BIOTECNOLOGIE PER IL MIGLIORAMENTO GENETICO A.A

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1 BIOTECNOLOGIE PER IL MIGLIORAMENTO GENETICO A.A

2 E ancora importante l agricoltura? E la produzione alimentare? da L Espresso, febbraio 2011

3 Cosa significa miglioramento genetico? Significa migliorare in modo stabile le caratteristiche di un organismo, al fine di una maggiore produzione, qualità, ecc. Ogni caratteristica di un organismo è determinata da fattori genetici e ambientali P = G + E con diversa preponderanza degli uni o degli altri.

4 Il controllo genetico di un certo carattere può essere diversamente complesso: 1) Caratteri monogenici (un gene-un enzima)

5 Il controllo genetico di un certo carattere può essere diversamente complesso: 1) Caratteri monogenici (un gene-un enzima) Complessità dei cosiddetti caratteri monogenici Acido mevalonico Acido mevalonico fosfato Acido mevalonico pirofosfato Isopentenil pirofosfato Geranil-geranil pirofosfato Farnesil pirofosfato Geranil pirofosfato Prefitoene pirofosfato Fitoene Fitofluene z-carotene Neurosporene Licopene γ-carotene δ-carotene β-carotene α-carotene ε-carotene XANTOFILLE

6 Il controllo genetico di un certo carattere può essere diversamente complesso: 1) Caratteri monogenici (un gene-un enzima) Complessità dei cosiddetti caratteri monogenici Interazioni fra catene metaboliche diverse all interno della stessa cellula Quindi, un carattere monogenico nasconde una notevole complessità anche in considerazione del fatto che un singolo gene può influenzare, attraverso le varie catene metaboliche, altri caratteri. 2) Caratteri poligenici, quantitativi, determinati cioè dall azione di più geni con effetti additivi dei vari geni sul carattere. Esempi di caratteri quantitativi: ALTEZZA PRODUTTIVITA RESISTENZA A CONDIZIONI AMBIENTALI AVVERSE QUALITA DEI PRODOTTI

7 P = G + E l ambiente può modificare anche notevolmente l espressione di un certo carattere, sia monogenico che poligenico. Come si possono migliorare i diversi caratteri? P = G + E per migliorare i diversi caratteri si può agire su E o su G: Agire su E significa migliorare e tenere sotto controllo le condizioni ambientali in cui un organismo vive (il controllo deve essere continuo e certe situazioni ambientali non sono controllabili). Agire su G dà risultati più stabili, prevedibili e duraturi (anche se non in senso assoluto, in quanto sia G che E sono soggetti a continue variazioni).

8 Lo scopo del miglioramento genetico è agire su G e quindi su quelle caratteristiche che sono ereditabili e che, se modificate, si trasmettono in quel modo alle successive generazioni. Il miglioramento genetico riassume l evoluzione delle specie: infatti si basa esattamente sulle stesse forze che agiscono nell evoluzione e cioè l apparire di forme particolari e la selezione di queste a scapito delle altre. L evoluzione delle piante coltivate, addomesticate, dura da soli 8000 anni con risultati clamorosi; con la consapevolezza delle leggi genetiche che regolano la trasmissione dei caratteri (nell ultimo secolo) e con l acquisizione delle biotecnologie (negli ultimi 30 anni) si sono avuti e si attendono progressi ancora più rapidi.

9 Programma Modulo 1 - Miglioramento genetico classico e avanzato (A. Cavallini) Genetica di popolazione. Concetto di popolazione - Frequenze geniche e genotipiche - Equilibrio di Hardy e Weinberg - Effetto di mutazione, selezione, migrazione e deriva genetica sulle frequenze geniche e applicazioni al miglioramento genetico delle piante. Genetica classica e molecolare dei caratteri quantitativi. Origine multifattoriale della variabilità continua - Proprietà dei caratteri quantitativi - Media e varianza di una popolazione - Componenti della varianza - Ereditabilità - Covarianza, correlazione, regressione - Disegni sperimentali - Risposta alla selezione. Selezione molecolare dei caratteri quantitativi. I marcatori molecolari. Identificazione di Quantitative Trait Loci e loro applicazione al miglioramento genetico. Generalità sui metodi di miglioramento genetico. Effetto del sistema riproduttivo sulla struttura genetica delle popolazioni - Metodi di miglioramento genetico delle specie prevalentemente autogame, prevalentemente allogame e a propagazione vegetativa. Aspetti molecolari dei metodi di miglioramento genetico. Induzione di variabilità genetica. Incrocio interspecifico e intergenerico e conseguenze sul genoma - Mutagenesi sperimentale classica e molecolare - Trasformazione genetica.

10 Programma Modulo 2 Genomica (T. Giordani): Metodi classici e innovativi per il sequenziamento del DNA: il sequenziamento Sanger e le tecnologie di Next Generation Sequencing. Sequenziamento di interi genomi. Principali strumenti bioinformatici per l annotazione di sequenze genomiche. Trascrittomica: Next Generation Sequencing per lo studio dell espressione genica. Esercitazioni: Sono previste esercitazioni numeriche (modulo 1) e di bioinformatica (modulo 2) e sessioni di discussione aperta sui diversi aspetti del corso, per un totale di 30 ore.

11 TESTI CONSIGLIATI: Barcaccia G., Falcinelli M., Genetica e Genomica Vol II e III. Liguori editore Glick B.R., Pasternak J.J. Biotecnologia molecolare. Zanichelli Chrispeels M.J., Sadava D.E., Biologia vegetale applicata (piante geni e agricoltura). Piccin Buchanan B.B. et al., Biochimica e biologia molecolare delle piante. Zanichelli ORARIO DI RICEVIMENTO: martedì dalle alle 17.30