Corso di
Genetica Agraria
Amalia Barone
Dipartimento di Scienze del Suolo, della
Pianta, dell’Ambiente e delle Produzioni
Animali
Indirizzo
DISSPAPA, Palazzina GenoPOM –
Edificio 75, Parco Gussone –
Laboratorio marcatori
molecolari e genomica
Telefono
081 2539491
E-mail
[email protected]
Orario di ricevimento
mercoledì ore 14:00-16:00
giovedì ore 14:00-15:00
Struttura del corso
• Lezioni teoriche
• Esercitazioni pratiche in laboratorio
• Esercitazioni in aula
• Prova in itinere esonerativa (?)
• Prova finale
Esercitazioni in laboratorio: Laboratorio didattico 4 Palazzo Mascabruno
Esercitazioni in aula
aula Bet B
Prove orali: Aula del DISSPAPA - Sezione GVO oppure
Aule Bet (da concordare per e-mail)
Le prove orali vanno prenotate per e-mail
almeno 5 gg prima della data di esame
Prove in itinere : aula Bet B
ORARIO LEZIONI
LUNEDI’
MARTEDI’
MERCOLEDI’
GIOVEDI’
9-10
10-11
Lezione GA
11-12
Lezione GA
12-13
Lezione GA
14-16
Esercitaz.
GA
Lezione GA
Programma del corso
Anno accademico 2008-09
ARGOMENTI DELLE LEZIONI
• La genetica agraria e il miglioramento genetico
•
•
•
•
La cellula vegetale e il ciclo cellulare
Le divisioni cellulari
Eredità extra-cromosomica
Ciclo vitale di alcuni organismi
• Sistemi riproduttivi nelle piante
• Determinazione del sesso nelle piante
ARGOMENTI DELLE LEZIONI
• Controllo genetico della riproduzione:
- incompatibilità
- maschiosterilità
- apomissia
• Fonti di variabilità genetica
- mutazioni geniche
- mutazioni cromosomiche
- mutazioni genomiche
- ricombinazione
- elementi trasponibili
ARGOMENTI DELLE LEZIONI
• Le risorse genetiche vegetali
-
importanza delle specie selvatiche
centri di origine
esplorazione e raccolta del germoplasma
conservazione in situ ed ex situ
caratterizzazione del germoplasma
utilizzazione del germoplasma
• Caratteri quantitativi
• Principi della selezione
• Principali metodi di selezione per piante con diversi
sistemi riproduttivi
• Obiettivi del miglioramento genetico
ESERCITAZIONI
• Citologia e Citogenetica Vegetale
• Analisi in popolazioni segreganti
• Istologia Vegetale
• Ibridazione controllata in vegetali
• Valutazione del germoplasma
TESTI CONSIGLIATI
1) Genetica e genomica Volume II - Miglioramento
genetico (Barcaccia e Falcinelli, Liguori Editore)
2) Genetica Agraria (Lorenzetti, Falcinelli, Veronesi,
Patron Editore)
3) Miglioramento Genetico delle Piante Agrarie
(Lorenzetti, Falcinelli, Veronesi, Edagricole)
Genetica Agraria
Studiare i principi della genetica
applicandoli al mondo delle piante
Collegare le conoscenze della genetica
agraria allo sviluppo del miglioramento
genetico delle piante
Genetica agraria non è solo disciplina
dipendente da genetica fondamentale:
• Eredità quantitativa di natura poligenica:
esperimenti di H. Nilsson-Ehle e E.M. East
• Studi su maschiosteriltà e autoincompatibilità
• Ricerche sul chimerismo hanno chiarito aspetti
fondamentali di ontogenesi
• Scoperta di elementi di controllo in mais hanno
aperto la strada alla mutagenesi inserzionale
Il Miglioramento genetico
G. Mendel
- Il miglioramento genetico delle piante è cambiato
drasticamente dalla scoperta delle leggi dell’eredità
e con lo sviluppo della Genetica
- G. Mendel fece le prime osservazioni sulla eredità
di alcuni caratteri su piante di pisello
Un carattere è dominante e l’altro è recessivo
I geni sono ereditati indipendentemente
Il Miglioramento genetico
- In molti casi i geni che sono localizzati
vicino sullo stesso cromosoma vengono
ereditati insieme oppure separatamente
grazie al fenomeno del crossing-over
B. McClintock
- Barbara McClintock fu una delle prime
a studiare il crossing-over in mais e fu
premiata con il premio Nobel per la scoperta
degli elementi trasponibili in questa specie.
