Programma

CURRICULUM AGROAMBIENTALE - ALIMENTARE
Corso di Biochimica Agraria e Fisiologia delle Piante Coltivate - 8 CFU
II semestre II anno
Prof. Graziano Zocchi
Aspetti peculiari del metabolismo delle piante La respirazione nelle piante. La via dei pentoso
fosfati. Il ciclo dell’acido gliossilico. Il metabolismo secondario. La fotosintesi La fase luminosa; il
trasporto fotosintetico degli elettroni; la fotofosforilazione. L’assimilazione riduttiva della CO2. La
fotorespirazione. La fotosintesi nelle piante C4. L'allocazione dei fotosintati. Nutrizione minerale La
composizione elementare della pianta. Il sistema radicale e le interazioni suolo radice. Esigenze
nutrizionali delle piante. Sintamatologie da carenza scompensi nutrizionali e cenni sulla funzione
dei nutrienti. Le strategie dell'assorbimento dei nutrienti. La distribuzione dei nutrienti alla pianta.
Regolatori di crescita e percezione e trasduzione del segnale - Gli ormoni delle piante:
panoramica. Fisiologia e biochimica dei fitormoni; percezione e trasduzione dei segnali; recettori; il
calcio come secondo messaggero intracellulare. Il Metabolismo secondario. I metaboliti secondari:
terpenoidi; alcaloidi; fenilpropanoidi; flavonoidi; Cumarine e stilbeni. Applicazioni Biotecnologiche
della ricerca sui metaboliti secondari. Risposta agli stress abiotici. Stress idrico. Stress salino.
Stress da congelamento. Stress da calore. Allagamento e carenza di ossigeno. Stress ossidativo.
Peculiar plant metabolism – plant respiration; the pentose phosphate pathway; the glyoxylate
cycle; overview on the secondary metabolism. Photosynthesis – general aspects of
photosynthesis, light absorption and energy conversion; electron transport pathway; the Z scheme
and photosystems; light driven ATP synthesis; carbon dioxide fixation and the Calvin-Benson
cycle; regulation of CO2 fixation; photorespiration and C2 oxidative photosynthetic C cycle; the C4
pathway and the CAM metabolism. Carbohydrate metabolism. Water and plant – water uptake and
transport; transpirational water movement in the xylem; water balance in the plant. Mineral nutrition
– physiology, biochemistry and molecular biology of mineral nutrient acquisition, transport and
utilization; macro- and microelements, deficiency and toxicity; nitrogen and sulfur assimilation.
Plant hormones and signal perception and transduction – overview on plant growth regulators;
molecular physiology and biochemistry of plant hormones; signal perception and transduction in
plants; receptors; calcium as second intracellular messenger.
BOTANICA E SISTEMI COLTURALI
9 CFU
Botanica BIO/01
2,5 CFU lezioni 0,5 CFU esercitazioni
Sistemi colturali AGR/04
2,5 CFU lezioni 0,5 CFU esercitazioni
Agronomia AGR/02
2,5 CFU lezioni+ 0,5 CFU esercitazioni
Programma Lezioni
Botanica agraria
Caratteristiche particolari delle cellula delle piante: L’accrescimento per divisione e per
distensione. Le membrane delle cellule delle piante. La parete cellulare: struttura e significato. Le
modifiche della parete cellulare durante il differenziamento cellulare: la lamella mediana, la parete
primaria, la parete secondaria, modificazioni particolari. I plasmodesmi. La compartimentazione
delle cellule vegetali: sviluppo e significato morfo-funzionale del vacuolo. I plastidi: ontogenesi e
differenziamento dei plastidi: proplastidi, plastidi amiliferi, cromoplasti e plastidi clorofilliani. Il
potenziale chimico dell’acqua. Il potenziale di soluto e l’osmoregolazione, movimenti cellulari. Il
potenziale di pressione.
Organizzazione strutturale delle piante. La organizzazione generale delle piante superiori.
Riproduzione nelle piante. generalità, riproduzione vegetativa, riproduzione sessuale: cicli
metagenetici e modalità della riproduzione sessuale.
