UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI FOGGIA DIPARTIMENTO DI SCIENZE AGRARIE DEGLI

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1 SCHEDA INSEGNAMENTO A.A. 2017/2018 CORSO DI LAUREA IN: SCIENZE E TECNOLOGIE AGRARIE Insegnamento: GENETICA E MIGLIORAMENTO GENETICO Docente: Prof.ssa Concetta Lotti S.S.D. dell insegnamento Anno di Corso AGR/07 Genetica Agraria I Crediti 8 Semestre I Semestre (dal 2/10/2017 al 19/01/2018) Propedeuticità Eventuali prerequisiti Nessuna Basi di botanica e di biologia vegetale ORGANIZZAZIONE DEL CORSO Articolazione in moduli Lezioni frontali Eventuali Seminari Esercitazioni in aula e/o laboratorio Visite guidate e/o attività di gruppo assistite Attività professionalizzante (solo per i CdS di Area Medica numero ore:56 numero ore: numero ore:12 numero ore: numero ore: PROGRAMMA DELL INSEGNAMENTO Obiettivi formativi Risultati di apprendimento attesi 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.) Conoscenza e capacità di comprensione. Il corso intende fornire le conoscenze: 1) della genetica di base utili per comprendere le proprietà, la trasmissibilità e la struttura degli acidi nucleici; 2) della struttura genetica delle piante in relazione al loro sistema riproduttivo e

2 delle metodologie di selezione; 3) delle modalità di classificazione tassonomica delle principali specie agrarie. Attraverso lo studio di queste tematiche lo studente sarà in grado di comprendere le modalità di trasmissione dei caratteri nelle progenie, la modalità di regolazione della loro trasmissione; la modalità di manifestazione dei caratteri e i relativi effetti delle mutazioni. Sarà inoltre in grado di comprendere i meccanismi genetici alla base della selezione e le azioni da compiere per la conduzione di piani di miglioramento genetico delle principali specie agrarie. Capacità di applicare conoscenza e comprensione. Il corso, anche attraverso le esercitazioni numeriche previste, fornirà allo studente gli strumenti utili per la conduzione di analisi genetiche basate sulla formulazione di un ipotesi nulla e sulla validazione della stessa mediante analisi statistiche. Sarà inoltre in grado di applicare le conoscenze acquisite per l impostazione di piani di selezione per il miglioramento genetico delle specie agrarie. Autonomia di giudizio: Le conoscenze teoriche acquisite dallo studente sia relative alla genetica di base che alle metodologie di miglioramento genetico, gli consentiranno di stabilire le modalità di ereditabilità dei caratteri e di poter impostare autonomamente piani di selezione e miglioramento genetico della specie agrarie. Abilità comunicative. Lo sviluppo di abilità comunicative, sia orali che scritte stimolata da interazioni durante le ore di lezioni frontali ed esercitazioni, coinvolgendo lo studente nello svolgimento alla lavagna degli esercizi e attraverso lo svolgimento della prova scritta che prevede anche la presenza di domande a risposta aperta. Capacità di apprendimento. La capacità di apprendimento sarà stimolata attraverso la discussione in aula, finalizzata anche a verificare l effettiva comprensione degli argomenti trattati. Modalità di erogazione Testi consigliati Tradizionale 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. Modalità di verifica dell apprendimento Le prove che concorrono alla valutazione sono 2. Le due prove saranno somministrate la prima in forma

3 scritta e la seconda in forma orale. La prova scritta si svolgerà a distanza di 3 giorni dalla prova orale, la sua durata sarà di 90 min. La prova scritta verterà sullo svolgimento di esercizi sulla genetica mendeliana, sull estensione della genetica mendeliana e sulla associazione e su domande aperte sul DNA, RNA, Codice Genetico e mutazioni. La prova orale verterà sugli argomenti trattati della parte di miglioramento genetico e sulle nozioni di botanica sistematiche. Lo studente potrà accedere alla prova orale dopo aver superato la prova scritta La votazione sarà espressa in trentesimi sulla base dei punteggi assegnati alla prova scritta e alla prova orale Programma dettagliato dell insegnamento Descrizione Argomenti del Corso ORGANIZZAZIONE E TRASMISSIONE DEL MATERIALE GENETICO CFU corrispondenti 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, sub-metacentrici 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).

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). Esercitazioni numeriche IL MIGLIORAMENTO GENETICO E L UTILIZZO DELLA VARIABILITA GENETICA 1CFU 1,5 CFU 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 morfofisiologici 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).

5 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. 1.5 CFU 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). Cenni di botanica sistematica (Appunti presi a lezione e materiale fornito dal docente) Bachelor Degree Programme: Agricultural Science and Tecnology Academic Year: 2017/2018 Subject title: Genetics and Plant Breeding Lecturer: Prof.ssa Concetta Lotti Academic year 2017/18 SSD (scientific area) AGR/07 Agricultural Genetics CFU (Credits) 8 Programme year 2017/18

6 Academic period I Semester. TEACHING ORGANIZATION: Lectures /seminars Practical activities 7 CFU Other activities Objectives 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 Knowledge and understanding: teaching will provide knowledge on: 1) the basics of genetics useful to know structures of nucleic acids and hereditability of genes; 2) genetic structures of crops and their reproduction systems; 3) tassonomy of crops. Applying knowledge and understanding: teaching, also by means of exercises, allows the student to perform genetic studies on hereditability of traits, validated by means of statistical analyses. The student can also be able to set up selection plans for plant breeding. Making judgement: The student will be able to speculate the mechanism of hereditability and to set up plant breeding plans. Communication: the student will spur communications by means of interactive exercises and of oral and written exams. Lifelong learning skills: It will be evaluate by means of discussions during the lecture among teacher and students. 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..) Examination method Traditional Written and oral exams

7 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.