Genetica Agraria

Fornire agli studenti conoscenze di base per la comprensione dei meccanismi di trasmissione dei caratteri e sulle principali tecniche, di tipo dia tradizionale che biotecnologico, finalizzate al miglioramento genetico delle specie di interesse agrario, nonché relative alle problematiche legate alla valutazione e salvaguardia delle risorse genetiche.

To provide students with a basic understanding on the principles of genetic transmission of traits, as well as on the most important techniques, both traditional and innovative, aimed at breeding of plants. Emphasis is also given to aspects linked with evaluation and preservation of genetic resources.

Conoscenze sulle modalità di trasmmissione dei caratteri ereditari. Capacità di valutare criticamente le potenzialità, i rischi e i benefici delle manipolazioni genetiche sulle specie vegetali di interesse agrario.

To give students knowledge useful to critically evaluate potentiality and risks linked to genetic manipulation of plants, and stimulate awareness for the conservation and sustainable use of plant genetic resources in agriculture.

La struttura degli acidi nucleici. Il DNA. La replicazione del DNA. Vari tipi di RNA. Il codice genetico e la sintesi delle proteine. Struttura e organizzazione dei cromosomi. Il cariotipo. I processi di divisione cellulare. Il crossing-over e i suoi effetti genetici. (3 ore)

Eredità mendeliana. Geni e alleli. Omozigosi ed eterozigosi. Genotipo e fenotipo. Dominanza e segregazione. Segregazione indipendente. Autofecondazione e progresso verso l’omozigosi. Allelia multipla. Associazione e ricombinazione. Le mappe genetiche. (3 ore)

Determinazione del sesso: ambientale, monogenica, cromosomica. Sistemi XO, XY, WZ. Eredità dei caratteri legati al sesso. Eredità extracromosomica: effetto materno, eredità plastidiale e citoplasmatica. (3 ore)

Eredità dei caratteri quantitativi. Alleli plus e minus. Effetto dell’ambiente e concetto di additività. Segregazione trasgressiva. Scomposizione della variabilità fenotipica. Ereditabilità. Progresso genetico e risposta alla selezione. (3 ore)

Genetica di popolazioni. Frequenze genotipiche e geniche. La legge di Hardy-Weinberg e i fattori che ne alterano l'equilibrio. Polimorfismo bilanciato e carico genetico. La deriva genetica (3 ore)

Mutazioni spontanee e indotte. Mutazioni genomiche, geniche e cromosomiche. Aploidia e poliploidia. Mutagenesi. (3 ore)

L’origine della vita: evoluzione chimica ed evoluzione biologica. Lotta per la sopravvivenza e selezione dei più adatti. Concetto di specie. Modalità di speciazione. Meccanismi di isolamento (geografico, ecologico, stagionale, etologico, gametico, formazione di ibridi non vitali). Origine della variabilità genetica: mutazioni, ricombinazione sessuale, poliploidizzazione. (3 ore)

La domesticazione delle specie coltivate. I centri di origine delle specie. La domesticazione di frumento, riso, mais e patata. Principali caratteri modificati dalla domesticazione. (3 ore)

Biodiversità ed adattabilità. Biodiversità a livello di ecosistema, di specie e di gene. Cause della riduzione della biodiversità di specie spontanee e coltivate. Importanza della biodiversità nei programmi di miglioramento genetico. Le conseguenze dell’erosione genetica. La conservazione del germoplasma. Metodi in situ, ex situ ed in horto.(3 ore)

Metodi di propagazione delle piante. Rirpoduzione sessuale e moltiplicazione vegetativa. Autogamia ed allogamia. Significato ecologico e evolutivo. Obiettivi e strategie del miglioramento genetico.  Impostazione di un programma di breeding. La selezione. Miglioramento del progresso conseguibile a seguito di selezione. Inbreeding ed eterosi: cause e conseguenze. Attitudine alla combinazione generale e specifica. Gli ibridi. Caratteristiche, importanza e modalità di ottenimento (3 ore)

Colture in vitro e propagazione vegetativa. Rigenerazione ed embriogenesi somatica: Variabilità soma-clonale. Ottenimento di aploidi e di linee aplo-diploidi. Protoplasti e ibridazione somatica. (3 ore)

Ingegneria genetica. Trasformazione genetica. Rischi legati al rilascio nell'ambiente di organismi geneticamente modificati. Applicazioni e potenzialità nel settore officinale. (3 ore)

Structure of nucleic acids. DNA. DNA replication. Types of RNA. Genetic code and synthesis of proteins. Structure of chromosomes. Karyotype. Cell division: mitosis and meiosis. Crossing-over and its genetic effects (3 hours).

