MIGLIORAMENTO GENETICO DELLE PIANTE COLTIVATE

BIOTECNOLOGIE PER IL
MIGLIORAMENTO GENETICO
A.A. 2011-2012
E’ ancora importante l’agricoltura? E la produzione alimentare?
da L’Espresso, febbraio 2011
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.
Il controllo genetico di un certo carattere può essere diversamente complesso:
1) Caratteri monogenici (un gene-un enzima)
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
β-carotene
δ-carotene
α-carotene
XANTOFILLE
ε-carotene
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
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).
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.
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.
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.
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 16.30 alle 17.30