Corso di Laurea Magistrale: Biologia Cellulare e Molecolare

Corso di Laurea Magistrale: Biologia Cellulare e Molecolare, Conservazione ed
Evoluzione
Nome del corso: Evoluzione e Sviluppo (corso opzionale)
Responsabile del
Corso
Robert Vignali
Altri docenti
Numero CFU e
tipologia
3
Obiettivo formativo
generale del corso
Il corso illustra lo studio dell’evoluzione dello sviluppo animale in termini,
descrittivi, genetici e molecolari. In particolare tratta degli aspetti
conservati dello sviluppo animale e delle modificazioni dei programmi
genetici dello sviluppo che hanno reso possibile, nei vari gruppi animali, la
comparsa e l’evoluzione di nuove morfologie. I meccanismi regolatori che
sottintendono al cambiamento sono il principale oggetto di interesse del
corso.
Elenco degli
argomenti trattati
Introduzione al corso. Cenni storici sull'evoluzionismo e suoi rapporti
con l'embriologia e la biologia dello sviluppo. Una nuova sintesi tra
biologia dello sviluppo e biologia evoluzionistica e la nascita dell'"evodevo". La Drosophila come modello di sviluppo: richiami sul controllo
molecolare dello sviluppo embrionale.
I geni omeotici e l'identità segmentale in Drosophila. Conservazione
evolutiva dei geni Hox nei vertebrati e del loro ruolo nel patterning
anteroposteriore. I geni anteriori otd, ems di Drosophila ed i loro
ortologhi nei vertebrati (Otx e Emx): conservazione funzionale.
Conservazione evolutiva dei geni del patterning nei metazoi: esempi in
Emicordati, Aracnidi, Onicofori. Conservazione di altri sistemi genici
coinvolti in var aspetti dello sviluppo: engrailed, wingless/Wnt,
eyeless/Pax6. Distal-less e lo sviluppo delle appendici nel regno
animale. I geni proneurali. Regionalizzazione dorso-ventrale: i
meccanismi molecolari dell'organizzatore di Spemann. BMP/dpp,
chordin/SOG, tolloid/Xolloid e l'inversione dell'asse dorsoventrale nei
bilateri.
I geni omeotici e l'identità segmentale negli artropodi. Modificazioni del
pattern di azione di Ubx e modificazioni delle appendici nei crostacei.
Azione dei geni omeotici in Drosophila e controllo del numero e delle
morfologia delle ali: repressione di Dll da parte di Ubx: un dominio
QAQA poliA è importante per la soppressione delle appendici
nell'addome degli insetti.
Diversificazione della morfologia alare negli insetti. Azione differenziale
di Ubx su geni bersaglio coinvolti nello sviluppo delle ali. Potenzialità
dello sviluppo alare in altri segmenti toracici ed addominali; un terzo
paio di ali "criptiche" nei Rincoti Membracidi. Evoluzione della regione
occipitale del cranio dei vertebrati. Azione di Hoxd4 e il contributo di
sclerotomi anteriori alla regione occipitale del cranio.
Modificazione dell'espressione di geni Hox e conversione delle
vertebre cervicali in vertebre di tipo toracico nei serpenti. Regolazione
del numero delle vertebre nei vertebrati. Il caso dei serpenti.
Espressione "oscillatoria" di geni durante la somitogenesi. Un
meccanismo "oscillatorio" di espressione genica regola la
somitogenesi: il modello "clock and wavefront" per la somitogenesi nei
vertebrati.
Geni Cdx e Hox nel controllo dell'estensione dello sviluppo assiale dei
vertebrati. Attivazione dei paraloghi Hox13 e terminazione
dell'accrescimento dell'asse anteroposteriore. Attenuazione dell'azione
dei geni Hox13 nei serpenti.
Evoluzione molecolare dell'occhio. Sviluppo degli occhi nei vertebrati:
dal campo morfogenetico dell'occhio alle vescicole ottiche alla retina
neurale ed epitelio pigmentato. Le reti geniche che sottostanno allo
sviluppo dell'occhio sono evolutivamente conservate. I ropali, "club
sensoriali", delle meduse del gruppo dei cubozoi e l'evoluzione dei
geni Pax. Determinazione retinica: meccanismi molecolari di cell
commitment. Il ruolo dei geni Otx nella specificazione retinica.
Cellule della cresta neurale e loro sviluppo. Transizione epiteliomesenchimale delle cellule delle creste neurali: analogie con i processi
di invasione tumorale. Derivati delle cellule della cresta neurale. Creste
neurali craniali: geni Hox e specificazione dell'identità degli archi
branchiali: il caso di Hoxa2. Creste neurali negli agnati, cefalocordati e
tunicati? La comparsa delle mandibole ed i geni Dlx. Interazioni nello
sviluppo del becco negli uccelli. Sviluppo e caratteri adattativi: il becco
dei fringuelli delle Galapagos e l'azione di BMP4 e calmodulina.
Patterns di pigmentazione in Drosophila. Regolazione del gene yellow
in diverse specie di Drosophila e formazione di una macchia alare.
Evoluzione di enhancer distinti consentono la regolazione di yellow per
la formazione della macchia alare in distinte linee evolutive di
Drosophila. Evoluzione della pigmentazione in Drosophila. Geni della
pigmentazione e "master regulator genes": creazione di patterns di
pigmentazione diversi nelle ali e sull'addome, talvolta in modo legato al
sesso.
Meccanismi molecolari di determinazione dell'asse destra-sinistra nel
pollo e nei mammiferi. Spirali destrorse e sinistrorse nei gasteropodi.
Segmentazione a spirale e sviluppo dei gasteropodi. Conservazione di
meccanismi molecolari coinvolti nella specificazione dell'asse destrasinistra per la spiralizzazione delle conchiglie dei gasteropodi.
Testi consigliati
Carroll, Weatherbee, Grenier. Dal DNA alla diversità, Zanichelli
Carroll, Weatherbee, Grenier. From DNA to diversity, Blackwell
Illustrazione di
eventuali attività di
laboratorio e/o
esercitazioni
Modalità di
svolgimento delle
prove d’esame
esame orale
Propedeuticità
Conoscenze richieste Biologia dello sviluppo, Biologia molecolare