Mendelian inheritance. Genes and alleles. Homozygosity and heterozygosity. Genotype and phenotype. Dominance, recessiveness and segregation. Self-pollination and increase of homozygosity. Multiple allelism. Linkage and recombination. Genetic maps (3 hours).

Sex determination. Effect of environment. Monogenic and chromosomal control of sex expression: systems XO, XY and WZ. Inheritance of traits linked to sex. Extra-chromosomal inheritance: maternal effect, mitochondrial and chloroplastic inheritance (3 hours).

Quantitative traits inheritance. Effect of the environment. Additive effect of alleles. Phenotypic and genotypic variability. Heritability. Genetic gain and response to selection (3 hours).

Population genetics. Genotypic and allelic frequencies. Hardy-Weinberg principle and factors of disequilibrium. Balancing selection and genetic drift (3 hours)

Mutations. Genomic mutations, chromosomal mutations and point mutations. Haploidy and polyploidy. Mutagenesis (3 hours).

Origin of life. Chemical evolution and biological evolution. Struggle for existence and survival of the fittest. The species. Way of speciation. Isolation mechanisms. Origin of genetic variability: mutations, sexual reproduction, polyploidy. (3 hours)

Domestication of cultivated species. Centres of origin of species. Domestication of wheat, rice, corn and potato. Main traits modified during domestication (3 hours).

Biodiversity and adaptability. Biodiversity among and within ecosystems, species and individuals. Reasons for genetic diversity decrease. Importance of biodiversity for breeding programmes. Consequences of genetic erosion. Genetic resources preservation. Methods in situ, ex situ and on farm. (3 hours)

The propagation of the plants: sexual reproduction and vegetative propagation. Autogamy and allogamy. Ecological and evolutive importance. Objectives and strategies of plant breeding. The selection. Inbreeding and heterosis. General and specific combining ability. Hybrids: characteristics, importance and way of production (3 hours).

In vitro culture and vegetative propagation. Regeneration and somatic embriogenesis. Soma-clonal variability. Production of haploid and haplo-diploid lines. Protoplasts and somatic hybridisation. (3 hours)

Genetic engineering. Production of genetically modified organisms. Risks linked to the release of GMO (3 hours).

Il corso consiste di 36 ore di lezione frontale. Queste si avvalgono dell'utilizzazione di diapositive (presentazioni in PowerPoint), che sono a disposizione degli studenti.

The course consist of 36 hours of lectures. They are facilitated by the use of slides, that are available for students.

Svolgimento con scadenza settimanale di esercizi da parte degli studenti, sotto la supervisione del docente, inerenti la parte di programma svolta fino ad allora. Riproposizione di argomenti risultati di difficile comprensione alla maggior parte degli studenti. Svolgimento di due prove di simulazione del test finale, senza valore per la valutazione ma utile agli studenti per verificare il proprio livello di preparazione

L'esame finale consta di un test scritto seguito immediatamente da un colloquio orale. Il test scritto riguarda tutto il programma svolto durante le lezioni ed ha una durata di 60 minuti. Esso prevede 60 domande, per la maggior parte a risposta chiusa: vi sono tuttavia alcune domande che richiedono l'effettuazione di semplici calcoli. Per ogni risposta corretta viene assegnato un punto, per ogni risposta sbagliata viene sottratto un quarto di punto (0,25) mentre la mancata risposta non incide sul risultato. Il test si intende superato qualora il candidato raggiunga un punteggio minimo di 36. E' consentito l'uso di una calcolatrice.

Se il candidato supera il test scritto viene ammesso al colloquio orale, il quale completa la verifica dell'apprendimento da parte del candidato - con particolare riferimento agli argomenti sui quali il test scritto ha consentito di evidenziare carenze di conoscenze - e consente di definire la valutazione finale.

Execution, on weekly basis, of exercises on parts of program already carried out by students, under the control of the lecturer. Repetition of topics non properly understood by the majority of students. Twice a year a simulation of the final test is performed, without effect on final evaluation but useful for student to estimate the own learning degree.

Final examination consists of a written test immediately followed, in case of positive result, by an oral interview. Written test consists of 60 multiple choice questions: each correct answer gives 1 point and each incorrect answer deducts 0.25 point. Not answered questions do not give any points. Test is considered passed if a score of at least 36 is reaches. Oral interview focuses on the full program covered during the lectures.

La copia dei lucidi proiettati durante le lezioni, una traccia dei vari argomenti e link a siti di interesse sono disponibili presso la piattaforma campusent.

Copy of the slides projected during lectures, abstracts of the topics and link to sites of interest are available at campusnet platform.

Written test followed by oral session.