Università degli Studi di Foggia Dipartimento di Scienze Agrarie, degli Alimenti e dell’Ambiente AiQ-CdS SAFE Corso di Laurea in Scienze e Tecnologie Agrarie Anno Accademico 2014-15 Scheda dell’insegnamento: Genetica e Miglioramento Genetico Docente: Prof.ssa Concetta Lotti Codifica di Ateneo dell’insegnamento * S.S.D. dell’insegnamento AGR/07 Genetica Agraria Anno di Corso I Crediti (CFU) 8 Periodo Prerequisiti I Semestre (6/10/2014-16/01/2015) basi di botanica, basi di biologia vegetale Propedeuticità ORGANIZZAZIONE DIDATTICA Lezioni ex-cathedra e/o seminari CFU: 7 Ore: 56 Esercitazioni in aula e/o di laboratorio CFU: 1 Ore: 12 Altre attività formative (specificare): * Obiettivi formativi circa 500 caratteri spazi inclusi Con riferimento alle competenze che il laureato deve possedere nell’ambito delle discipline biologiche vegetali, nella prima parte del corso saranno forniti gli strumenti utili alla comprensione della struttura e funzione degli acidi nucleici e dei meccanismi di ereditarietà dei geni. La seconda parte del corso ha l’obiettivo di fornire strumenti idonei per apprendere i principali metodi di miglioramento genetico delle specie agrarie fornendo anche nozioni di tassonomia delle princiali specie erbacee ed arboree. Risultati d’apprendimento attesi circa 500 caratteri spazi inclusi Lo studente dovrà conoscere le basi del dogma centrale della biologia molecolare e saper applicare le regole per lo studio della trasmissione dei caratteri, conoscere le metodologie del miglioramento genetico delle specie coltivate in relazione alle caratteristiche riproduttive delle stesse ed essere in grado di applicarle per il miglioramento di caratteri quali-quantitativi e per l’ottenimento di varietà commerciali. Modalità di erogazione dell’insegnamento (tradizionale, a distanza, e-learning…) Tradizionale Testi consigliati, materiale didattico di consultazione RUSSEL P.J. Fondamenti di genetica. EdiSES, Napoli. LORENZETTI F., S. CECCARELLI, F. VERONESI. Genetica agraria. Patron Editore, Bologna. LORENZETTI F., M. FALCINELLI, F. VERONESI. Miglioramento genetico delle piante agrarie. Patron Editore, Bologna. SCARASCIA MUGNOZZA G.T. Miglioramento genetico vegetale. Patron Editore, Bologna. Appunti presi autonomamente a lezione. Materiale didattico fornito a lezione dal docente, su specifici argomenti. La codifica d’Ateneo dell’insegnamento può essere richiesta telefonicamente o via e-mail alla dott.ssa Valeria Gentile (c/o Segreteria Didattica di Facoltà, tel. 0881/589301, e-mail: [email protected]). Strumenti e attività a supporto della didattica Le lezioni vengono svolte con il supporto della videoproiezione. Le esercitazioni numeriche saranno svolte in aula con il supporto del videoproiettore. Modalità e criteri di verifica dell’apprendimento Prova scritta e orale La prova scritta consisterà in 2 o 3 esercizi su argomenti di genetica formale e in 3 – 4 domande inerenti sul dogma centrale della biologia molecolare. La prova orale prevede 3 domande inerenti il miglioramento genetico delle piante coltivate e i cenni di botanica sistematica Altre informazioni reperibili sul sito web Orari delle lezioni ed eventuali spostamenti orari di ricevimento del docente; calendario degli esami; indirizzo di posta elettronica del docente, curriculum del docente. Programma dettagliato dell’insegnamento, materiali e metodi didattici: Indicare in dettaglio: - argomento delle lezioni d’aula e relativi testi/materiali per lo studio/approfondimento; - argomento delle esercitazioni e laboratorio presso il quale verranno realizzate; - luogo di svolgimento delle visite guidate, finalità delle stesse ed eventuale carattere di interdisciplinarietà con altri insegnamenti dello stesso corso di studio o di altri corsi di studio. Lezioni in aula I Parte: Genetica dal testo: Fondamenti di Genetica (P.J Russel) ORGANIZZAZIONE E TRASMISSIONE DEL MATERIALE GENETICO Proprietà del materiale genetico. Organizzazione dei viventi. Ereditarietà del materiale genetico. Organismi unicellulari e pluricellulari. Cromosomi procarioti. I