Programma

1. Dimensioni e organizzazioni dei genomi:
• I genomi procariotici ed eucariotici a confronto: il paradosso del valore C descritto attraverso vari esempi nell’ambito delle Angiosperme;
• Le forze che influenzano le dimensioni del genoma e meccanismi di espansione e contrazione (crossing-over ineguale; ricombinazione illegittima).

2. Tipi, numerosità e organizzazione di sequenze geniche e non-geniche nel cromosoma eucariotico:
• Sequenze altamente ripetute telomeriche, centromeriche e intercalari; micro- e mini-satelliti;
• Elementi trasponibili (ET) negli Eucarioti: confronto con gli elementi IS dei Procarioti; classi di ET e relative modalità di trasposizione e abbondanza in vari genomi eucariotici: ET a DNA (es. Ac-Ds) e a RNA o retroelementi, con (retrotrasposoni) o senza LTR (es. Gypsy, Copia, Alu, SINEs, LINEs); effetto degli ET sulle dimensioni e struttura dei genomi eucariotici; amplificazione degli ET tramite crossing-over ineguale intra- e inter-elemento;
• I geni eucariotici: struttura fine e variabilità strutturale (es. numerosità e dimensione degli introni) tra vari taxa; il rimescolamento degli esoni e la creazione di nuovi geni;
• Famiglie e super-famiglie geniche: duplicazione genica e divergenza (neo- e sub-funzionalizzazione): esempi della famiglia genica degli istoni, di famiglie di geni di resistenza nelle piante e della super-famiglia delle globine umane.

3. La compartimentalizzazione del genoma: organizzazione a mosaico (isocore) del genoma umano e dei genomi vegetali; regioni “gene-rich” e “gene-poor”; gli ET come principali componenti degli spazi intergenici; confronto tra mappe genetiche e fisiche: distribuzione non-omogenea della ricombinazione lungo il cromosoma eucariotico (“hot” e “cold” spot di ricombinazione e correlazione con la densità genica e la trascrizione).

4. Genomica comparativa:
• Micro e macro sintenia e colinearità intergenomica e interspecifica; il “circle diagram” dei genomi delle Graminacee; livelli di conservazione: cromosomi omeologhi e geni ortologhi;
• Riarrangiamenti cromosomici e interruzione della sintenia e colinearità: evidenze dalla mappatura comparativa e dal sequenziamento comparativo.

5. Evoluzione dei genomi vegetali e meccanismi adattativi, con particolare riferimento alla poliploidia; aggiustamenti rapidi del genoma dopo l’evento di poliploidizzazione: mantenimento o eliminazione dei geni/sequenze duplicati: vari esempi da poliploidi di Triticum naturali e neo-sintetizzati; silenziamento genico.

6. Epigenetica ed epigenomica: modificazioni della struttura della cromatina (chromatin remodelling) mediate da metilazione del DNA, metilazione/acetilazione degli istoni, molecole di RNA; cambiamenti epigenetici associati alla poliploidizzazione.

7. Manipolazioni dei genomi vegetali a fini applicativi:
• Il significato e gli obiettivi delle manipolazioni ai fini del miglioramento genetico: l’utilizzazione della variabilità genetica al di fuori della specie “target”
• Dalla creazione di anfidiploidi a linee di addizione e sostituzione di singoli cromosomi al trasferimento interspecifico mirato di segmenti cromosomici (ingegneria cromosomica) in specie vegetali di rilevanza agraria: strategie e casi di studio, con particolare riferimento a specie di Triticeae (frumento e specie affini), Solanum spp., Medicago spp., complesso Lolium-Festuca.

Gli argomenti del programma verranno prevalentemente svolti attraverso lezioni frontali (34-36 ore), alle quali si aggiungeranno 4-6 ore di esercitazioni

Testi consigliati

Capitoli selezionati da:
- Barcaccia & Falcinelli – Genetica e genomica (Liguori ed.), vol. I, II e III;
- Hartwell et al. - Genetica - dall'analisi formale alla genomica, (McGraw-Hill);
- Gibson & Muse – Introduzione alla genomica (Zanichelli 2004).
Materiale didattico (https://moodle.unitus.it/moodle/libretti/docenti.php) e articoli scientifici forniti dal docente.

Propedeuticità

Nessuna

Frequenza

Facoltativa

Metodologia didattica

Ore lezione: 40

Descrizione dei metodi di accertamento

Viene normalmente richiesta una presentazione PowerPoint relativa a un argomento del programma a scelta dello studente, ma concordato col docente. Nel corso della presentazione, il docente di norma fa 2-3 domande di approfondimento inerenti ad aspetti specifici trattati nella presentazione o comunque nel programma. Viene attribuito un punteggio da 12 a 20 alla presentazione e da 6 a 10 alle risposte alle domande, tenendo conto del livello di conoscenza dei contenuti, della capacità di analisi, di sintesi e di collegamenti interdisciplinari, della capacità di senso critico e della chiarezza espositiva. Il voto finale corrisponde alla somma dei singoli voti.

