Tipologia X Università

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1 Indirizzo Via E. De Nicola, Sassari Telefono Fax Rappresentante Legale Il Rettore (Prof. Alessandro Maida) Referente per il Programma Prof.ssa Giovanna Attene, Telefono Tipologia X Università Breve Presentazione del Soggetto Proponente Operante in Sardegna Il Dipartimento di Scienze Agronomiche e Genetica Vegetale Agraria della facoltà di agraria di Sassari si occupa di ricerca e didattica nel campo dell agronomia, delle coltivazioni erbacee, della genetica e del miglioramento genetico delle piante coltivate, ed in particolare dei seguenti argomenti: - raccolta, conservazione, caratterizzazione, selezione, valorizzazione e moltiplicazione di germoplasma di specie erbacee spontanee e coltivate; - tecniche agronomiche innovative in colture erbacee food e non food ; - eco-fisiologia; - impatto agro-ambientale; - sistemi colturali sostenibili. In particolare il gruppo di ricerca guidato dalla Prof.ssa Attene si occupa di: Struttura genetica, conservazione e valorizzazione di risorse genetiche agrarie ed in particolare: - Studio della diversità genetica e valutazione dell interazione genotipo-ambiente in popolazioni locali di Hordeum vulgare L. mediante caratterizzazione morfofenologica e produttiva, biochimica e molecolare (isoenzimi, RAPD, SSR, ISSR, S-SAP). Caratterizzazione molecolare (AFLP) della struttura genetica di popolazioni del fungo fitopatogeno Pyrenophora teres agente della maculatura reticolata dell orzo e della coevoluzione nel sistema pianta-patogeno H. vulgare- P.teres. - Analisi della struttura della diversità genetica con marcatori molecolari (cp SSR) in accessioni europee e americane (centri di origine) di Phaseolus vulgaris e Phaseolus coccineus. - Collezione e caratterizzazione di germoplasma locale di leguminose da granella e di fagiolo in particolare, e di popolazioni spontanee di carciofo selvatico (Cynara cardunculus var. sylvestris) progenitore del carciofo coltivato. Nei settori di ricerca specificati il gruppo di ricerca collabora con i seguenti centri di ricerca regionali, nazionali ed internazionali: il CRAS (Centro Regionale Agrario Sperimentale della Sardegna); Università Italiane; il CRA di Fiorenzuola d Arda (Istituto Sperimentale per la Cerealicoltura, Italia); lo CSIRO (Australia s Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation, Canberra, Australia); il NIAB (National Institute of Agricultural Botany, Cambrige, United Kingdom); l AMPIII (Department of Applied Molecular Biology of Plants III, Institute of General Botany, Universität Hamburg, Germany); Department of Plant Science, Section of Crop Ecosystem Science, University of California, Davis). 1

2 1. Programma di Inserimento Lavorativo Obiettivi Il Programma prevede la realizzazione di un Piano di Inserimento Lavorativo: Analisi della struttura genetica in popolazioni domesticate e selvatiche di fagiolo. Individuazione di geni utili per il miglioramento genetico e per la valorizzazione del germoplasma locale. Il mappaggio genetico di loci responsabili di caratteri quantitativi (Quantitative trait loci, QTLs) è diventato una pratica di routine in piante animali e uomo. Grazie a questa tecnica, è stato possibile rispondere a domande sull ereditarietà dei caratteri quantitativi, sull interazione genotipo ambiente e sulle basi genetiche della eterosi (Tanskley, 1993; Templeton, 1999; Wu et al., 2000; Mackay, 2001). Obiettivo del mappaggio di uno o più QTL è quello di associare un tratto genetico quantitativo ad uno o più marcatori genetici e, se è nota la posizione del marcatore sulla mappa genetica, si può quindi ``mappare'' (individuare, localizzare) il tratto quantitativo sul genoma. Per esempio si può trovare il marcatore associato a caratteri di rilevante interesse agronomico come la resistenza ad una certa malattia, ad una crescita maggiore, alla resistenza alla siccità, e alla capacità di fiorire precocemente o tardivamente. Il vantaggio più importante è la possibilità di attuare la MAS (Marker Assisted Selection o selezione assistita dal marcatore). Si può operare la selezione di certi genotipi che presenteranno un fenotipo desiderabile basandosi su un'analisi molecolare precoce con pochi marcatori molecolari, senza