CdSBIOTECNOLOGIE VEGETALI E MICROBICHE
Codice384GG
CFU6
PeriodoSecondo semestre
LinguaItaliano
Lo studente che completa con successo il corso sarà in grado di dimostrare una solida conoscenza della struttura e della funzione del genoma negli organismi vegetali. Apprenderà le basi delle moderne tecnologie di sequenziamento del genoma e saprà utilizzare software per l’analisi di sequenze genomiche. Conoscerà le basi e le metodologie della selezione assistita da marcatori molecolari. Nella seconda parte del corso, lo studente apprenderà, anche attraverso esercitazioni pratiche, le tecniche di trasformazione genetica delle piante, l'ingegneria genetica classica e i principi e le applicazioni del “genome editing” nelle piante coltivate.
The student who successfully completes the course will be able to demonstrate a solid knowledge of structural and functional genomics in plants. Moreover the student will learn the basics of modern genome sequencing technologies and will be able to use software for genomic sequences analysis. The student will know the methodologies of marker-assisted selection (MAS). In the second part of the course, the student will learn, also through practical exercises, the techniques of genetic transformation of plants, classical genetic engineering and principles and applications of "genome editing" in cultivated plants.
Per verificare le conoscenze acquisite saranno svolti incontri periodici tra il docente e gli studenti.
Gli incontri ad inizio corso serviranno anche per colmare eventuali lacune di conoscenze di base di Genetica o di Biologia Molecolare.
A fine corso le conoscenze acquisite verranno verificate con un esame orale.
For the assessment of knowledge meetings will be carried out between the teacher and the students. At the beginning of the course meetings will also serve to fill any gaps about basic knowledge of Genetics and Molecular Biology.
At the end of the course the acquired knowledge will be verified with an oral exam.
Al termine del corso lo studente avrà acquisito non solo competenze e conoscenze adeguate al superamento dell'esame, ma anche la capacità di analizzare la struttura del genoma di un organismo vegetale mediante tecnologie di sequenziamento di seconda generazione. Inoltre lo studente avrà acquisito le principali tecniche per la modificazione del genoma delle piante sia attraverso tecniche di ingegneria genetica classica che attraverso “new breeding technologies”.
At the end of the course the student will have acquired not only skills and knowledge appropriate to pass the exam, but also the ability to analyze the genome structure of a plant organism by means of second generation sequencing technologies. In addition, the student will have acquired the main techniques for the modification of the plant genome both through classical genetic engineering techniques and through "new breeding technologies".
Per l'accertamento delle capacità acquisite verranno effettuate esercitazioni teorico-pratiche durante le quali lo studente dovrà dimostrare di:
- avere acquisito le nozioni di genomica strutturale, e di sapere utilizzare correttamente gli strumenti bioinformatici per l’analisi di sequenze genomiche.
- sapere utilizzare correttamente le tecniche di laboratorio per la coltura in vitro di tessuti vegetali, l’isolamento di geni, il clonaggio, la costruzione di vettori e la trasformazione genetica delle piante.
During the course exercises will be carried out during which the student must demonstrate to:
- have acquired the notions of structural genomics, and to know how to properly use bioinformatics tools for the analysis of genomic sequences;
- know how to properly use the laboratory techniques for the in vitro culture of plant tissues, the isolation of genes, the cloning and the construction of vectors for plant transformation.
Alla fine del corso lo studente potrà acquisire e/o sviluppare sensibilità alle problematiche riguardanti la genomica vegetale e la trasformazione genetica delle piante. In particolare potrà.
- utilizzare strumenti bioinformatici per l’analisi di sequenze genomiche.
- utilizzare i moderni strumenti di breeding per il miglioramento genetico delle piante coltivate.
At the end of the course the student will be able to acquire and / or develop sensitivity to problems concerning plant genomics and genetic transformation of plants. In particular it will be able to:
- use bioinformatics tools for the analysis of genomic sequences.
- use modern tools for breeding of cultivated plants.