Il differenziamento delle cellule delle piante. I tessuti delle piante. Gli organi delle piante.
Sviluppo e organografia della radice, del fusto e della foglia. Il fiore, il frutto ed il seme.
Particolari modifiche strutturali di organi e tessuti delle piante quali fonti di alimenti e prodotti per
l’industria.
Testi consigliati
Botanica generale e Diversità vegetale – Gabrielle Pasqua, Giovanna Abbate – Cinzia Forni.
Piccin.
Biologia delle Piante - Peter H. Raven, Ray F Evert, Susan E. Eichhorn Sesta edizione (2002)
Zanichelli
Elementi di Biologia Vegetale – botanica generale Oreste Arrigoni
Casa Editrice Ambrosiana – Milano
Biologia Vegetale - Paolo Pupillo, Felice Cervone, Mauro Cresti, Nicoletta Rascio
Prima Edizione (2003) Zanichelli
Sistemi colturali
I sistemi colturali. Gestione delle colture in pieno campo, serra e fitotrone. Ecofisiologia delle
colture in ambiente protetto e strategie per regolare la crescita e la produzione.
Sistemi di coltivazione idroponici: tipologia e descrizione degli impianti: floating system, Nutrient
Film Technique (NFT), aeroponica, flusso e riflusso. Attrezzature e automazione della gestione
colturale delle colture in fuori suolo. Substrati di colturali, proprietà chimico-fisiche e interazione
con la coltura.
Gestione delle soluzione nutritive: descrizione e strategie di gestione delle soluzione nutritive
negli impianti a ciclo aperto e chiuso. Formulazione delle nutritive e importanza delle caratteristiche
chimico-fisiche sull’assorbimento degli elementi nutritivi. Sistemi di sterilizzazione delle soluzioni
nutritive nei sistemi a ciclo chiuso.
Testi consigliati
E-book sulla coltivazione idroponica sarà disponibile su ariel con il
Agronomia
L’agroecosistema. Il clima e le piante: influenza delle variabili climatiche sulla produzione
vegetale (radiazione solare, temperatura, idrometeore, vento, umidità). Termoperiodismo.
Fotoperiodismo.
Acqua, terreno e pianta. Proprietà chimiche, fisiche, biologiche ed idrologiche del terreno
Tessitura e struttura del terreno. Massa volumica apparente. Caratteristiche idrologiche. Uso
dell’acqua da parte delle colture: Evapotraspirazione di riferimento, massima e effettiva. Dinamica
dell’assorbimento dell’acqua. Efficienza di uso dell’acqua.
Agrotecnica. Principi e tecniche della fertilizzazione: le esigenze nutritive delle colture: macro- e
microelementi. Dinamica degli elementi nutritivi nel suolo. Tipi di concimi (azotati, fosfatici e
potassici) e modalità di somministrazione. Correttivi ed ammendanti. Reflui zootecnici.
Principi e tecnica dell'irrigazione: bilancio idrico e determinazione dei fabbisogni idrici delle colture.
Sistemi d'irrigazione a gravità e in pressione. Avvicendamento delle colture e sistemi colturali.
Sistemi colturali estensivi, intensivi e biologici. Il controllo delle erbe infestanti: mezzi preventivi,
agronomici, fisici, biologici e chimici. Tipi di erbicidi, modi di somministrazione, selettività e
persistenza, rilasci nell’ambiente.
Testi consigliati: Luigi Giardini. Agronomia generale ambientale e aziendale. Pàtron (solo per
consultazione)
Materiale presentato alle lezioni e ulteriore materiale ad hoc.
Parte pratico-applicativa
Osservazioni al microscopio delle strutture cellulari in organismi vegetali
Osservazioni di tessuti ed organi di piante.
Formulazione delle soluzioni nutritive e calcolo dei fabbisogni delle colture in impianti idroponici.
Applicazione delle conoscenze acquisite alla coltura del mais: piano colturale, di irrigazione,
concimazione e diserbo.
