Corso di Laurea in Scienze e tecnologie agrarie - STA

I contenuti dell'insegnamento rientrano nell'area delle produzioni vegetali. L'insegnamento si propone di: (i) fornire le competenze per l'utilizzo e l'applicazione di software per la costruzione di dendrogrammi di similarità, l'analisi della variabilità genetica e la valutazione della struttura genetica delle popolazioni; (ii) fornire gli strumenti conoscitivi per operare nel settore della collezione, valutazione e salvaguardia delle risorse genetiche vegetali.

  

Sensibilizzare gli studenti nei confronti dei problemi della conservazione della biodiversità vegetale, con particolare riferimento alle specie di interesse agrario. Stimolare l’approccio critico alla materia, in particolare per quanto riguarda gli aspetti legati alla valutazione, alla gestione ed allo sfruttamento della variabilità genetica.

Lo svolgimento dell’insegnamento consentirà inoltre allo studente di acquisire o migliorare alcune abilità nel ambito dei seguenti campi:

-          Lingua inglese: lettura di un articolo scientifico e la successiva esposizione in aula

-          Uso banche dati: consultazione, download sequenze DNA da database dedicati (GenBank su NCBI), e l’utilizzo di software per il disegno di primer specifici (per analisi PCR)

-          Uso portali e siti web inerenti alla conservazione del germoplasma (i.e: USDA, GRIN, ESCOnet)

-          Capacità Espositive: gli studenti analizzeranno un articolo scientifico (in inglese) e lo esporranno oralmente (con l’ausilio del software Power Point)

-          Analisi bibliografica (banche dati bibliogafiche): Consultazione database di letteratura scientifica e download di articoli (PubMed su NCBI; Web of Science di ISI-Thompson)

-          Operazioni e attività in laboratorio: sono previste 20 ore di esercitazioni in laboratorio durante le quali gli studenti processeranno un campione a testa)

-          E learning: il materiale didattico verrà caricato su piattaforma moodle

 

L'insegnamento consiste di 40 ore di lezione frontale, 20 ore dedicate a attività di laboratorio e 20 ore dedicate a attività in aula informatica. Per le lezioni frontali il docente si avvale di presentazioni e slide che sono  a disposizione degli studenti. 

All'inizio di ogni lezione il docente stimolerà la discussione con gli studenti sugli argomenti trattati nelle lezioni precedenti con il fine di chiarire eventuali dubbi e verificare lo stato di apprendimento della classe.

Analisi critica di un articolo scientifico ed esposizione orale (lavoro di gruppo).

 L'esame sarà scritto con quatTro-cinque domande teoriche e due esercizi pratici su tematiche che sono state trattate nell'insegnamento ed applicate durante esercitazioni.  

  

 

1) Marcatori molecolari e loro applicazione per la caratterizzazione di germoplasma e fingerprinting varietale.

Marcatori molecolari e loro applicazione per la caratterizzazione di germoplasma e fingerprinting varietale.
Richiamo sulle principali tecniche di biologia molecolare per l’applicazione dei marcatori molecolari: restrizione ed ibridazione; amplificazione PCR; elettroforesi su gel di agarosio e di acrilamide, elettroforesi capillare; sequenziamento (metodo Sanger e Solexa). Definizione e classificazione dei marcatori molecolari. Marcatori basati su tecniche di restrizione ed ibridazione: RFLP e VNTR. Marcatori basti su tecniche di amplificazione PCR: RAPD, microsatelliti, Inter-SSR, AFLP e tecniche derivate, SNP, STS (marcatori CAPS e SCAR). Marcatori basti sul sequenziamento Illumina (GBS). Confronto tra le tecniche di analisi molecolare: frequenza dei marcatori nel genoma; livello di polimorfismo (tasso di mutazione); specificità, multi-allelia, dominanza e co-dominanza; riproducibilità; quantità di DNA richiesta; laboriosità, competenze richieste e costi di applicazione; costi di sviluppo. Cenni ai principali utilizzi dei marcatori molecolari: identificazione varietale (fingerprinting); Studi di filogenesi; Realizzazione di mappe genetico-molecolari; Individuazione di regioni codificanti per caratteri di interesse agronomico e applicazione della selezione assistita da marcatori molecolari (MAS: Marker Assisted Selection).
Richiami sui principali database e formati di sequenza; recupero di sequenze da un database primario (GeneBank). Disegno di primer (con Primer3); progettazione in silico di marcatori microsatellite e SNP (BatchPrimer3).

