Scheda programma d'esame
GENOMICA, TRASCRITTOMICA E FONDAMENTI DI NUTRIGENOMICA
LUCIA NATALI
Anno accademico2022/23
CdSBIOTECNOLOGIE VEGETALI E MICROBICHE
Codice381GG
CFU6
PeriodoSecondo semestre
LinguaItaliano

ModuliSettore/iTipoOreDocente/i
GENOMICA, TRASCRITTOMICA E FONDAMENTI DI NUTRIGENOMICAAGR/07LEZIONI64
LUCIA NATALI unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

Lo studente che completa con successo il corso sarà in grado di dimostrare una solida conoscenza della struttura, funzione ed evoluzione del genoma degli organismi vegetali. Conoscerà i metodi di analisi del  trascrittoma mediante tecnologie di sequenziamento "high throughput". Inoltre saprà utilizzare software per l’analisi di sequenze genomiche e del trascrittoma. Nella seconda parte del corso, lo studente apprenderà, anche attraverso l’analisi di casi studio, i principi della nutrigenomica e come differenti alimenti possono alterare l'espressione genica globale nell’uomo e portare effetti benefici sulla salute.

 

Knowledge

The student who successfully completes the course will be able to demonstrate a solid knowledge of structural and functional genomics, in relation to the structure, content, function, and evolution of the genome and to analyse the transcriptome, by means of high-throughput sequencing technologies. Moreover the student will be able to use software for the analysis of genomic sequences. In the second half of the course, the student will gain knowledge of basics principles of nutrigenomics, i.e., how different food can alter gene expression in humans.

Modalità di verifica delle conoscenze

Per verificare le conoscenze acquisite saranno svolti incontri priodici 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. Nello specifico: concetto di gene e di variabilità genetica. Mitosi e meiosi, ricombinazione genica. Clonaggio genico, reazione a catena della DNA polimerasi. Utilizzo di software di allineamento di sequenze per analisi bioinformatiche di base (BLAST, CLUSTALW).

Assessment criteria of knowledge

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 or molecular biology. In particular: the concept of gene and genetic variability. Mitosis and meiosis, gene recombination. Molecular cloning, DNA polymerase chain reaction. Use of sequences alignment software for basic bioinformatics analysis (BLAST, CLUSTALW).

Capacità

 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 e il suo trascrittoma mediante tecnologie di sequenziamento di seconda generazione. Inoltre lo studente avrà acquisito la capacità di analizzare dei casi studio di nutrigenomica e di impostare una comunicazione orale per esporre il contenuto di articoli scientifici di nutrigenomica.

Skills
  • The student will not only get skills and knowledge to the examination achievement, but also skills for studying the structure of plant genomes and for analysing the transcriptome using second generation sequencing technologies.
  • In addition, the student will be able to analyse  real case studies of nutrigenomics. Finally, the student will learn to set up an oral communication to expose the contents of scientific articles concerning nutrigenomics.
Modalità di verifica delle capacità

Per l'accertamento delle capacità acquisite verranno effettuate esercitazioni durante le quali lo studente dovrà dimostrare di:

  • avere acquisito le nozioni di genomica strutturale, e di sapere utilizzare correttamente gli strumenti bioinformatici per annotare correttamente sequenze genomiche.
  • sapere utilizzare gli strumenti bioinformatici per le analisi trascrittomiche
  • sapere esporre oralmente il contenuto di articoli scientifici di nutrigenomica
Assessment criteria of skills

During the course exercises are carried out during which the student must demonstrate to:

  • have acquired the notions of structural genomics, and to know to properly use bioinformatics tools for the annotation of genomic sequences.
  • know how to use bioinformatics tools for transcriptomic analysis
  • expose the content of scientific articles concerning nutrigenomics
Comportamenti

Alla fine del corso lo studente potrà acquisire e/o sviluppare sensibilità alle problematiche riguardanti la genomica vegetale e la nutrigenomica. In particolare potrà 