English version
Botany
Characteristics of the plant cell. Plant cell growth: multiplication and enlargement. Cell
membranes in plant cells. The cell wall: structure and functions. Changes in the cell wall during cell
differentiation: the middle lamella, the primary wall, the secondary wall, peculiar modifications.
Compartmentalization in plant cells: developments and morpho-physiological function of the
vacuole. The tonoplast. Storage of different compounds in the vacuoles. Plastids: genesis and
differentiation: proplastids, amyloplasts, chromoplasts and chloroplasts. Water, solutes and cells.
The chemical potential of water. The solute potential and osmoregulation. Cell movements. The
pressure potential.
Structural organization of plants: general organization of plants and growth.
Reproduction in plants. generalities, vegetative reproduction, sexual reproduction: metagenetic
life cycles of plants.
Cell Differentiation. Plant tissues. Plant organs. General organization of vascular plants.
Development and anatomy roots, stems and leaves. Special modifications of plant organs and
tissues as a source of food and industry products.
Agronomy
The agro-ecosystem Plant and climate: effects of meteorological variables (solar radiation,
temperature, precipitation, wind, relative humidity) on crop production. Thermal time. Response to
day length.
Water, soil and plants. Chemical, physical, biological and hydrological properties of the soil.
Particle size distribution and particle aggregation. Bulk density. Hydrological characteristics. Water
consumption and use: reference evapotranspiration, crop evapotranspiration, actual
evapotranspiration. Dynamics of water uptake and water use efficiency.
Crop management ant their scientific basis Crop fertilization techniques. The requirement of
nutritional elements, macro and micro nutrients. Dynamics of nutrients in soil. Type of fertilizers
(Nitrogen, phosphorus and potassium fertilizer) and their use. Organic fertilization, slurry and
manure characteristics and usage. pH correction and improvement of physical characteristics of
soil. Irrigation principles and techniques. The soil water balance and the determination of crop
water requirements. Irrigation system: surface and rain systems. Cropping system and crop
rotation. Intensive, extensive and organic agriculture systems. Weeds control. Weed management
using agronomic, chemical, mechanical biological and physical approach. Herbicides main
category, distribution, selectivity and persistence.
Practical applications
Practical part Microscope observation of cell structure in plant. Microscope observation of plant
tissues and organs.
Application of the acquired knowledge to maize crop: crop management plan, including irrigation,
fertilization and weeding.
CROP SYSTEMS
Crop systems: strategies for crop management in field, greenhouse and growth chambers.
Ecophysiology of crops in protected environment and regulation of plant growth and yield.
Hydroponics growing systems: description of hydroponic systems used and different types such
as floating system, Nutrient Film Techniques (NFT), aeroponics, ebb and flow. Tools and
automation of hydroponic cultivations. Substrates and their physical and chemical properties.
Descritpion of substrate and plant interactions.
Managament of nutrient solutions: description of the different strategies used for nutrient
solutions management in closed and open hydroponic systems. Chemistry and calculation behind
the preparation of nutrient solutions. Importance of nutrient solution physical-chemical properties
on plant nutrients uptake. Sterilization systems of nutrient solutions in the closed systems.
Chimica e biochimica delle molecole di interesse agroalimentare
(Chemistry and Biochemistry of Agri-Food Molecules)
II anno, II semestre
Obiettivi
Questo insegnamento si propone di fornire allo studente conoscenze avanzate in ambito chimico e
biotecnologico sulle principali molecole, prevalentemente non informazionali, di interesse
agroalimentare.
Alla parte I (Chimica), dedicata alla descrizione delle molecole in questione in termini di struttura e
reattività chimica, seguirà la parte II (Biochimica) che ha come obiettivo principale di mettere in
risalto i rapporti struttura/funzione di queste molecole sia negli organismi che le hanno prodotte
che negli utilizzatori finali.
Lo studente acquisirà inoltre una conoscenza delle potenzialità di intervento su queste molecole,
mediante modifiche chimiche, enzimatiche o di processo mirate al miglioramento della loro qualità
complessiva (stabilità chimica e fisica, solubilità, interazioni ed attività biologica, che si manifesta
nelle proprietà nutrizionali e nutraceutiche di questi composti).