2) Caratterizzazione di germoplasma, analisi filogenetiche e fingerprinting varietale (Area delle produzioni vegetali).

Richiamo sui principali coefficienti di similarita’ (Nei e Li, Jaccard, Simple matching) e loro utilizzo in relazione ai marcatori molecolari impiegati. Costruzione di un dendrogramma di distanze con l’utilizzo del metodo UPGMA (Unweighted Pair Group Method with Arithmetic Mean): terminologia impiegata nell’analisi filogenetica, alberi filogenetici (cladogrammi, alberi addittivi e dendrogrammi), rappresentazione grafica degli alberi filogenetici, teoria della condizione ‘tre punti’; valutazione dell’affidabilità degli alberi filogenetici, bootstrap analysis ed ottenimento di alberi consenso; applicazioni pratiche mediante i softwares Excell, RAPDplot, Neighbour,  NTSYSpc, Consense.

3) Origine ed evoluzione delle specie coltivate (Area delle produzioni vegetali).

Origine delle specie coltivate, piante coltivate primarie e secondarie; La distribuzione della biodiversita’ vegetale, centri di origine delle specie; Domesticazione e filogenesi delle principali specie coltivate: frumento, riso, mais, patata, erba medica; Meccanismi di domesticazione ed evoluzione delle specie coltivate: disseminazione spontanea, dormienza dei semi, habitus di crescita ed indice di raccolto, adattamento al fotoperiodo, dimensione e variabilità dei prodotti utilizzati, resistenze; Sindrome di domesticazione; Ruolo delle mutazioni dell’ibridazione e della poliploidizzazione nell’evoluzione delle piante coltivate, meccanismi fiorali che determinano l’auto e l’allofecondazione, concetto di pool genico (gene pool – gp). Geni coinvolti nel processo di domesticazione delle colture agrarie.

4) Biodiversita’ genetica vegetale (Area delle produzioni vegetali).

Fonti di risorse genetiche naturali, ecotipi (local races), varietá locali (landraces), progenitori selvatici delle forme coltivate (wild relatives); Erosione genetica nelle specie coltivate; Collezione e valutazione del germoplasma, collezioni ex-situ, in-situ ed on-farm, articolazione delle collezioni ex situ, registrazione dati relativi alla località e all’ambiente di raccolta, dimensione del campione da collezionare, procedura di campionamento, collezioni di base e collezioni di lavoro, numero di semi da conservare, ringiovanimento dell’accessione; Rete internazionale di centri per la salvaguardia delle risorse genetiche vegetali, la Banca del Germoplasma del DISAFA Genetica Agraria; Utilizzazione e valorizzazione delle varieta’ locali

5) Caratterizzazione della variabilità e della struttura genetica delle popolazioni (Area delle produzioni vegetali).

Indici di variabilità genetica: numero osservato ed effettivo di alleli per locus, eterozigosi osservata ed attesa, indice di Shannon, indici di fissazione; marcatori co-dominanti e statistiche di Wright, effetti della deriva genetica e della frammentazione degli habitat; marcatori dominanti e statistiche di Nei; valutazione del flusso genico e delle distanze genetiche tra popolazioni; applicazioni pratiche mediante i softwares Popgene, AFLPsurv Neighbour, Consense.

  

Barcaccia G., Falcinelli M. Genetica e genomica. Vol. II, III (cap. 10, 11, 12, 17, 20). Liguori Editore, Napoli. Verrà fornito dal docente il materiale didattico presentato a lezione, inerente gli argomenti trattati a lezione e durante le esercitazioni pratiche in laboratorio ed in Aula Informatica