dover aspettare che il tratto fenotipico si manifesti. Questo implica la possibilità di sfruttare in modo mirato specifici caratteri d interesse, con conseguenti effetti positivi nel campo del miglioramento genetico delle specie vegetali. Anche la capacità di riuscire a spiegare parte della variabilità di tratti eco-fisiologici importanti per l'adattamento in popolazioni naturali, basandosi sulla presenza (o assenza) di uno o pochi marcatori genetici, è un passo avanti scientifico notevole. Per le specie per le quali sono disponibili linee inbred omozigoti (linee sufficientemente omogenee e stabili ottenute per autofecondazione artificiale accompagnata da selezione durante più generazioni successive), l analisi di linkage si basa sulla ricombinazione di alleli ad un marcatore e ad un QTL durante la meiosi. Pertanto, poiché esiste una informazione chiara circa la fase gametica dei parentali, può essere stimata direttamente la distanza di mappa (come frequenza di ricombinazione) tra due loci sintenici. L analisi di linkage ha alcune limitazioni. In primo luogo, in una generazione di segregazione, tra marcatori strettamente associati, vi saranno pochi ricombinanti a meno che il numero di individui nella generazione sia molto alto (Darvasi, 1993). Per ovviare a queste limitazioni si può effettuare la tecnica del linkage disequilibrium mapping che utilizza, invece, tutta la ricombinazione avvenuta tra un allele di un marcatore ed un QTL a partire dal momento in cui all interno di una popolazione si è originata tra loro una associazione non 2

3 casuale (comunemente indicata come linkage disequilibrium, LD). Questo fatto ha un potenziale enorme per la costruzione di mappe di LD ad alta risoluzione utili per clonare geni sia di caratteri qualitativi complessi che quantitativi (Templeton, 1999) purché, nel contempo, siano individuati e controllati gli effetti dovuti alla struttura delle popolazioni. Senza tali conoscenze, infatti, il LD mapping non può avere successo, poiché un elevato LD tra un marker ed un carattere fenotipico potrebbe essere dovuto a cause come, ad esempio, la suddivisione delle popolazioni, piuttosto che alla stretta associazione fisica tra i due loci. Phaseolus vulgaris rappresenta un modello unico per studiare la struttura della diversità genetica e l evoluzione delle piante per due sue peculiarità: ha subito due eventi di domesticazione indipendenti che hanno originato due gene pools, quello originario del Mesoamerica e quello originario delle Ande, molto differenti tra di loro. Inoltre ha una distribuzione sovrapposta con altre specie sia selvatiche che domesticate che hanno sistemi riproduttivi diversi e diversi gradi di isolamento produttivo. In questa specie molti aspetti della biodiversità molecolare e fenotipica, della dinamica di migrazione e della struttura delle popolazioni sono ben conosciuti (Simmonds, 1976; Gepts, 1986; 1996; Gepts e Bliss, 1988; Smartt e Simmonds, 1995; Alvarez et al., 1998). D altro canto, non sono disponibili informazioni sul livello e la varianza del LD, in particolare in relazione alla struttura delle popolazioni e ai diversi background genetici. Pertanto, fino ad oggi, sono molto scarse le informazioni circa l applicabilità e le potenzialità del LD mapping in questo contesto. Attività previste Sarà valutata l efficacia dell analisi del LD in P. vulgaris e sarà analizzata la struttura della diversità genetica in forme domesticate e selvatiche. Questi obiettivi generali potranno essere raggiunti nel modo seguente: 1) STIMA E CONFRONTO DEL LIVELLO DEL LD IN CAMPIONI DI P. VULGARIS RAPPRESENTATIVI DEI DUE POOL GENICI (MESOAMERICANO E ANDINO) COMPRENDENTI GENOTIPI SELVATICI E DOMESTICATI AMERICANI. Questi campioni posseggono una diversa storia evolutiva e diversi background genetici. E atteso che tra questi campioni il livello di LD sia variabile a causa della diversa scala temporale alla quale la ricombinazione ha operato e della riduzione di diversità genetica, dovuta a deriva genetica e selezione, avvenuta principalmente per effetto della domesticazione della specie. Differenze nel livello di LD tra popolazioni possono essere molto utili nell individuazione di associazioni tra marcatori molecolari e caratteri di interesse. Con basso LD, infatti, è possibile ottenere una alta risoluzione e viceversa. 2) ANALISI DELLA STRUTTURA DELLA EVOLUZIONE DELLA DIVERSITA GENETICA IN DIVERSE REGIONI GENOMICHE DI P. VULGARIS. Sarà possibile analizzare la struttura della diversità genetica entro e fra le popolazioni. Tali informazioni possono essere importanti sia per la comprensione della evoluzione della diversità genetica che per l introgressione di variabilità 3

