Corso di Laurea in Biotecnologie

Biologia Vegetale

Anno accademico 2007/2008

Sommario insegnamento

• Programma
• Note
• Strumenti didattici

Programma

1) La logica degli organismi vegetali e le loro potenzialità biotecnologiche. Confini tassonomici degli “organismi vegetali”. Sistemi modello per la biologia e la biotecnologia. Capacità rigenerativa e totipotenza degli organismi vegetali: conseguenze per la loro trasformazione. Modalità di sviluppo nelle piante: crescita finita e crescita indefinita. I meristemi apicali. L’organogenesi continua negli organismi vegetali. Caratteristiche riproduttive dei vegetali: riproduzione vegetativa e sessuale. Alternanza di generazioni.

2) I comparti cellulari caratteristici della cellula vegetale.

La parete cellulare. Funzione generale della parete: osmosi e comportamento cellulare in ambienti ipotonici. Parete primordiale, primaria e secondaria; plasmodesmi; natura delle componenti molecolari della parete primaria e loro sintesi (componenti di matrice e fibrillare); biogenesi della parete e organizzazione tridimensionale delle sue componenti; la parete durante il processo di espansione cellulare.  Generazione di segnali molecolari (oligosaccarine) dalla parete cellulare.  Concetti di apoplasto e simplasto. Parete secondaria: natura delle componenti molecolari e loro sintesi (lignina, cere e cutine, suberina).

Il vacuolo: caratteristiche morfo-funzionali; dinamismo del vacuolo; Ruolo del vacuolo come osmometro; movimenti nictinastici, apertura stomatica. Ruolo generale nella crescita cellulare e nella omeostasi; caratteristiche del tonoplasto e dei suoi trasportatori; pompe; aquaporine; vacuolo come sito di accumulo di metaboliti primari (ioni, acidi organici, zuccheri; proteine) e secondari (flavonoidi, altri eteroglucosidi, alcaloidi, tannini; gomme); piante CAM; specializzazione spaziale e temporale del vacuolo; sistemi di targetting ai vacuoli litici e di riserva.

I plastidi: origine dei cloroplasti per endosimbiosi; organizzazione del genoma plastidiale e interazioni con il genoma nucleare; trasmissione degli organelli nella moltiplicazione cellulare e nella riproduzione sessuale. Caratteristiche morfo-funzionali dei diversi componenti della famiglia dei plastidi (proplastidi, cloroplasti, cromoplasti, amiloplasti ed ezioplasti). Divisione, differenziamento e interconversione plastidiale. Amiloplasti: struttura dell’amido; enzimi per la sintesi e la degradazione dell’amido. Cromoplasti: via biosintetica dei carotenoidi. Cloroplasti: composizione ed organizzazione dei tilacoidi. Ezioplasti: corpo prolamellare e processo di conversione in cloroplasti. Trasformazione genica dei cloroplasti.

Basi molecolari e strutturali della fotosintesi. Componenti dello schema a Z e loro distribuzione sulle membrane tilacoidali (granali e intergranali). Meccanismi di regolazione della fase luminosa e protezione dai danni foto-ossidativi (Spostamento del sistema antenna LHCII e Ciclo delle xantofille). Fase oscura. Fotorespirazione e ruolo dei perossisomi. Basi anatomiche, citologiche e biochimiche della fotosintesi C4. Efficienza fotosintetica di piante C3 e C4.  Targetting di proteine al cloroplasto e meccanismi di attraversamento delle membrane plastidiali.

3) Interazioni della pianta con alcuni fattori ambientali

Interazioni con fattori ambientali. Morfogenesi vegetale e regolazione da parte di fattori esogeni. Luce come informazione: la fotomorfogenesi.  Processi regolati dalla luce. Fotorecettori per la luce blu e rossa. Fototropine e loro ruolo nel fototropismo. Caratteristiche del fitocromo: spettro di assorbimento e fotoconversione tra forme Pr e Pfr. Reversibilità dei processi regolati da fitocromo: germinazione dei semi fotoblastici, fioritura. Azione sinergica di criptocromo e fitocromo: ritmi circadiani e de-eziolatura. Il gravitropismo: statoliti e percezione dello stimolo gravitropico nella cuffia.

Interazioni con componenti biotiche. Simbiosi mutualistiche. Associazioni con organismi procarioti azotofissatori. Interazioni cellulari e molecolari tra leguminose e rizobi. Associazione tra piante e funghi del suolo: le micorrize. Interazioni tritrofiche.

Interazione con composti inquinanti. Interazioni tra piante e metalli pesanti. Fitorisanamento e prospettive per le biotecnologie vegetali.

Note

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