ECTS - University of Pisa
Scheda programma d'esame
GENETICS
CLAUDIO PUGLIESI
Academic year2023/24
CourseVITICULTURE AND ENOLOGY
Code191GG
Credits6
PeriodSemester 1
LanguageItalian

ModulesAreaTypeHoursTeacher(s)
GENETICAAGR/07LEZIONI64
CLAUDIO PUGLIESI unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

Al termine del corso:

  • lo studente avrà acquisito le basi per la comprensione dei meccanismi genetici che regolano la trasmissione ereditaria dei caratteri, gli elementi di base della mutagenesi e le conoscenze preliminari per l’analisi dei caratteri quantitativi. Il corso fornirà informazioni sulle applicazioni reali e potenziali della genetica, della biologia molecolare e delle biotecnologie al miglioramento delle piante coltivate con speciale riferimento alla vite.
Knowledge

Aim of the course is to provide students with a basic understanding of genetic mechanisms regulating the heredity of phenotypic traits and a basic knowledge of mutagenesis and quantitative trait analysis. The course intends also give information on real and potential applications of genetics, molecular biology and biotechnology on plant breeding with particular emphasis to grapevine.
Modalità di verifica delle conoscenze

Per l'accertamento delle conoscenze saranno svolte delle prove in itinere utilizzando test, ma anche incontri tra il docente e gli studenti che si svolgeranno con lezioni di accertamento finalizzate alla valutazione delle conoscenze acquisite. Nello specifico:

  • conoscenza della struttura degli acidi nucleici, della genetica formale e della genetica di popolazione;
  • conoscenza dei meccanismi genetici alla base della riproduzione delle piante;
  • conoscenza delle principali mutazioni spontanee e indotte e dei principali metodi di mutagenesi atti ad ampliare la variabilità genetica;

conoscenza delle biotecnologie applicate in agricoltura con particolare riferimento alle piante a propagazione vegetativa come la vite.
Assessment criteria of knowledge

For the assessment of the knowledge ongoing written tests will be carried out, besides meetings between the teacher and the students by means of lessons aimed at evaluating the gained information. In particular:

  • knowledge of the structure of nucleic acids, the formal genetics and population genetics;
  • knowledge of the genetic mechanisms of plant reproduction;
  • knowledge of the main spontaneous and induced mutations and the main methods of mutagenesis acts to broaden the genetic variability;
  • knowledge of biotechnology in agriculture with particular reference to the vegetatively propagated plants like the grapevine.
Capacità

Al termine del corso:

  • lo studente avrà acquisito non solo competenze e conoscenze adeguate al conseguimento dell'esame, ma capacità per l'aggiornamento e l'innalzamento continuo delle proprie competenze nell'ambito della genetica vegetale;
  • lo studente avrà acquisito la conoscenza dei meccanismi genetici alla base dell’eredità dei caratteri e come la variabilità genetica, che ha consentito l’evoluzione di ogni vivente sia stata indispensabile nell’addomesticamento delle piante coltivate nonché nei metodi di miglioramento genetico oggi adottati.
Skills

At the end of the course:

  • the student will not only appropriate skills and knowledge to the examination achievement, but the ability to update the continuous increase of its powers in the field of plant genetics;
  • the student will have acquired the knowledge of the genetic mechanisms of inheritance based characters and how genetic variability, which allowed the evolution of every living thing was indispensable under domestication of cultivated plants as well as in breeding methods adopted today.

    At the end of the course:

    • the student will not only appropriate skills and knowledge to the examination achievement, but the ability to update the continuous increase of its powers in the field of plant genetics;
    • the student will have acquired the knowledge of the genetic mechanisms of inheritance based characters and how genetic variability, which allowed the evolution of every living thing was indispensable under domestication of cultivated plants as well as in breeding methods adopted today.
Modalità di verifica delle capacità

Durante lo svolgimento del corso vengono effettuate lezioni di accertamento durante le quali lo studente dovrà dimostrare di:

  • avere acquisito le capacità di svolgere esercizi di genetica formale;
  • avere acquisito la capacità di comprendere i principali meccanismi di mutagenesi spontanea e indotta, le principali classi di mutazioni; trasformazione genetica e genetica quantitativa.
Assessment criteria of skills

During the course assessment lessons will be carried out, during which the student must prove:

  • have acquired the skills to perform formal genetics exercises;
  • have acquired the ability to understand the main mechanisms of spontaneous and induced mutagenesis, the main classes of mutations; genetic transformation and quantitative genetics.