Le esercitazioni di laboratorio associate all’insegnamento hanno l’obbiettivo di far acquisire allo
studente familiarità con le principali tecniche estrattive e di bio-manipolazione di alcune delle
molecole oggetto di insegnamento al fine ultimo di consentirgli di affrontare autonomamente studi
e applicazioni in contesti di ricerca e professionali ampi ed interdisciplinari.
Chimica delle molecole di interesse agroalimentare
(Chemistry of Agri-Food Molecules)
CHIM/06: 3 CFU (Frontale: 2.5 CFU; Esercitazioni: 0.5 CFU)
Programma
Introduzione: il ruolo dei prodotti del metabolismo secondario nelle interazioni tra pianta e
ambiente. Sostanze allelopatiche ed elicitori. Sostanze repellenti ed attrattori.
La chimica degli aromi e delle fragranze: sostanze astringenti, dolci, amare, piccanti. Aromi
naturali. Esaltatori di sapidità.
Terpeni e steroidi. Monoterpeni lineari e ciclici. Steroidi. Cenni sulla loro biosintesi.
Fibre alimentari. Struttura e proprietà chimiche e fisiche degli oligo e polisaccaridi di interesse
alimentare e biotecnologico. Fibre alimentari solubili e insolubili.
Antiossidanti e pigmenti naturali: Struttura, proprietà chimico-fisiche e reattività di polifenoli e
carotenoidi. Sostanze solforate. Fonti naturali.
Principi antinutrizionali: saponine, cardenolidi, alcaloidi, alcaloidi steroidei. Cenni sulla biosintesi
degli alcaloidi
Sostanze fototossiche: struttura, fonti naturali e meccanismo d'azione.
Esercitazioni: Estrazione, purificazione e saggi di attività di una sostanza naturale tra quelle
trattate durante il corso. Le molecole estratte verranno utilizzate nella seconda parte del Corso
(parte biochimica), per saggi di attività inibitoria di specifici enzimi o saggi di riconoscimento
enzimatico.
Modalità di esame: Prova orale con due domande di carattere generale più una di
approfondimento.
Biochimica delle molecole di interesse agroalimentare
(Biochemistry of Agri-Food Molecules)
BIO/10: 5 CFU (Frontale: 4.5 CFU; Esercitazioni: 0.5 CFU)
Programma
Introduzione: dalla struttura alla funzione dei composti trattati nella parte chimica ed altri di ulteriore
interesse biochimico/biotecnologico/nutrizionale.
Terpeni, antiossidanti naturali, vitamine: proprietà biochimiche rilevanti per il loro ruolo biologico,
alimentare e nutraceutico (p.e. omeostasi dello stato redox della cellula; “radical scavengers”,
etc.). Modifiche biochimiche desiderate e non, durante i trattamenti industriali degli alimenti.
Fibre alimentari solubili e insolubili. Proprietà biochimiche rilevanti per il loro ruolo biologico,
alimentare e nutraceutico. Fibre alimentari e biodisponibilità di molecole di rilevanza nutrizionale e
salutistica (colesterolo, metalli, vitamine).
Tossine di natura proteica (p.e. “ribosome-inactivating proteins”, inibitori proteici di enzimi, lectine),
ruolo biologico e loro impieghi biotecnologici (p.e. immunotossine, biocidi, ecc.). Ruolo biochimico
dei composti antinutrizionali tipici dei semi di cereali e leguminose e loro potenziale ruolo
nutraceutico.
Modificazioni enzimatiche e biotecnologiche di proteine: inattivazione di proteine “tossiche” negli
alimenti (p.e. glutine/prolammine); impiego della transglutaminasi nell’industria alimentare (p.e.
“food texture”).
La difesa “molecolare” da stress biotici e abiotici come fonte di sostanze/processi innovativi di
interesse biotecnologico (p.e. brassinosteroidi, acido salicilico, acido rosmarinico). Molecole del
“quorum sensing” e difesa antivegetativa di piante che vivono in ambienti acquatici: fonte di
sostanze naturali per nuove strategie antimicrobiche.