cromosomi eucarioti: struttura e organizzazione. Centromero o cinetocoro. Lunghezza relativa dei bracci cromosomici. Cromosomi metacentrici, submetacentrici e acrocentrici. Cromosomi telocentrici e dicentrici. Cromomeri. Costrizioni secondarie. Regione organizzatrice nucleolare (NOR). Satellite. Telomero. Zone eucromatiche e eterocromatiche (costitutive e facoltative). Bande G e Q. Numero cromosomico somatico o diploide (2n). Numero gametico aploide (n). Genoma. Cariotipo. Autosomi e cromosomi sessuali. Cromosomi politecnici. Cromosomi a spazzola. Mitosi. Profase. Metafase. Anafase. Telofase. Meiosi. Tratti essenziali della meiosi. Gli stadi della Meiosi I. Meiosi II. Ricombinazione e scambio. Confronto tra mitosi e meiosi e loro significato genetico (Cap. 1 e 8). GENETICA MENDELIANA Genotipo e fenotipo. Il piano sperimentale di Mendel. Incroci monoibridi. Il principio mendeliano della segregazione. La rappresentazione degli incroci mediante uno schema ramificato. La conferma del principio di segregazione: l’uso del reincrocio. Incroci di-ibridi e il principio mendeliano dell’assortimento indipendente. Lo schema ramificato degli incroci di ibridi. Incroci tri-ibridi. Analisi statistica dei dati: il test del chi-quadrato (Cap. 3). ESTENSIONE DELL’ANALISI GENETICA MENDELIANA. Allelismo multiplo. Modificazioni delle relazioni di dominanza: la dominanza incompleta. La codominanza. Interazioni tra geni e rapporti mendeliani modificati. Epistasia. Geni essenziali e geni letali. Ambiente ed espressione genica. Penetranza ed espressività. Eredità ed ambiente. Analisi per i caratteri quantitativi (Cap. 4). PRINCIPI DI MAPPATURA GENICA Concatenazione genica. Scoperta della concatenazione attraverso il reincrocio. Mappatura dei geni mediante reincroci di prova a due punti. Costruzione di una mappa genetica. Incrocio a tre punti (Cap. 5). STRUTTURA E REPLICAZIONE DEL MATERIALE GENETICO La scoperta del DNA come materiale genetico. La scoperta dell’RNA come materiale genetico. Composizione chimica di DNA e RNA. La struttura fisica del DNA. Il contenuto cellulare di DNA e la complessità di struttura e organizzazione. DNA a sequenze uniche e a sequenze ripetute negli eucarioti. Modelli di replicazione del DNA. Esperimento di Meselson e Stahl. Enzimi coinvolti nella replicazione del DNA. Replicazione negli eucarioti. Replicazione delle estremità cromosomiche. Assemblaggio del DNA nei nucleosomi (Cap. 8 – 9). LA TRASCRIZIONE La sintesi dell’RNA. Le diverse classi di RNA e i geni che le codificano. Trascrizione dei geni strutturali procariotici ed eucaristici. L’RNA messaggero. Trascrizione di RNA ribosomiale. Trascrizione di RNA transfer. I meccanismi di “splicing” (Cap. 11). TRADUZIONE E CODICE GENETICO La struttura chimica delle proteine. La struttura molecolare delle proteine. La natura del codice genetico. La decifrazione del codice genetico. L’inizio della traduzione. L’allungamento della catena polipeptidica. La terminazione della traduzione (Cap. 10 e 12). II Parte Miglioramento genetico dal testo n 1: Miglioramento genetico delle piante agrarie (Lorenzetti, Falcinelli, Veronesi) e dal testo n. 2: Genetica Agraria (Lorenzetti, Ceccarelli, Veronesi) IL MIGLIORAMENTO GENETICO E L’UTILIZZO DELLA VARIABILITA’ GENETICA Definizione e scopi del miglioramento genetico delle piante coltivate. Introduzione e domesticazione delle piante coltivate. Il concetto di ideotipo in relazione agli ambienti naturali e colturali ed al mercato (testo n 1 Cap. 1). Meccanismi riproduttivi delle piante coltivate. Particolari meccanismi morfo-fisiologici e genetici correlati al sistema di riproduzione. Auto-incompatibilità e maschiosterilità. Relazioni tra i sistemi riproduttivi e metodi di miglioramento genetico delle piante. Determinazione della quota di allo incrocio (testo n 1 Cap. 2). Genetica di popolazione. Struttura genetica delle popolazioni di specie prevalentemente autogame. Struttura genetica delle popolazioni di specie prevalentemente allogame. Struttura genetica delle popolazioni di specie a propagazione