 
Comportamenti

Alla fine del corso lo studente potrà acquisire e/o sviluppare:

  • la capacità di utilizzare gli strumenti di base di un laboratorio di Genetica
  • la capacità di estrazione degli acidi nucleici
  • affrontare le tematiche relative alle mutazioni indotte.
Behaviors

At the end of the course the student will acquire and/or develop:

  • the ability to use the basic instruments and tools of a Genetics laboratory;
  • the ability for extraction of nucleic acids (DNA and RNA) in different plant tissues;

the ability to address the issues related to induced mutations.
Modalità di verifica dei comportamenti

La verifica dei comportamenti sarà effettuata:

durante le esercitazioni numeriche e/o di laboratorio in cui si valuterà il grado di accuratezza e precisione delle attività svolte;

durante le esercitazioni di accertamento finalizzate a valutare il comportamento dello studente di fronte alle problematiche poste dal docente.
Assessment criteria of behaviors

The behaviour verification will be carried out:

  • during numerical and/or laboratory practice exercises in which the degree of accuracy and precision of the activities will be evaluated;

during the assessment exercises aimed at evaluating the student’s behaviour in response to the problems posed by the teacher.
Prerequisiti (conoscenze iniziali)

Per affrontare l'insegnamento di Genetica sono necessarie le conoscenze iniziali di:

  • Chimica Organica per la struttura delle molecole organiche e delle principali reazioni organiche;
  • Botanica per la struttura della cellula e lo sviluppo delle piante.
Prerequisites

The Genetics course requires initial knowledges concerning:

  • Organic Chemistry for what concerns organic molecule structure, main functional groups and chemical reactions;
  • Botany for cell structure and plant development.
Indicazioni metodologiche
  • Le lezioni frontali si svolgono con l'ausilio di slides mentre quelle in laboratorio vengono effettuate in un laboratorio didattico predisposto ed attrezzato per svolgere esercitazioni di Genetica;
  • le esercitazioni in laboratorio vengono effettuate in gruppi di studenti;
  • fornito il materiale didattico utilizzato nelle lezioni frontali ma anche per comunicazioni di qualsiasi tipo con gli studenti;
  • l'interazioni tra docente e studenti avviene anche mediante ricevimenti, posta elettronica e mediante gli studenti consiglieri;
  • sono presenti prove intermedie.
Teaching methods
  • Lectures are held with the help of slides, whereas those in the laboratory are carried out in a teaching laboratory designed and equipped for Genetic practices exercises;
  • the laboratory practice exercises are carried out in groups of students;
  • it is provided the teaching material used in the lectures but also for communications of any kind with the students;
  • the interaction between teacher and students takes also place through meetings, e-mail and counselling students;
  • intermediate written test are present.
Programma (contenuti dell'insegnamento)

Il corso intende fornire agli studenti le basi per la comprensione dei meccanismi genetici che regolano la trasmissione ereditaria dei caratteri, fornendo anche elementi di base di mutagenesi e analisi dei caratteri quantitativi. Il corso fornirà informazioni sulle applicazioni reali e potenziali della genetica, della biologia molecolare e delle biotecnologie al miglioramento delle piante coltivate con speciale riferimento alla vite.

Programma completo

 

Organizzazione e trasmissione del materiale ereditario.

- Dimensione del genoma.

- L’organizzazione del materiale ereditario nei procarioti e negli eucarioti.

- Struttura chimica, numero e morfologia dei cromosomi.

- La replicazione e ricombinazione del DNA.

- La trascrizione, l’RNA e il processamento dell’RNA.

- Il codice genetico e la traduzione del messaggio genetico.

- La trasmissione del materiale ereditario negli eucarioti.

- Mitosi, Meiosi e loro conseguenze. Confronto fra mitosi e meiosi.

 

Le esperienze di Mendel.

- La dominanza.

- La segregazione.

- La trasmissione indipendente.

- Le basi cromosomiche della trasmissione indipendente.

- Trasmissione indipendente e ricombinazione.

- I poliibridi: generalità.

- Autofecondazione e omozigosi.

- Genetica mendeliana e analisi statistica dei dati: il test del 2 (chi quadrato).