4 genetica da germoplasma selvatico ed esotico in programmi di miglioramento genetico. Risultati Attesi Le conoscenze acquisite con questo progetto potranno avere una forte rilevanza per il miglioramento genetico di questa specie molto importante per l alimentazione umana. Infatti, alle leguminose da granella, ed in particolare al fagiolo, la politica agricola dell Unione Europea assegna un ruolo di primo piano per il contributo che esse possono dare ad un agricoltura sostenibile e rispettosa dell ambiente e alla capacità che hanno di fornire seme con proteine di alto valore biologico per l alimentazione dell uomo e degli animali. Il fagiolo è infatti, tra le piante coltivate, la più importante fonte di proteine per consumo diretto per l uomo. La frazione principale (36-46%) delle proteine del seme è rapprensentata dalle faseoline, le quali influenzano notevolmente le caratteristiche quanti-qualitative e nutrizionali del seme. In questo contesto la collaborazione che il Dipartimento di Scienze Agronomiche e Genetica Vegetale Agraria ha condotto con l Università di Davis - California, per lo studio sul mappaggio genico del locus faseolinico sarà di complemento ai fini della realizzazione del piano d lavoro. Questo progetto, attraverso l analisi del LD, fornirà informazioni essenziali per comprendere la storia evolutiva della specie in oggetto ed in particolare della struttura della diversità genetica e dell introgressione della variabilità genetica da germoplasma selvatico ed esotico, fattori questi indispensabili per la corretta gestione del germoplasma di questa specie. Lo studio dell'association mapping consentirà l individuazione delle relazioni tra marcatori molecolari e caratteri di interesse. In tal modo potranno essere identificati marcatori strettamente associati a geni di interesse agronomico ed economico come ad es. geni legati alle caratteristiche produttive (sia in termini quantitativi che qualitativi), alla resistenza a fattori biotici (es. attacchi parassitari) e abiotici (es. resistenza alla siccità, salinità ecc.) che trovino una diretta applicazione in programmi di miglioramento genetico. Le tecniche acquisite permetteranno successivamente di identificare le accessioni più interessanti a livello di germoplasma locale e rafforzare le basi scientifiche per la loro valorizzazione economica, permettendone l utilizzazione sia per la produzione di prodotti tipici che nelle attività di miglioramento genetico. Infatti, presso il Centro per la Conservazione e la Valorizzazione della Biodiversità Vegetale, dell Università di Sassari, si dispone di una collezione di oltre 70 varietà locali di fagiolo comune coltivato in Sardegna. Piano di Lavoro Il progetto si propone di sequenziare 5 sequenze geniche di circa 1000 bp ciascuna su un campione di circa 100 genotipi totali di cui 80 genotipi di Phaseolus vulgaris. Il campione sarà così rappresentato: 20 genotipi wild andini 20 genotipi domesticati andini 20 genotipi wild mesoamericani 20 genotipi domesticati mesoamericani 20 genotipi diversi comprendenti: P. coccineus, P. lunatus, P. polyanthus, Vigna sp. 4

5 Si eseguirà un analisi di sequenza ponendo l attenzione su regioni introniche (sequenze del DNA non codificanti) dove il livello di polimorfismo sembra essere molto elevato in Phaseolus. Le analisi potrebbero riguardare sia singoli geni sia geni presenti su cloni BAC (Bacterial Artificial Chromosome). Per l individuazione delle sequenze si vaglieranno diverse possibilità, in quanto sono già identificati circa 10 geni con introni; sono già presenti marcatori in grado di identificare introni (marcatori già mappati e posizionati in librerie BAC) e si potrebbe sfruttare l omologia con altre leguminose come ad esempio la soia. In questo modo si potrà studiare il livello di LD in P. vulgaris in funzione alla struttura delle popolazioni e