Scheda programma d'esame
GENETICA
STEFANO LANDI
Anno accademico2017/18
CdSSCIENZE BIOLOGICHE
Codice082EE
CFU9
PeriodoAnnuale
LinguaItaliano

ModuliSettore/iTipoOreDocente/i
GENETICABIO/18LEZIONI80
FEDERICA GEMIGNANI unimap
STEFANO LANDI unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

Lo studente alla fine del corso avrà acquisito le conoscenze di base della Genetica

Knowledge

The student who successfully completes the course will have the ability to define the inheritance of mendelian traits and sex inheritance. Moreover he or she will be able to demonstrate a solid knowledge of molecular basis of genetic variation, allele and gene interactions, eukaryotic chromosome mapping, gene and chromosome mutations and their phenotypic effects, population genetics; lastly he or she will be aware of basic methods of gene and chromosome mutation analysis.

Modalità di verifica delle conoscenze

La verifica avviene tramite esame finale scritto (orale opzionale)

Assessment criteria of knowledge

In the written exam the student must demonstrate the ability to put into practice and to execute with critical awareness the activities illustrated or carried out under the guidance of the teacher during the course. - With the oral presentation must be able to demonstrate his/her knowledge of the course material and be able to discuss the reading matter thoughtfully and with propriety of expression.

Methods:

  • Final oral exam (optional)
  • Final written exam+Laboratory report
Capacità

Lo studente acquisisce la capacità di risolvere problemi di genetica mendeliana e di geni associati e conoscenze relative alla relazione genotipo-fenotipo

Skills

The student acquires the ability to solve problems Mendelian genetics, the associated genes, and how to map genes in genetically genomes

Modalità di verifica delle capacità

La verifica delle capacità acquisite avviene tramite la prova di esame con esercizi e domande aperte

Assessment criteria of skills

The verification of acquired skills is through the test examination with exercises and open questions

Comportamenti

Lo studente acuisirà la mentalità appropriata per analizzare alberi genealogici e progettare studi di semplice genetica mendeliana

Behaviors

The student will acquire the appropriate mindset to analyze pedigrees and design of simple Mendelian genetics studies

Modalità di verifica dei comportamenti

I comportamenti acquisiti si verificano tramite prova di esame

Assessment criteria of behaviors

learned behaviors occur through examination

Prerequisiti (conoscenze iniziali)

Conoscenze di base necessarie provenienti prevalentemente dai programmi di liceo scientifico circa la biologia, la biologia molecolare (p.es. trascrizione e traduzione) e la chimica.

Prerequisites

No specific upfront knowledge

Indicazioni metodologiche

Le lezioni sono prevalentemente frontali ma prevedeno anche un alto numero di ore dove si svolgono esercizi di genetica

Teaching methods

Delivery: face to face

Learning activities:

  • attending lectures
  • preparation of oral/written report
  • individual study
  • Laboratory work
  • Practical

Attendance: Advised

Teaching methods:

  • Lectures
  • Task-based learning/problem-based learning/inquiry-based learning
  • laboratory
Programma (contenuti dell'insegnamento)

Argomento

Introduzione al corso.

Il DNA e’ il vettore che trasporta l’informazione genetica. Gli esperimenti di Griffiths, Avery, Mc Leod, McCarty, Hershy-Chase. La chimica del DNA. La regola di Chargaff.

La replicazione del DNA.

Le DNA polimerasi: tipi, processivita’, attivita’ esonucleasica. Appaiamenti non corretti ad opera di forme tautomeriche. L’attivita’ proof-reading. Organizzazione del DNA eucariota in nucleosomi, fibra cromatinica, cromosomi.

Uno sguardo di insieme al genoma umano. Differenze tra genoma nucleare e mitocondriale. Mitosi. Fasi G1, S, G2, M. Interfase. Cromosomici interfasici e metafasici. Divisione cellulare (video).

Le fasi della mitosi.

Le fasi della mitosi e le fasi della meiosi. Profase della Meiosi I. Il complesso sinaptonemale. Ciclo diploide/aploide degli organismi.

Introduzione a Johann Gregor Mendel.

Rappresentazione molecolare della meiosi. Dare un nome ad ognuno degli elementi dei cromosomi omologhi. La prima legge di Mendel. Definizione di: linea pura, parentali, ibridi, monoibridi, incrocio monoibrido, allele, allele dominante, “allele wild-type”, “allele mutante”, allele recessivo, eterozigoti, omozigoti, omozigoti dominanti, omozigote recessivo, zigote, genotipo, fenotipo, locus genico, aploinsufficienza, aplosufficienza.