  • utilizzare gli strumenti bioinformatici per l’analisi e l’annotazione di sequenze genomiche
  • analizzare il trascrittoma di un campione biologico
  • esporre tematiche relative alla nutrigenomica

 

Behaviors

At the end of the course the student will acquire and / or develop sensitivity to genomics and nutrigenomics issues. In particular:

  • the ability to use the bioinformatics tools for the analysis and annotation of genomic sequences
  • the ability to analyse the transcriptome of a biological sample
  • the ability to critically read and to present scientific articles related to nutrigenomics
Modalità di verifica dei comportamenti

La verifica dei comportamenti sarà effettuata attraverso periodiche valutazioni dell'apprendimento mediante discussioni in classe, ma anche

  • durante le esercitazioni di bioinformatica in cui sarà valutato il grado di accuratezza e precisione delle attività svolte
  • durante le esposizioni di casi di studio di nutraceutica, finalizzate a valutare il comportamento dello studente di fronte alle problematiche poste dal docente  
Assessment criteria of behaviors

Verification will be carried out:

  • Periodic checks of learning
  • during bioinformatics exercises in which the degree of accuracy and precision of the activities will be assessed
  • during presentation of cases of nutraceutical study, aimed at assessing the student's behavior during questions posed by the teacher
Prerequisiti (conoscenze iniziali)

Per affrontare l'insegnamento di Genomica, trascrittomica  e Fondamenti di nutrigenomica sono necessarie le conoscenze iniziali di: genetica e biologia molecolare. Nello specifico:

  • il concetto di gene e di variabilità genetica, ricombinazione genica, mitosi e meiosi, la struttura di DNA, RNA, proteine, il codice genetico e la sintesi proteica, la struttura della cellula.
  • clonaggio genico, e costruzione di genoteche, enzimi di restrizione, PCR, sequenziamento del DNA.
Prerequisites

To approach to the course Genomics, Transcriptomics and Principles of Nutrigenomics genetics and molecular biology knowledge are needed. In particular:

  • the concept of gene and genetic variability, gene recombination, mitosis and meiosis, the structure of DNA, RNA, proteins. The genetic code and protein synthesis, the structure of the cell.
  • molecular cloning, construction of genomic libraries, restriction enzymes, PCR, DNA sequencing.
Indicazioni metodologiche
  • le lezioni frontali si svolgono con l'ausilio di diapositive
  • le esercitazioni di bioinformatica vengono svolte in aula informatica del Dipartimento e vengono effettuate in gruppi di studenti
  • seminari tenuti dagli studenti su argomenti di nutrigenomica svolti a lezione
  • 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, gli articoli scientifici di nutrigenomica oggetto delle comunicazioni orali. 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
Teaching methods

 

  • Lectures with slides
  • The bioinformatics exercises are carried out in the computer room of the Department and are carried out in groups of students
  • Receptions, communications by means of e-mail
  • seminars held by the students about nutrigenomics topics
  • uses the E-learning site of DAFE in which at the beginning of the course the schedule of classes, teaching materials used in lectures and exercises, scientific articles about nutrigenomics are upload. The site E-learning is also used for any kind of communications with students
  • the interaction between teacher and student is done also through meetings and email
Programma (contenuti dell'insegnamento)

Introduzione al corso; che cosa è la genomica, di cosa si occupa, obiettivi della genomica; mappe genetiche, mappe fisiche, confronto tra mappe fisiche e genetiche. Perché sequenziare un genoma, i genomi sequenziati. Il caso del genoma di vite e l’origine paleoesaploide delle dicotiledoni.

Struttura e organizzazione del genoma eucariotico, tipi di classificazione: funzionale, per ridondanza e per localizzazione nel genoma; geni strutturali, seq ripetute in tandem, seq ripetute disperse. Elementi trasponibili (TE), effetti fenotipici dei TE.