Target molecolari (p.e. recettori del gusto, recettori del “quorum sensing”) come “stampi” per nuove
molecole bio-attive. Strumenti e approcci per l’identificazione di molecole bioattive.
Cenni sugli approcci biotecnologici mirati al miglioramento di rese e qualità dei composti bio-attivi
(p.e. ingegneria metabolica).
Esercitazioni: Utilizzo di sostanze estratte e purificate nella parte chimica dell’insegnamento per
modificazioni enzimatiche mirate alla loro quantificazione e/o valorizzazione della stabilità, delle
proprietà chimico-fisiche e dell’attività biologica.
Modalità di esame: Prova orale con due domande di carattere generale più una di
approfondimento.
LABORATORIO DI METODOLOGIE BIOMOLECOLARI
6 CFU
L’obiettivo del Corso è quello di sviluppare nello studente le competenze operative e le capacità
critiche necessarie per la scelta e lo svolgimento della corretta metodologia analitica e/o
preparativa nel campo delle biotecnologie molecolari.
Le tecniche e le metodologie trattate nel Corso verranno applicate per affrontare le problematiche
sperimentali più frequenti, quali: separazione di organelli cellulari, estrazione e analisi di proteine
da materiale vegetale, purificazione di enzimi, estrazione ed analisi di acidi nucleici, disegno ed
esecuzione di una amplificazione di DNA.
Il programma comprende i seguenti argomenti:
- Come muoversi in un laboratorio di biotecnologie molecolari (sicurezza, comportamento,
attrezzature, etc.).
- Preparazione di soluzioni (soluzioni di uso comune; sistemi tampone; tamponi biologici; etc.).
- Solubilità di proteine e acidi nucleici (estrazione e precipitazione)
- Tecniche spettrofotometriche (quantificazione ed analisi spettroscopica di acidi nucleici e
proteine, fluorimetria).
- Tecniche elettroforetiche: elettroforesi mono- e bi-dimensionale di proteine, elettroforesi di acidi
nucleici (DNA genomico, frammenti di restrizione, RNA), blottaggio.
- Tecniche immunochimiche (Western e dot blotting, ELISA).
- Tecniche cromatografiche: tradizionali e minispin (gelfiltrazione, scambio ionico, interazione
idrofobica, affinità).
- Saggi di attività enzimatica.
- Gli enzimi in biologia molecolare (nucleasi, ligasi, polimerasi, enzimi modificanti).
- Analisi di restrizione enzimatica
- PCR: end-point e real-time (criteri di progettazione di una reazione: disegno degli oligonucleotidi,
temperature ottimali, titolazione di MgCl2).
- Ligazione di un frammento di restrizione in un plasmide di clonaggio. Trasformazione e selezione
bianco/blu.
- Bioinformatica: bioinformatica come ausilio nel clonaggio di geni e nella PCR (banche dati,
ricerca di sequenze per allineamento, posizione nel genoma, etc.).
English version
The aim of the course is to provide the molecular tools needed to carry on research and analysis
at molecular level in the field of biotechnologies.
The techniques and methodologies will be applied to: separation of cell organelles, extraction and
analysis of proteins from plant material, purification of enzymes, extraction and analysis of nucleic
acids, design and execution of a DNA amplification.
The program includes the following topics:
- How to work in a laboratory of molecular biotechnology (safety, behavior, equipment, etc.).
- Preparation of solutions ( common buffer systems, biological buffers, etc.).
- Solubility of proteins and nucleic acids (extraction and precipitation)
- Spectrophotometric techniques (quantification and spectroscopic analysis of nucleic acids and
proteins, fluorimetry).
- Electrophoretic techniques: one- and two-dimensional electrophoresis of proteins, electrophoresis
of nucleic acids (genomic DNA, restriction fragments, RNA), blotting.
- Immunochemical techniques (Western and dot blotting, ELISA).
- Chromatographic techniques: traditional and MiniSpin (gelfiltration, ion exchange, hydrophobic
interaction, affinity).
- Essays of enzyme activity.