 

Vedere le meiosi: gli ascomiceti e le ascospore. Ciclo vitale.

 

Basi della dominanza: aplosufficienza da enzima.

 

Una complicazione alle leggi di Mendel: eredita’ legata al sesso. Determinazione del sesso nei mammiferi e negli insetti. Incrocio maschio affetto x femmina wild-type; incrocio femmina affetta x maschio wild-type, stato alla F1 e alla F2. Analisi degli alberi genealogici. Esempi di analisi di alberi genealogici per caratteri autosomici recessivi. Caratteri autosomici recessivi: fenilchetonuria, albinismo, fibrosi cistica.

 

Alberi genealogici per caratteri autosomici dominanti. Nanismo acondroplastico, Sindrome di Marfan, Corea di Huntington, Esadattilia, Brachidattilia, Piebaldismo. Analisi molecolare per identificazione di mutazioni (Southern Blot, Northern Blot, Western Blot).

Caratteri recessivi legati all’X. Esempi relativi al daltonismo, distrofia muscolare di Duchenne e Emofilia (fattore VIII). Altri esempi: sindrome della femminilizzazione testicolare.  Caratteri dominanti legati all’X. Esempi possibili: X-linked vitamin-D resistant hypo-phosphatemia, Sindrome di Rett, Sindrome AICARDI. L’inattivazione del cromosoma X (Lyonizzazione del cromoxoma X). Esempi di inattivazione dell’X: gatte caliche, gatte tartarugate, displasia ectodermica anidrotica.

Esercizi su alberi genealogici e assegnazione di probabilita’ nei casi di eredita’ mendeliana semplice riguardante un singolo gene.

Esercizi di genetica mendeliana semplice

La seconda legge di Mendel. Utilizzo del Quadrato di Punnett o del calcolo delle probabilita’ per prevedere la progenie in F2 di incroci di di-ibridi. Segregazione fenotipica 9:3:3:1.

Esercizi di genetica mendeliana semplice con due loci indipendenti. Frequenze osservate, frequenze attese e test del Chi-Quadrato. Sintesi di linee pure per autoincrocio in “n” generazioni. Linee pure in contrapposizione a “ibridi virescenti”.

Le basi cromosomiche dell’assortimento indipendente. Esempi di applicazione del test del Chi-Quadro e la segregazione indipendente di due loci.

Eredita’ extranucleare. Eteroplasmia.

Patologie legate al DNA mitocondriale.

Caratteri a penetranza e/o espressivita’ variabile.

Esercizi di genetica mendeliana a due caratteri indipendenti.

Esercizi di genetica mendeliana a uno e due caratteri indipendenti e X-linked.

Interazioni geniche.

Interazioni tra alleli di un singolo locus (serie alleliche). Meccanismi della dominanza completa (aplosufficienza o dominanza negativa). Esempio della osteogenei imperfetta. Dominanza incompleta. Codominanza. Esempio del sistema di gruppi sanguigni ABO.

Problemi relativi alla genetica dei gruppi sanguigni. Esclusione di paternita’ tramite analisi dei gruppi sanguigni. Esercizi relativi. Esempio di Emoglobina falciforme: dominanza completa, codominanza, dominanza incompleta a seconda del fenotipo analizzato.

Interazioni tra serie alleliche nel singolo locus, esempio del trifoglio. Alleli letali. Esempi del topo “yellow”, del nanismo acondroplastico e del gatto dell’isola di Man. Rapporti di segregazione 2:1 che si osservano in questi casi.

QTL (tratti quantitativi): modelli semplici. Serie alleliche di un locus (esempio della fosfatasi acida eritrocitaria). Modello a più geni: tre loci, due alleli cadauno.

Principi generali dell’eredita’ poligenica.

Un gene, un enzima: le catene metaboliche. Gli esperimenti di Beadle-Tatum. Interazione dei loci per appartenenza alle stesse catene metaboliche. Mutanti di Neurospora crassa auxotrofi per l’arginina. Un locus o piu’ loci? Test di complementazione.