La verifica dei comportamenti sarà effettuata attraverso periodiche valutazioni dell'apprendimento mediante discussioni in aula, ma anche durante le esercitazioni teoriche, in cui sarà valutato il grado di accuratezza e precisione delle attività svolte, e durante le esercitazioni pratiche di laboratorio, finalizzate a valutare il comportamento dello studente di fronte alle problematiche poste dal docente.
Verification will be carried out through periodic assessments of learning through classroom discussions, but also during theoretical exercises, in which the degree of accuracy and precision of the activities carried out will be assessed, and during practical laboratory exercises aimed at evaluating the behavior of the student facing the problems posed by the teacher.
Per affrontare l'insegnamento di “New breeding technologies” sono necessarie conoscenze iniziali di genetica e biologia molecolare. Nello specifico:
- la struttura della cellula, la struttura di DNA, RNA, proteine, il codice genetico e la sintesi proteica, mitosi e meiosi il concetto di gene e di variabilità genetica, la ricombinazione genica.
- clonaggio genico, costruzione di genoteche, enzimi di restrizione, PCR, sequenziamento del DNA.
To approach to the course of New breeding technologies, Genetics and Molecular Biology knowledge are needed. In particular:
- the structure of the cell, the structure of DNA, RNA, proteins, the genetic code and protein synthesis, mitosis and meiosis, the concept of gene and genetic variability, gene recombination.
- gene cloning, construction of genetic libraries, restriction enzymes, PCR, DNA sequencing.
- le lezioni frontali si svolgono con l'ausilio di diapositive e video;
- le esercitazioni vengono svolte in aula informatica del Dipartimento e vengono effettuate in gruppi di studenti;
- le esercitazioni pratiche vengono svolte presso il laboratorio di coltura in vitro presso la sezione di Genetica del Dipartimento e vengono effettuate in gruppi di studenti;
- viene utilizzato il sito E-learning del CdS dove viene fornito, all’inizio del corso, il calendario delle lezioni, il materiale didattico utilizzato nelle lezioni frontali e nelle esercitazioni. Il sito E-learning è utilizzato anche per comunicazioni di qualsiasi tipo con gli studenti;
- l'interazione tra docente e studenti avviene anche mediante ricevimenti e posta elettronica.
- Lectures with slides and videos;
- the bioinformatics exercises are carried out in the computer room of the Department and are carried out in groups of students;
- the practical exercises are carried out at the laboratory of in vitro culture at the Department's Genetics section and are carried out in groups of students;
- uses the E-learning site of DAFE in which, at the beginning of the course, the schedule of lessons, teaching materials, are upload. The site E-learning is also used for any kind of communications with students;
- the interaction between teacher and students is done also through meetings and e-mail.
Introduzione al corso. Cosa sono i genomi. Perché sequenziare un genoma, i genomi sequenziati. Il caso del genoma di vite e l’origine poliploide delle Angiosperme.
Struttura e organizzazione del genoma eucariotico, tipi di classificazione: funzionale, per ridondanza e per localizzazione nel genoma; geni strutturali, famiglie geniche, sequenze ripetute in tandem, sequenze ripetute disperse. Elementi trasponibili (Transposable Element, TE), effetti fenotipici dei TE.
Sequenziamento Sanger, ferogrammi e qualità delle sequenze. Software per lo studio e l’annotazione di sequenze nucleotidiche. Esercitazioni pratiche.
Strategie seguite per il sequenziamento dei genomi. Problemi legati all’assemblaggio delle sequenze ripetute.
Tecnologie di sequenziamento di seconda generazione, confronto con metodica Sanger, Pyrosequencing, Illumina. Utilizzo della metodica Illumina per lo studio del genoma. Tecniche di sequenziamento di terza generazione.
“Quantitative trait loci” (QTL). Selezione assistita da marcatori molecolari. “Genome Wide Association Study”. Analisi di casi studio.
Piante transgeniche, definizioni, coltura in vitro di tessuti vegetali.
I costrutti genici: promotori, geni per la selezione dei trasformati, geni reporter, sequenze di terminazione. La tecnica della trasformazione con Agrobacterium tumefaciens (Metodo indiretto). Metodi diretti di trasformazione. Elettroporazione, particle gun, floral deep. Cisgenesi.
