Corso di Laurea in Biotecnologie

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.

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.

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).

 

- 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.

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).