Interazioni tra loci differenti convergenti sullo stesso fenotipo. Catene metaboliche ed interazione tra loci: l’esempio dell’assenza di acido maleilacetacetico in mutanti omozigoti per albinismo, cretinismo, fenilchetonuria, tirosinosi e alcaptonuria.

Esempi di interazione: il colore del pigmento sui petali della campanula. Segregazione 9:7. Epistasi recessiva.

Esempi di epistasi recessiva. Petali bianchi, magenta, blu. Manto nero, marrone, giallo del Labrador.  Epistasi dominante. Petali di Digitalis purpurea. Colore degli occhi nell’uomo.

La soppressione e gli alleli mutanti.

Esercizi relativi alle interazioni geniche

Introduzione alla genetica batterica. La trasformazione. La coniugazione batterica. Il fattore F di fertilita’. I ceppi Hfr. Esperimenti di coniugazione interrotta per definire l’ordine (in minuti) dei geni sul cromosoma di E. coli.

Ceppi Hfr differenti e ordinamento dei geni sul cromosoma batterico. Utilizzo della coniugazione per misurare le frequenze di ricombinazione tra geni contigui sul cromosoma procariota. I plasmidi F’. Diploidi parziali batterici. Meccanismi di formazione dei plasmidi F’. Ricombinazione tra ceppi fagici differenti. Cenni sugli esperimenti di Brenner (ricombinazione intragenica fagica e scoperta del codice a “triplette”). La trasduzione generalizzata e specializzata. Induzione zigotica. Formazione del genoma fagico lambda-delta.

Esercizi relativi alla genetica batterica e fagica

Differenza nella segregazione (alla F2) di due loci quando sono indipendenti o quando sono “in linkage” (associati). Test del chi-quadro per indicare associazione o indipendenza. Uso del test-cross per svelare gli individui originati da gameti con combinazioni “parentali” o “ricombinanti”. Fase gametica. Alleli in “cis” e alleli in “trans”. Chiasmi e crossing-over. Definizione di unita’ di mappa genetica.

La lezione non si terrà per inizio vacanze accademiche

 

Il DNA eteroduplex.

Esercizi sulla genetica batterica e fagica.

Unita’ di mappa genetica: centiMorgan, o percentuale di ricombinazione. Relazione tra distanza genetica e distanza fisica nel genoma umano. Calcolo della distanza di mappa genetica tra due loci. Esercizi sulla mappatura a due loci. Predire la progenie attesa incrociando due diibridi con loci a distanza di mappa 30cM.

Mappatura dei cromosomici eucariotici tramite la ricombinazione: mappatura a due loci concatenati,esercizi.

L’incrocio a tre punti (tre loci concatenati). Stabilire l’ordine e la distanza di mappa genetica di loci in linkage.

Esercizi sull’incrocio a tre punti. Calcolo del coefficiente di coincidenza e interferenza.

Elementi di genetica di popolazione. Il concetto di Pool Genico e la legge di Hardy-Weinberg. Esercizi.

La relazione tra genotipo e fenotipo. 1- la regolazione genica procariota. L’esempio principe: l’operone lac (lattosio). Esercizi sui diploidi parziali.

2- La regolazione genica eurariota. Il regulone galattosio. Fattori di trascrizione. La regolazione della lassita’ cromatinica. Il rimodellamento della cromatina. L’effetto di posizione. Variegazione dell’occhio rosso di drosophila per effetto di posizione. Silenziamento genico cromatinico. Diffusione dell’eterocromatina. Imprinting genere-specifico.

3- Anatomia di un gene eucariota. Le sequenze rilevanti per i geni codificanti per proteine. Definizione di mutazione e di polimorfismo genetico. Mutazione e mutazione deleteria. Mutazioni nelle regioni regolatrici di enhancer, promotore, 5’UTR, CDS (coding sequence), 3’UTR.

Gli effetti delle mutazioni geniche e cromosomiche. Aneuploidie.

 

Syllabus

Topic

Introduction to the course.

DNA and 'the vector that carries the genetic information. The Griffiths experiments, Avery, Mc Leod, McCarty, Hershy-Chase. The DNA chemistry. The rule of Chargaff.

The replication of DNA.

DNA polymerases: types, throughput ', activity' exonuclease. Pairings incorrect by the tautomeric forms. The attivita 'proof-reading. Organization of eukaryotic DNA into nucleosomes, chromatin fiber, chromosomes.

