zanichelli (volumi 1 e 2)

- Biologia Cellulare e Biotecnologie vegetali - Pasqua et al - Piccin

 



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Moduli didattici

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    Ultimo aggiornamento: 03/10/2022 10:02
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