 

Associazione, scambio e mappe genetiche.

- L’esperimento di Bateson e Punnet e l’associazione genica.

- Esperimenti di Morgan e dimostrazione della localizzazione dei geni sui cromosomi.

- La ricombinazione dei geni associati.

- Crossing-over e mappe genetiche negli organismi diploidi.

- Calcolo delle distanze di mappa attraverso il test a due e a tre punti. Funzioni di mappa. Interferenza. Rapporto distanza fisica – distanza genetica. Sintenia dei genomi tra specie: rilevazione ed utilizzo.

 

Gli alleli multipli.

- Aspetti generali.

- I gruppi sanguigni nell’uomo.

- Gli alleli dell’incompatibilità nelle piante.

 

Le interazioni geniche.

- Aspetti generali.

- Epistasia e azioni geniche complementari.

- Penetranza ed espressività.

 

Eredità e sesso.

- Autogamia e allogamia. Degenerazione da inincrocio ed eterosi.

- Maschiosterilità.

- Sistemi di incompatibilità nelle piante.

- Caratteri legati al sesso.

 

Le mutazioni.

- Mutazioni geniche.

- Mutazioni cromosomiche.

- Mutazioni genomiche (aplodia, aneuploidia e poliploidia).

- Elementi trasponibili: classi e caratteristiche principali.

- Mutazioni spontanee ed indotte. I principali agenti mutageni chimici e fisici.

- Uso delle mutazioni indotte nel miglioramento genetico delle piante coltivate con particolare riferimento alle specie a propagazione vegetativa e alla vite.

- Chimere.

 

L’evoluzione delle piante coltivate con particolare riferimento alla vite.

 

Eredità dei caratteri quantitativi.

Struttura genetica delle popolazioni di piante coltivate a propagazione vegetativa, autogame ed allogame.

- L’influenza dei fattori ambientali sui caratteri quantitativi: gli esperimenti di Johannsen.

- Gli esperimenti di Nilsson-Ehle con il frumento.

- Gli esperimenti di East e l’ipotesi multifattoriale.

- Variabilità genetica. Scomposizione della variabilità genetica.

- Selezione e risposta alla selezione.

- Cenni sul miglioramento genetico della vite.

 

Principi fondamentali di ingegneria genetica.

- Cenni sulle colture in vitro. Variabilità genetica indotta dalle colture in vitro.

- Creazione di piante transgeniche e cisgeniche: Editing genomico.

 
Syllabus

Aim of the course is to provide students with a basic understanding of genetic mechanisms regulating the heredity of phenotypic traits and a basic knowledge of mutagenesis and quantitative trait analysis. The course intends also give information on real and potential applications of genetics, molecular biology and biotechnology on plant breeding with particular emphasis to grapevine.

Complete Program

 

Organization and transmission of hereditary material.

Genome size. - The organization of hereditary material in prokaryotes and eukaryotes. - Chemical structure, number and morphology of chromosomes. - DNA replication and recombination. - Transcription RNA and RNA processing. - The genetic code and the translation of the genetic message. - Transmission of hereditary material in eukaryotes.

Regulation of gene expression and development in the Eukaryotes. - Mitosis, Meiosis and their consequences. Comparison between mitosis and meiosis.

Mendel's experiences. - Dominance. - Segregation. - Independent transmission. - The chromosomal bases of independent transmission. - Independent transmission and recombination. - Polyhybrids: general. - Self-fertilization and homozygosis. - Mendelian genetics and statistical analysis of data: chi square test.

Association, exchange and genetic maps. - The Bateson and Punnet experiment and the gene association. - Morgan experiments and demonstration of the localization of genes on chromosomes. - Recombination of associated genes. - Cross-over and genetic maps in diploid organisms. - Calculation of map distances through the two- and three-point test. Map functions. Interference. Physical distance ratio - genetic distance.

Multiple alleles. - General aspects. - Blood groups in humans. - Alleles of incompatibility in plants. The gene interactions. - General aspects. - Epistasy and complementary gene actions. - Penetrance and expressiveness.

Autogamy and allogamy. Cross and heterosis degeneration. – Male-sterility. - Systems of incompatibility in plants. - Characters related to sex.

Mutations. - Gene mutations. - Chromosomal mutations. - Genomic mutations (aplody, aneuploidy and polyploidy).