An overall look at the human genome. Differences between nuclear and mitochondrial genome. Mitosis. Phases G1, S, G2, M Interphase. Interphase and metaphase chromosome. cell division (Video).

The phases of mitosis.

The stages of mitosis and meiosis phases. Prophase of meiosis I. The complex sinaptonemale. Cycle diploid / haploid organisms.

Introducing Johann Gregor Mendel.

Molecular representation of meiosis. Give a name to each of the elements of the homologous chromosomes. The first law of Mendel. Definition: pure line, parental, hybrid, monohybrid, monohybrid cross, allele, dominant allele, "wild-type allele," "mutant allele", recessive allele, heterozygous, homozygous, homozygous dominant, homozygous recessive, zygote, genotype, phenotype , gene locus, haploinsufficiency, aplosufficienza.

 

See meiosis: Ascomycetes and ascospores. Life cycle.

 

Bases of dominance: aplosufficienza enzyme.

 

One complication to Mendel's laws: inherits' linked to sex. sex determination in mammals and insects. affection male x female crossing wild-type; Crossing affected female x male wild-type, it was the F1 and F2. Analysis of family trees. Analysis examples of family trees to autosomal recessive traits. Autosomal recessive traits: phenylketonuria, albinism, cystic fibrosis.

 

family trees to autosomal dominant characters. Achondroplastic dwarfism, Marfan's syndrome, Huntington's chorea, Esadattilia, Brachydactyly piebaldism. Molecular analysis for identification of mutations (Southern Blot, Northern Blot, Western Blot).

Characters the X-linked recessive. Examples related to color blindness, Duchenne muscular dystrophy and hemophilia (factor VIII). Other examples: testicular feminization syndrome. X-linked dominant characters. Possible examples: X-linked vitamin D-resistant hypo-phosphatemia, Rett syndrome, Aicardi Syndrome. The inactivation of the X chromosome (Lyonizzazione of cromoxoma X). X inactivation examples: cats caliche, tortoiseshell cats, ectodermal dysplasia anhidrotic.

Exercises on family trees and assignment of probabilities 'in cases of inheritance' simple Mendelian concerning a single gene.

simple Mendelian genetics exercises

The second law of Mendel. Using the Punnett Square or the calculation of the probabilities' to predict the F2 progeny of crosses of-hybrids. Segregation phenotypic 9: 3: 3: 1.

simple Mendelian genetics exercises with two independent loci. observed frequencies, expected frequencies and Chi-Square test. Synthesis of pure lines for autoincrocio in "n" generations. pure lines as opposed to "hybrid virescenti".

The chromosomal bases assortment independent. Examples of application of the test of Chi-Square and independent segregation of two loci.

Inherits' extranuclear. Heteroplasmy.

Pathologies related to mitochondrial DNA.

Characters penetrance and / or expressivity 'variable.

Mendelian genetics exercises two independent characters.

Mendelian genetics exercises one and two independent characters, and X-linked.

Gene interactions.

Interactions between alleles of a single locus (allelic series). Mechanisms of complete dominance (aplosufficienza or negative dominance). Example of imperfect osteogenei. Incomplete dominance. Codominance. Example of the ABO blood group system.

Problems related to genetics of blood groups. Exclusion of paternity 'by analysis of blood groups. related exercises. Example of sickle cell hemoglobin: complete dominance, co-dominance, incomplete dominance depending on the analyzed phenotype.

Interactions between allelic series in single locus, as Clover. lethal alleles. Examples of the rat "yellow", the dwarfism achondroplastic and the Isle of Man cat. segregation ratios 2: 1 which are observed in these cases.

QTL (quantitative traits): simple models. allelic series of one locus (eg erythrocyte acid phosphatase). Template to multiple genes, three loci, the two alleles each.

General principles of heredity 'polygenic.

A gene, an enzyme: the metabolic chains. The Beadle-Tatum experiments. Interaction of loci for belonging to the same metabolic chains. Neurospora crassa mutants auxotrophic for arginine. One locus or more 'loci? Complementation tests.

 

Interactions between different loci converging on the same phenotype. metabolic chains and interaction between loci: the example of the absence of maleilacetacetico acid in homozygous mutants for albinism, cretinism, phenylketonuria, and tirosinosi alkaptonuria.

Examples of interaction: the pigment color on the petals of campanula. Segregation 9: 7. Recessive epistasis.