vegetativa (testo n 1 Cap. 3). GENETICA QUANTITATIVA. Analisi genetica della variabilità continua. Caratteri quantitativi e qualitativi. Basi genetiche della variabilità continua e teoria polifattoriale. Scopi dell’analisi della variabilità. Valore fenotipico e genotipico. Additività, dominanza e azioni interalleliche nell’eredità poligenica. Scomposizione della varianza genetica. Generalità sugli schemi di incrocio e disegni sperimentali (testo n 2 Cap. 10) La selezione. Selezione per caratteri mono e poligenici. Risposta alla selezione: il guadagno genetico. Selezione per più caratteri. Cenni sulle tecniche innovative di selezione (testo n 1 Cap. 10) I METODI DI MIGLIORAMENTO GENETICO. Metodi di miglioramento genetico delle specie autogame. Sistemi di inbreeding. Selezione massale, conservatrice, per linea pura. Incrocio. Metodo genealogico, pedigree, per popolazione riunita, SSD. Reincrocio. Diaploidi. Costituzioni varietali omozigoti, monolinea multilinea e ibride (testo n 1 Cap 13). Metodi di miglioramento genetico delle specie allogame. Prove di progenie. Vigore ibrido e attitudine generale e specifica alla combinazione. Metodi di estrazione di linee inbred. Selezione massale, per famiglie autofecondate, per famiglie half-sib e full-sib, per famiglie test-cross. Selezione ricorrente reciproca. Reincrocio. Costituzioni varietali. Ecotipi. Popolazioni in equilibrio. Uso della maschiosterilità nella costituzione delle varietà ibride. Varietà ibride e sintetiche (testo n 1 Cap 14). Metodi di miglioramento genetico delle specie a propagazione vegetativa. Selezione dopo autofecondazione. Incrocio e selezione metodi di selezione precoce. Il clone. Cultivar monoclonali e policlonali (testo n 1 Cap 15). Cennidi botanica sistematica (Appunti presi a lezione e materiale fornito dal docente) University of Foggia Department of Agricultural Sciences, Food and Environment AiQ-CdS SAFE Bachelor Degree Programme Academic Year: 2014/2015 Subject title: Genetics and Plant Breeding Lecturer: prof.ssa Concetta Lotti Academic year 2014-15 SSD (scientific area) AGR/07 Genetics CFU (Credits) 8 Programme year I Academic period I Semester (6/10/2014-16/01/2015) TEACHING ORGANIZATION: Lectures /seminars Credits 7 Hours 56 Practical activities Credits 1 Hours 12 Other activities Credits Objectives Within the knowledge that the plant technologist must have about plant biology, the first part of this teaching programme provides useful tools to understand both nucleic acids structure and functions and gene hereditability mechanisms. The second part of this teaching programme aims to provide information about plant breeding methods of crops and basic knowledge of taxonomy. Expected learning results The student must know the basic principles of “dogma central” and be able to apply the gene hereditability rules. Furthermore, he must know plant breeding methods to improve qualitative and quantitative traits in crop species in order to obtain certificated varieties. Textbooks RUSSEL P.J. Fondamenti di genetica. EdiSES, Napoli. LORENZETTI F., S. CECCARELLI, F. VERONESI. Genetica agraria. Patron Editore, Bologna. LORENZETTI F., M. FALCINELLI, F. VERONESI. Miglioramento genetico delle piante agrarie. Patron Editore, Bologna. SCARASCIA MUGNOZZA G.T. Miglioramento genetico vegetale. Patron Editore, Bologna. Mode of delivery of teaching (traditional, at a distance, e-learning..) traditional Examination method Written and oral Teaching programme (summary): Nucleic acids. Transcription and translation of genetic information. What is a gene? Gene regulation (simple examples). Mendel’s experiments. Genic interactions. Mutations. Genic associations. Quantitative traits. Genotypic and phenotypic values. Heritabilities. Population genetics. Hardy and Weimberg equilibrium. Natural populations. Genetic constitution of principal crops. Landrace, synthetic population, clone, pure line variety, hybrid. Genetic engineering (basis). Examples of use of germplasm in plant breeding.
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