Transposable elements: main classes and characteristics.

Spontaneous and induced mutations. The main chemical and physical mutagens agents. - Use of mutations induced in the genetic improvement of cultivated plants with particular reference to vegetative propagation and grapevine species. - Chimeras.

The evolution of cultivated plants with particular reference to the grapevine.

Inheritance of quantitative characters. Genetic structure of plant populations cultivated with vegetative propagation, autogamous and allogames.

The influence of environmental factors on quantitative characters: Johannsen's experiments. - Nilsson-Ehle's experiments with wheat. - East's experiments and the multifactorial hypothesis. - Genetic variability. Breakdown of genetic variability. - Selection and selection response. - Overview of the genetic improvement of grapevine.

Fundamentals of genetic engineering. - DNA amplification. - The polymerase chain reaction. - Cloning of genes. - Applications of recombinant DNA technologies. - Overview of in vitro cultures. Genetic variability induced by in vitro cultures. - Creation of transgenic plants.
Bibliografia e materiale didattico
  1. D’Amato, S. Baroncelli, M. Durante- Genetica Vegetale – Bollati Boringhieri Editore.

 

  1. Russell - Genetica – Edises, Napoli.

 

  1. Falcinelli, G. Barcaccia – Genetica e Genomica 1°, 2° e 3°Vol. – Liguori Editore.

 

 

 
Bibliography
  1. D’Amato, S. Baroncelli, M. Durante- Genetica Vegetale – Bollati Boringhieri Editore.

 

  1. Russell - Genetica – Edises, Napoli.

 

  1. Falcinelli, G. Barcaccia – Genetica e Genomica 1°, 2° e 3°Vol. – Liguori Editore.
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 e seguendo il registro delle lezioni del docente. Contattando direttamente il docente.
Non-attending students info

Not-attending students can follow the lessons using the teaching material provided by the teacher before the beginning of the lectures, and consulting the lesson log.
Modalità d'esame

L'esame è composto da tre prove scritte in itinere. Oppure una prova orale unica finale.

  • Le prove scritte consistono in una serie di domande/esercizi/problemi da risolvere ed inerenti gli argomenti trattati nell'insegnamento sino ad una settimana antecedente. Le prime due prove in itinere vengono effettuate durante le pause didattiche istituite nel CdS mentre la terza verifica viene effettuata alla fine del corso. Le prove in itinere valgono per l'intero anno accademico.
  • La prova scritta è superata se si acquisisce una votazione pari a 18/30; se lo studente acquisisce una valutazione positiva (almeno 18/30) a ciascuna delle tre prove scritte, viene indicata la valutazione media per il superamento dell'esame. Nel caso in cui lo studente acquisisca valutazioni inferiori a 18/30 ad una delle prove, deve sostenere l'esame orale finale su quella parte di programma valutato nella prova in itinere.
  • Per chi ha sostenuto le verifiche in itinere e deve recuperare a seguito di valutazione insufficiente, l’orale consiste in un colloquio sulla parte di programma presente nella verifica non superata. Per chi volesse migliorare la valutazione acquisita con le verifiche in itinere, il colloquio verterà su tutto il programma; La prova orale è superata quando il candidato è in grado di esprimersi in modo chiaro e di usare la terminologia corretta, dimostrare di avere compreso i principali argomenti di Genetica e mettere in relazione le parti del programma svolte e le nozioni che deve utilizzare in modo congiunto per rispondere correttamente ad una domanda.
Assessment methods
  • The examination consists of three written tests, or a single final oral exam.  
  • the written tests consist of a series of questions/exercises/problems concerning the topics covered in the course till one week before the examination. The positive ongoing tests are valid for the whole academic year;
  • the written test is passed if a mark of 18/30 is reached. If the student has a positive mark (at least 18/30) in both tests, the examination is considered passed and an average mark is calculated. In case the mark is below 18/30 in one or all tests, the student must take an examination on the part of the programme considered insufficient;
  • The students who have to recover insufficient written test(s) must take anorher oral examination on the program of the deficient test. For the students who want to improve the mark coming from the ongoing tests, the interview will concern the whole program;
  • the oral examination is passed when the candidate is able to speak clearly and to use a correct terminology, when understand the main Genetics issues and is able to relate each other different parts of the program.
Updated: 01/08/2023 13:28