Examples of recessive epistasis. white petals, magenta, blue. Manto black, brown, yellow Labrador. dominant epistasis. Petals Digitalis purpurea. Color of the eyes in humans.

Suppression and mutant alleles.

Exercises related to gene interactions

Introduction to bacterial genetics. The transformation. The bacterial conjugation. The F factor of fertility '. The Hfr strains. conjugation experiments interrupted to define the order (in minutes) of the genes on the chromosome of E. coli.

Different Hfr strains and ordering of genes on the bacterial chromosome. Use of conjugation to measure recombination frequencies between contiguous genes on chromosome prokaryotic. The plasmids F '. Bacterial partial diploid. mechanisms of formation of F 'plasmids. Recombination between different phage strains. Brenner notes on experiments (intragenic recombination phage and discovery of the "triplets" code). The generalized and specialized transduction. Zygotic induction. Genome training phage lambda-delta.

Exercises related to the bacterial and phage genetics

Difference in segregation (to F2) of two loci when they are independent or when they are "in linkage" (associated). Chi-square test to indicate association or independence. Use of the test-cross to unveil individuals originated from gametes with "parental" combinations or "recombinant". Gametic phase. Alleles in "cis" and alleles in "trans." Chiasmus and crossing-over. Definition of units' genetic map.

The lesson will not take place for early academic holidays

 

The heteroduplex DNA.

Exercises on the phage and bacterial genetics.

Unita 'genetic map: centiMorgan, or percentage of recombination. Relationship between genetic distance and physical distance in the human genome. Calculation of the genetic map distance between two loci. Exercises on mapping two loci. Predicting expected progeny by crossing two diibridi with remote loci map of 30cm.

Mapping of the eukaryotic chromosome by recombination mapping to two linked loci, exercises.

The crossing three points (three loci concatenated). Establish order and distance of genetic maps of loci in linkage.

Exercises on crossing three points. Calculation of coincidence and interference ratio.

Elements of population genetics. The concept of Gene Pool and the law of Hardy-Weinberg. Exercises.

The relationship between genotype and phenotype. 1- prokaryotic gene regulation. The prime example: the lac operon (lactose). Exercises on partial diploid.

2- The eurariota gene regulation. The galactose regulon. Transcription factors. The laxity 'chromatin regulation. Chromatin remodeling. The position effect. red eye variegation of drosophila to position effect. Silencing gene chromatin. heterochromatin spreading. Gender-specific imprinting.

3- Anatomy of a eukaryotic gene. The relevant sequences for genes coding for proteins. Definition of mutation and genetic polymorphism. Mutation and deleterious mutation. Mutations in the regulatory regions of the enhancer, promoter, 5'UTR, CDS (coding sequence), 3'UTR.

The effects of genetic and chromosomal mutations. Aneuploidy.

Bibliografia e materiale didattico

1) Libri di testo consigliati:

"Genetica. Principi di analisi formale", by Anthony Griffiths (Zanichelli)

Bibliography

Recommended reading includes the following work: Griffiths A., J Miller, D Suzuki, R. Lewontin, W Gelbart: GENETICA principi di analisi formale. Zanichelli 2006. Further bibliography: Hartl D. Jones E. GENETICA Analisi dei geni e dei genomi EdiSES 2010 Russell P. Genetica un approccio molecolare Pearson 2010

Indicazioni per non frequentanti

tutte le info sono contenute nel sito del corso

Non-attending students info

See

www.stefanolandi.eu

Modalità d'esame

E' prevista una prova scritta della durata di due ore.

 

Alla consegna della prova scritta occorre includere anche una relazione dell’attivita’ svolta in laboratorio, preventivamente preparata e stampata su foglio A4, della lunghezza di massimo due facciate.

E' data facolta' di sostenere anche una prova orale facoltativa che può modificare la votazione di + / - 1 punto rispetto alla prova scritta.

 

Questa puo' essere sostenuta in qualsiasi momento dopo la correzione della prova scritta (anche fuori dal periodo delle date degli appelli). Per accedere alla prova orale basta prendere un appuntamento inviando una posta elettronica.

Assessment methods

The exam is written + a laboratory report

The oral is upon demand (it will change the score only for + or - 1 point)

Altri riferimenti web

Cercare su Moodle o e-learning

Additional web pages

E-learning

Moodle

Ultimo aggiornamento 17/05/2018 16:52