Sequenziamento Sanger, ferogrammi e qualità delle sequenze. Software per lo studio e l’annotazione di sequenze nucleotidiche

ESERCITAZIONE di bioinformatica: annotazione di sequenze BAC e utilizzo di strumenti bioinformatici.

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 e del trascrittoma (RNA-seq). Tecniche di sequenziamento di terza generazione.

Lezione di riepilogo della parte di genomica - un caso di studio: la componente ripetitiva del genoma di girasole

Introduzione alla nutrigenomica, definizione e obiettivi della nutrigenomica.

Esempi di malattie legate alla dieta e importanza degli studi di nutrigenomica. I nutrienti come molecole segnale. Meccanismi di percezione dei nutrienti.

Metabolismo dei lipidi. Esempi di analisi nutrigenomiche sull'effetto dei lipidi nella dieta nell'uomo.

I polifenoli. Analisi trascrittomiche sull'effetto dei polifenoli nella dieta dell'uomo

La restrizione calorica e le molecole che mimano gli effetti della restrizione calorica.

Come si legge criticamente un articolo di nutrigenomica e come si imposta una presentazione.

Seminari degli studenti:

  • su analisi trascrittomiche dell'effetto dei lipidi nella dieta nell'uomo e nel topo.
  • effetto degli antiossidanti sul microbiota intestinale 
  • effetto dei polifenoli sul trascrittoma in uomo e in topo.
Syllabus

Introduction to the course; what is genomics, what does it involve, genomics goals; genetic maps, physical maps, comparing physical and genetic maps. Why sequence a genome, sequenced genomes. The case of the genome of grape and paleoesaploide origin of dicotyledonous.

Structure and organization of the eukaryotic genome, types of classification: functional, for redundancy and genome arrangement; structural genes, tandem repeats, dispersed repeats. Transposable elements (TE), phenotypic effects of TE.

Sanger sequencing, ferograms and quality of the sequences. Software for studing and annotation of nucleotide sequences.

Bioinformatics exercise: using bioinformatic tools for BAC sequence annotation.

Strategies followed for genome sequencing. Problems related to the assembly of the repeated sequences.

Second-generation sequencing technologies, comparations among Sanger, pyrosequencing, Illumina methods. Studing genome and transcriptome(RNA-Seq) by using Illumina method. Third-generation sequencing techniques.

Summary lesson about genomics - a case study: the repetitive component of the sunflower genome.

Introduction to nutrigenomics, the definition and objectives of nutrigenomics.

Examples of diseases related to diet and importance of nutrigenomics studies. The nutrients as signal molecules. Mechanisms of nutrient perception.

Lipid metabolism. Analysis examples nutrigenomiche on the effect of lipids in human diet.

Polyphenols. transcriptomic analysis on the effect of the polyphenols in the human diet.

Caloric restriction and molecules that mimic the effects of caloric restriction.

How to read an article concerning nutrigenomics critically, and how to set up a presentation.

Student seminars:

  • the effect of transcriptomic analysis of lipids in the diet in humans and mice.
  • effect of antioxidants on the intestinal microbiota in vitro
  • effect of polyphenols on human and mice transcriptome.
Bibliografia e materiale didattico

Testi consigliati:

Genomi 3 di Terence A. Brown (Edises, 2008) o altri testi di genetica molecolare.

Materiale fornito dal docente e caricato su E-learning

Bibliography

Genomi 3 di Terence A. Brown (Edises, 2008) or other molecular genetic books

Handouts distributed by the teachers and uploaded on E-learning

Indicazioni per non frequentanti

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. L’esercitazione di bioinformatica e l’esposizione orale di un articolo scientifico sono obbligatorie.

Non-attending students info

Non-attending students can follow the lessons using the learning materials uploaded by the teacher at the E-learning site of DAFE and following the register of classroom lectures. The bioinformatic exercises and the presentation of a scientific article about nutragenomics are mandatory.

Modalità d'esame

L'esame è orale.

Assessment methods

The examination consists of  an oral test.

Ultimo aggiornamento 29/07/2022 19:00