Luogo lezioni

Ex Facoltà di Agraria
via San Camillo de Lellis snc
Viterbo

Comunicazioni

Contattare il docente tramite e-mail per concordare un appuntamento.

Programma

Introduzione: genomica strutturale e funzionale.
- Metodi di sequenziamento: 1) Sequenziamento mediante metodo chimico (Maxam-Gilbert) 2) Sequenziamento mediante metodo enzimatico (Sanger) 3) Applicazione del sequenziamento di seconda generazione nello studio dei genomi di specie di interesse agrario; 4) Sequenziamento di terza generazione: HELICOS (Helicos Biosciences); PacBio (Pacific Biosciences); Nanopore (Oxoford Nanopore);
- Strategie di sequenziamento di genomi interi: metodo gerarchico e WHOLE GENOME SHOTGUN;
- Annotazione genica;
- Annotazione funzionale;
- Illustrazione dei principali database (NCBI, EMBL, DDBJ), ricerche in banche dati biologiche (BLAST), software per l’allineamento di sequenze e per il disegno di oligonucleotidi;
- Studio della funzione genica in specie di interesse agrario: sovraespressione e knock-out genico (RNA antisenso, RNA interference) in piante transgeniche e cisgeniche;
- Mutagenesi chimica e TILLING;
- Applicazione della mutagenesi per studi funzionali e in programmi di miglioramento genetico.
- Modificazioni geniche sito-specifiche. Metodi di “genome editing”: 1) nucleasi a dita di zinco (ZFN), 2) transcription activator-like effector nucleases (TALENs) e 3) brevi ripetizioni palindromiche interspaziate, regolarmente raggruppate (CRISPR/Cas)
- Applicazione di metodi "genome editing" per il miglioramento genetico di specie di interesse agrario.

Le esercitazioni verranno svolte in aula o in laboratorio e verteranno sulle seguenti tematiche:
1) Ricerca in banche dati di sequenze nucleotidiche e proteiche.
Utilizzo di tool bioinformatici per aprire file di sequenze (DNAMAN, FINCH TV, GENEIOUS)
Utilizzo dell'algoritmo BLAST per cercare nei database sequenze nucleotidiche o proteiche simili ad una sequenza nota.
Allineamento di sequenze nucleotiche e ammino acidiche mediante i programmi CLUSTAL OMEGA e GENEIOUS.
Costruzione di alberi filogenetici
2) Identificazione di mutazioni di tipo SNP su geni di interesse mediante approccio TILLING in frumento duro
3) Realizzazione di costrutti genici per la produzione di piante cis-geniche
4) Identificazione di piante transgeniche e cis-geniche mediante PCR diretta su dischi fogliari

Testi consigliati

GENETICA un approccio molecolare. Quarta edizione Peter J. Russell Edizione italiana a cura di Carla Cicchini e Alessandra Marchetti ISBN:9788865186176

Biotecnologie e Genomica delle Piante. Rosa Rao e Antonietta Leone. Casa editrice IDELSON-GNOCCHI.

Presentazioni Power Point e materiale fornito dal docente.

Propedeuticità

Nessuna

Frequenza

Facoltativa

Metodologia didattica

Ore lezione: 32

Descrizione dei metodi di accertamento

L'esame sarà sostenuto in forma orale. Per il superamento dell'esame il candidato dovrà dimostrare di avere acquisito conoscenze avanzate nel settore della genomica strutturale e funzionale applicata, in particolare, allo studio di piante di interesse agrario. Al candidato verranno chiesti tre argomenti del programma, ognuno dei quali sarà valutato con un punteggio da 0 a 10. Il voto finale corrisponderà alla somma delle tre singole votazioni.
Verranno accertati il livello di conoscenza degli argomenti trattati (insufficiente, superficiale, appropriato, preciso e completo, completo e approfondito), le capacità di analisi, di sintesi, di senso critico e di collegamenti interdisciplinari (insufficienti, sufficienti, buone, ottime, eccellenti), la padronanza di espressione (insufficiente, sufficiente, buona, ottima, eccellente).

Luogo lezioni

Ex Facoltà di Agraria
via San Camillo de Lellis snc
Viterbo

Comunicazioni

Contattare il docente all'indirizzo e-mail francescosestili@unitus.it per prendere appuntamento