Principi genetici
- La diversità tra gli individui è alla base della genetica
- La genetica studia i meccanismi di trasmissione
dei caratteri e come vengono espressi
- La variabilità tra gli individui è alla base della selezione
- Ciascuna cellula contiene almeno un set di informazione
genetica: il genoma
- Un organismo diploide ha un set di cromosomi di origine
materna e uno di origine paterna, e ciò spiega i semi
gialli rugosi e verdi lisci negli esperimenti di Mendel
Principi genetici
- Un cromosoma è una lunga molecola di DNA a doppia elica
- La struttura a doppia elica del DNA fu scoperta da
J. Watson
Watson e Crick
- I geni sono regioni della molecola di DNA
- Un gene specifica la struttura di una singola proteina
- Ciascuna proteina catalizza una reazione biochimica
F. Crick
che porta alla formazione di altre molecole biologiche
- Un’ altra scoperta genetica: il sequenziamento del
genoma umano
-Il genoma di Arabidopsis thaliana è stato sequenziato,
altri finiti (riso, Medicago, vite), e molti in corso
Genetica
Trasmissione di GENI
Codificano dei prodotti
Tratto di molecola di DNA
Determinano tutti gli aspetti
della vita di un organismo
I geni
codificano
le proteine
I geni sono fatti di DNA
• DNA nel nucleo genoma nucleare
• DNA nel citoplasma genoma extranucleare (mitocondri e cloroplasti)
Caratteristiche del DNA
• Capacità di replicarsi
• Capacità di portare l’informazione
• Capacità di variare (alleli)
• Funziona nello stesso modo in tutti gli
organismi
Caratteristiche dei geni
• Vengono trasmessi dai genitori ai figli
• Sono localizzati sui cromosomi
• Contengono l’informazione genetica
• L’espressione dei geni è regolata
• Possono mutare
DNA, geni e cromosomi
• Un gene è una regione di cromosoma capace di produrre
un trascritto funzionale
• Una singola molecola di DNA, con le proteine, forma un
cromosoma
• Un genoma consiste di uno o più cromosomi ed è la
quantità totale di DNA/cromosomi in una cellula
• In organismi diploidi cromosomi sono presenti in coppia
(cromosomi omologhi)
I cromosomi sono costituiti da una doppia elica di
DNA che contiene una sequenza lineare di geni,
associata a proteine
Cos’è un cromosoma?
• Una molecola di DNA molto lunga (molti milioni
di paia di basi) complessata con proteine a
formare una struttura filiforme (cromatina)
• Presente nel nucleo
• Visualizzato durante le divisioni cellulari
Una cellula eucariotica vegetale
contiene in genere uno o due
assetti di cromosomi nucleari
lineari, molteplici copie di un
cromosoma mitocondriale
circolare, molteplici copie di
un cromosoma cloroplastico
circolare
Organizzazione del
materiale ereditario
• Cromosoma=struttura di base di materiale
ereditario
• Genoma=insieme del materiale ereditario di una
cellula o struttura virale (in cellule eucariotiche
comprende anche DNA di mitocondri e
cloroplasti)
Quantità di DNA nel genoma di alcuni organismi
Cromosomi omologhi: uguali in dimensione, forma e
sequenza di geni, uno proviene dal genitore
maschile, uno da quello femminile
Genetica
Trasmissione di GENI
Codificano dei prodotti
Tratto di molecola di DNA
Determinano tutti gli aspetti
della vita di un organismo
Gli organismi sono la conseguenza delle
interazioni tra geni e ambiente
• Gli individui ereditano i geni e non i prodotti
finali del loro sviluppo
• Il genotipo è il corredo di geni di un individuo,
carattere che rimane costante nell’arco della
vita
• Il fenotipo è dato dalle caratteristiche esteriori
dell’organismo (insieme di aspetti morfologici,
fisiologici, comportamentali) e cambia nell’arco
della vita
La Genetica si basa sulla variazione
• Polimorfismo: presenza di due o più
alternative fenotipiche
• Variazione continua e discontinua
Caratteristiche uniche delle piante
(organismi eucarioti multicellulari)
• Capacità di effettuare la fotosintesi
• Totipotenza delle cellule
• Ermafroditismo e capacità di riprodursi sia
sessualmente che asessualmente
• Doppia fecondazione
• Alternanza di generazioni
• Mitosi allo stadio aploide
PIANTE
Pluricell inferiori
TALLOFITE
Alghe pluricellulari
Epatiche e muschi
Pluricell superiori CORMOFITE
(pt vascolari)
PTEROFITE
(prive di fiori,
frutti e semi)
SPERMOFITE
(con semi)
GIMNOSPERME
(semi nudi)
Monocotiledoni
ANGIOSPERME
(semi in frutto)
Dicotiledoni
Angiosperme
• Seme racchiuso da ovario, che è parte
della struttura riproduttiva , il fiore
• Le angiosperme sono le piante più diffuse
e costituiscono la maggior parte delle
piante coltivate
Diversità nelle Angiosperme
• Erbacee e legnose
• Cicli di poche settimane o di secoli
• Di dimensioni molto variabili
• Adattate a climi estremi
• La maggior parte terrestri, ma anche
acquatiche
• La maggior parte autotrofe, ma anche saprofite
e parassite
I cotiledoni sono le foglioline prodotte dall’ embrione
che servono per assorbire il nutrimento accumulato nel seme
fino a quando il germoglio non produce le sue prime foglie
vere e non comincia a sintetizzare
Nelle dicotiledoni l’endosperma viene quasi interamente
riassorbito e le sostanze di riserva vengono immagazzinate
nei cotiledoni degli embrioni. Nelle monocotiledoni
l’endosperma permane
MONOCOTILEDONE
DICOTILEDONE
Nel mais la parete esterna dell’endosperma differenzia l’aleurone
che può accumulare pigmenti, conferendo colorazione alla cariosside
Classi di Angiosperme
Monocotiledoni
Dicotiledoni
PIANTE DI INTERESSE ECONOMICO
Monocotiledoni
• Graminaceae (frumento, mais, riso,segale, avena)
• Palmaceae
• Musaceae
• Liliaceae
Dicotiledoni
• Leguminosae (da granella e foraggere)
• Solanaceae (pomodoro, patata, peperone, melanzana)
• Brassicaceae (cavolo, rapa, ravanello)
• Rosaceae (melo, pero, pesco, ciliegio)
• Compositae (lattuga, indivia, carciofo)
• Cucurbitaceae (zucchino, cocomero, cetriolo)
• Chenopodiaceae (barbabietola)
• Umbellifloreae (carote)