ai diversi background genetici (confronto tra campioni appartenenti ai due centri di domesticazione-andino vs mesoamericano e tra specie domesticate e selvatiche). Nota: I cloni BAC sono frammenti di DNA ottenuti in modo casuale dal genoma di grandi organismi (e.g. Phaseolus), che si sovrappongono e che possono essere organizzati in una mappa fisica. Tali cloni sono poi iniettati in cellule del batterio E.coli. Le librerie BAC sono costituite da un elevato numero di frammenti casuali del genoma considerato iniettati in cellule del batterio E.coli e poi trasferiti su un supporto stabile (membrane di nylon). Ogni clone batterico reca uno di questi frammenti di DNA e può essere moltiplicato in una coltura di laboratorio per amplificare il DNA d interesse. Attualmente esistono diverse librerie BAC (Kami and Gepts, 2000; Vanhouten and Mackenzie, 1999) disegnate su P. vulgaris. Risorse Professionali Impegnate Le Risorse Professionali Impegnate saranno un Soggetto beneficiario di Borsa di Ricerca di durata biennale da svolgersi presso l Università di Sassari-Facoltà di Agraria-Dipartimento di Scienze Agronomiche e Genetica Vegetale Agraria sotto la supervisione della Prof.ssa Giovanna Attene. Risorse Finanziarie Impegnate Le Risorse Finanziarie Impegnate saranno una Borsa di Ricerca, di durata biennale, erogata con la modalità dell assegno di ricerca ai sensi dell art. 51, comma 6, legge , n. 449, come indicato nella Guida per la partecipazione e l attuazione del Programma disponibile sul sito internet paragrafo comma a), pagina 65. La Borsa di Ricerca prevede l erogazione di una indennità forfetaria pari a euro/mese. Il Dipartimento di Scienze Agronomiche e Genetiche Vegetale Agraria si impegna a partecipare finanziariamente alla realizzazione del Piano di Inserimento Lavorativo coprendo tutte le spese inerenti la ricerca in oggetto (missioni, materiale di consumo da laboratorio, partecipazione a workshop, seminari, etc.) con propri fondi, derivanti dal finanziamento dell' Unità di Ricerca di Sassari, per il progetto di ricerca Interuniversitario del MIUR PRIN 2005, protocollo , Responsabile Scientifico Dr.ssa Giovanna Attene. 5

6 2. Piano di Inserimento Lavorativo Analisi della struttura genetica in popolazioni domesticate e selvatiche di fagiolo. Individuazione di geni utili per il miglioramento genetico e per la valorizzazione del germoplasma locale. Obiettivi formativi Il Soggetto beneficiario della Borsa di Ricerca all interno del Piano di Inserimento lavorativo acquisirà le capacità necessarie per condurre con professionalità l attività di ricerca scientifica. L attività di laboratorio consentirà l ottenimento di dati che il Soggetto beneficiario potrà elaborare ed analizzare affiancato da personale altamente qualificato. La frequentazione del Dipartimento consentirà di partecipare attivamente alle attività di ricerca ivi condotte affiancando futuri Dottori Agronomi nella stesura della tesi di laurea, lavorando a contatto con ricercatori operanti in Centri di Ricerca esteri, presentando seminari di approfondimento sulle materie oggetto di ricerca. In particolare sono previste all interno del Piano di Inserimento Lavorativo missioni finalizzate alla frequentazione di Centri di Ricerca di riconosciuta fama internazionale per migliorare la conoscenza delle più innovative tecniche di mappaggio genico. Il Soggetto beneficiario potrà usufruire della partecipazione finanziaria garantita dal Dipartimento per partecipare a Workshop o Convegni riconosciuti a livello internazionale. Obiettivi Professionali Ci si prefigge di creare un figura professionale in grado di gestire l attività di ricerca nel settore della genetica e in particolare dell analisi bioinformatica di QTL (quantitative traits loci) all interno del Dipartimento di Scienze Agronomiche e Genetica Vegetale Agraria della Facoltà di Agraria di Sassari. La nascita di una figura professionale specializzata in questo campo è stimolata dal crescente interesse per il mappaggio di geni di interesse agrario da parte delle comunità scientifica. Le competenze maturate durante il Piano di Inserimento Lavorativo potranno consentire l inserimento del Soggetto beneficiario nel mondo del lavoro nel settore della ricerca. Piano Analitico delle Attività Formative