Esempi di piante transgeniche. Tecnologia “terminator”, introduzione della maschiosterilità, partenocarpia e apomissia, trasformazione dei cloroplasti. Introduzione delle resistenze ad erbicidi, insetti funghi e virus. Modificazioni del contenuto in proteine, zuccheri complessi, acidi grassi, carotenoidi, antociani e altri antiossidanti. Modificazioni della forma delle piante. Aumento della capacità di radicazione delle talee. Modificazioni del contenuto di sostanze utili all’industria. L’uso delle piante trasgeniche a scopi farmaceutici.
Basi e applicazioni del “genome editing”. Analisi di casi studio.
Introduction to the course; what genomes are. Why do we sequence genomes, what are sequenced plant genomes; the case of the genome of grape and polyploid origin of Angiosperms.
Structure and organization of the eukaryotic genome, types of classification: by function, by redundancy and by genome arrangement; structural genes, gene families, tandem repeats, dispersed repeats. Transposable elements (TE), phenotypic effects of TE.
Sanger sequencing, ferograms and quality of the sequences. Software for analysis and annotation of nucleotide sequences. Practical exercises.
Strategies followed for genome sequencing. Problems related to the assembly of the repeated sequences.
Second-generation sequencing technologies, comparisons among Sanger, pyrosequencing, Illumina methods. Studying genome by using Illumina reads. Third-generation sequencing technologies.
"Quantitative trait loci" (QTL). Selection assisted by molecular markers. "Genome Wide Association Study". Analysis of case studies.
Transgenic plants, definitions, in vitro culture of plant tissues.
The genetic constructs: promoters, genes for the selection of transformed cells, reporter genes, termination sequences. The transformation technique with Agrobacterium tumefaciens (indirect method). Direct methods of transformation. Electroporation, particle gun, floral deep. Cisgenesis.
Examples of transgenic plants. "Terminator" technology, introduction of male sterility, parthenocarpy and apomyxis, transformation of chloroplasts. Introduction of resistance to herbicides, fungal, insects and viruses. Modifications of the content in proteins, complex sugars, fatty acids, carotenoids, anthocyanins and other antioxidants. Modifications of plant form. Increased rooting capacity of cuttings. Modifications of the content of molecules useful for the industry. The use of transgenic plants for pharmaceutical purposes.
Basics and applications of "genome editing". Analysis of case studies.
Testi consigliati:
-Biotecnologie e Genomica delle Piante di R. Rao e A. Leone Ed. Idelson Gnocchi
-Miglioramento Genetico delle Piante Agrarie F. Lorenzetti, E. Albertini, L. Frusciante, D. Rosellini, L. Russi, R. Tuberosa, F. Veronesi Ed. Edagricole
-Materiale fornito dal docente e caricato su E-learning
Genomi 3 di Terence A. Brown (Edises, 2008) or other molecular genetic books.
-Biotecnologie e Genomica delle Piente di R. Rao e A. Leone Ed. Idelson Gnocchi.
-Miglioramento Genetico delle Piante Agrarie F. Lorenzetti, E. Albertini, L. Frusciante, D. Rosellini, L. Russi, R. Tuberosa, F. Veronesi Ed. Edagricole.
Teaching materials distributed by the teachers and uploaded on E-learning
Gli studenti non frequentanti possono seguire lo svolgimento delle lezioni utilizzando il materiale didattico messo a disposizione dal docente prima dell'inizio del corso sul sito E-learning del CdS e seguendo il registro delle lezioni del docente. Le esercitazioni teorico-pratiche sono fortemente consigliate.
Non-attending students can follow the lessons using the learning materials uploaded by the teachers at the E-learning site of DAFE and following the register of classroom lectures. The theoretical-practical exercises are strongly recommended.
L'esame consiste in una prova orale sull’intero programma.
The examination consists of an oral test on the entire program of the course.
Le esercitazioni teorico-pratiche sono fortemente consigliate.
The theoretical-practical exercises are strongly recommended.