e Professionali Il Soggetto beneficiario svolgerà attività di laboratorio presso le strutture dell Università ed eventuali altre strutture pubbliche e private dislocate sul territorio della Sardegna e dotate di strumentazione adatta alla scopo. Lo stesso lavorerà affiancato dal referente del Programma di Inserimento Lavorativo alla stesura di pubblicazioni scientifiche e divulgative riguardanti il progetto di analisi della struttura genetica e del linkage disequilibrium in P. vulgaris. Il Soggetto beneficiario compirà missioni presso laboratori nazionali ed esteri al fine di acquisire nuove competenze da utilizzare per migliorare l attività di ricerca del Dipartimento. Requisiti Professionali Richiesti Per la realizzazione del Programma di Inserimento Lavorativo Analisi della struttura genetica in popolazioni domesticate e selvatiche di fagiolo. Individuazione di geni utili per il miglioramento genetico e per la valorizzazione del germoplasma locale 6

7 si richiede una figura professionale che abbia i seguenti requisiti: Requisiti professionali di entrata obbligatori a cui non viene attribuita nessuna valutazione: diploma di laurea in Scienze Agrarie, Scienze e Tecnologie Agrarie o equipollenti; Elementi valutabili dall organismo proponente sotto forma di griglia con un punteggio massimo attribuibile di 40 punti: Requisiti Frequenza di un dottorato di ricerca Scienze Agrarie, Forestali ed Agroalimentari- Settore Genetica Agraria Altri dottorati di Ricerca attinenti alle tematiche da sviluppare 5 Nessun Dottorato di Ricerca 0 Esperienza professionale (Borsa di Studio, Contratto di Collaborazione, etc.) Max 10 Si richiede conoscenza nel settore della genetica agraria e in particolare nello studio e caratterizzazione molecolare di P. vulgaris, nello studio dell evoluzione e della domesticazione di specie agrarie, e in particolare del fagiolo comune, nel mappaggio di QTL Esperienza nell analisi molecolare in specie di Phaseolus Max 10 Si richiede la conoscenza delle più diffuse tecniche di analisi di laboratorio attraverso l uso di marcatori molecolari (PCR, gel di agarosio e acrilammide, estrazione del DNA, quantificazione attraverso spettrofotometro, utilizzo di marcatori molecolari per la valutazione della diversità genetica, amplificazione via PCR e separazione elettroforetica su gel di acrilammide, visualizzazione dei prodotti di amplificazione mediante la tecnica di colorazione silver staining, analisi dei dati) e sul mappaggio genico (utilizzo di BLAST, utilizzo di librerie BAC, sequenziamento di cloni, Souther blotting) Esperienza di lavoro in gruppi di ricerca riconosciuti in relazione al mappaggio genico Punteggio 15 Max 5 Costi del Programma di Inserimento Lavorativo I Costi del Programma di Inserimento Lavorativo saranno riferibili ad una Borsa di Ricerca, di durata biennale, erogata con la modalità dell assegno di ricerca ai sensi dell art. 51, comma 6, legge , n. 449, come indicato nella Guida per la Partecipazione e l Attuazione del Programma disponibile su internet al sito paragrafo comma a), pagina 65. La Borsa di Ricerca prevede l erogazione di una indennità forfetaria pari a euro/mese. Partecipazione Finanziaria dell Organismo Proponente Il Dipartimento di Scienze Agronomiche e Genetiche Vegetale Agraria si impegna a partecipare finanziariamente alla realizzazione del Piano di Inserimento Lavorativo coprendo tutte le spese inerenti la ricerca in oggetto (missioni, materiale di consumo da laboratorio, partecipazione a 7

8 workshop, seminari, etc.) con propri fondi, derivanti dal finanziamento dell' Unità di Ricerca di Sassari, per il progetto di ricerca Interuniversitario del MIUR PRIN 2005, protocollo , Responsabile Scientifico Prof.ssa Giovanna Attene. Piano di Valorizzazione Professionale del Beneficiario Il Soggetto beneficiario della Borsa di Ricerca sarà coinvolto come partecipante attivo nella formulazione e realizzazione dei futuri progetti di ricerca del Dipartimento di Scienze Agronomiche e Genetica Vegetale Agraria della Facoltà di Agraria di Sassari riguardanti le tematiche sviluppate. Le competenze acquisite saranno considerate requisito preferenziale per l assunzione del Soggetto presso il Dipartimento come collaboratore a progetto, assegnista di ricerca, etc. 8