- The enzymes in molecular biology (nucleases, ligases, polymerases, modifying enzymes).
- Restriction enzyme analysis
- PCR: end-point and real-time (design of oligonucleotides, optimum temperature, titration of
MgCl2).
- Ligation of a restriction fragment in a plasmid cloning. Transformation and blue-white screen.
- Bioinformatics: bioinformatics in gene cloning and PCR (databases, search of sequences for
alignment, position in the genome, etc.).
AGROBIOTECNOLOGIE MICROBICHE
Docente: ELENA SARA CROTTI
CFU: 6 (5 + 1)
Obiettivi formativi:
Il corso si propone di illustrare i principi e gli strumenti per lo studio della diversità microbica ed i
meccanismi biologici e le potenzialità applicative delle comunità microbiche complesse per le
produzioni agrarie e la protezione delle piante dalle avversità, nell'ottica dell'ottimizzazione della
Gestione della Risorsa Microbica.
Competenze acquisite:
Conoscenza dei meccanismi metabolici, fisiologici ed ecologici che modulano le potenzialità
metaboliche e consentono l'applicazione delle biotecnologie derivanti dallo sfruttamento delle
comunità microbiche complesse per le produzioni agrarie e la protezione delle piante.
Programma:
Il corso si articolerà in cinque parti:
i) Ecologia molecolare dei microrganismi nel sistema suolo-pianta. Sistematica batterica e
filogenesi. Il concetto di specie procariota. I principali cronometri molecolari. L'rRNA
16S come marcatore molecolare per l'analisi delle popolazioni microbiche. Coltivabilità
e incoltivabilità. I principali metodi per l'analisi di popolazioni: tecniche indipendenti dalla
coltivazione. Topologia delle associazioni microbiche. Marcatori molecolari e
tipizzazione di ceppi microbici.
ii) Microrganismi, fertilità e interazioni pianta-microrganismi. I battei promotori della crescita
vegetale. Produzione di ormoni vegetali e solubilizzazione del fosforo. Controllo
microbiologico dei batteri e dei funghi fitopatogeni. Micoparassitismo: Trichoderma.
iii) Insetticidi microbici: La colesterolo ossidasi di Streptomyces. Bacillus thuringiensis: Tossine
Cry e Vip. Altri fattori di virulenza. Sporulazione ed espressione delle tossine Cry. B.
thuringiensis ingegnerizzati.
iv) Il biocontrollo delle avversità delle piante. Controllo biotecnologico delle erbe infestanti.
Biosafening e tiocarbammati.
v) Esercitazioni in laboratorio. Le esercitazioni prevedono lo studio delle proprietà di
promozione di crescita vegetale di batteri isolati da radici vegetali e saggi di
colonizzazione radicale con batteri marcati con proteine fluorescenti.
MICROBIAL AGROBIOTECNOLOGY
Teacher: ELENA SARA CROTTI
CFU: 6 (5 + 1)
Educational objectives:
The course aims to illustrate the principles and tools to characterize the microbial diversity. It aims
to elucidate the biological mechanisms and the potential applications of complex microbial
communities in agricultural production and plant protection against adversities, in order to optimize
the microbial resource management.
Acquired skills:
Knowledge of the metabolic, physiological and ecological mechanisms at the basis of the complex
microbial communities in order to apply microbial biotechnology in agricultural production and plant
protection.
Program:
The course is divided into five parts:
i) Molecular ecology of microorganisms in soil-plant system. Bacterial systematics and
phylogeny. The concept of prokaryotic species. The main molecular chronometers. The
16S rRNA gene as a molecular marker for the analysis of a microbial population.
Cultivability and uncultivability. Analysis of a microbial population: cultivationindependent methods. Topology of microbial associations. Molecular markers and
typing of microbial strains.
ii) Microrganisms, fertility and plant-microorganism interactions. Plant growth promoting
bacteria. Production of plant hormones and solubilization of phosphorus.
Microbiological control of bacterial and fungal pathogens. Mycoparasitism:
Trichoderma.
iii) Microbial insecticides: The cholesterol oxidase of Streptomyces. Bacillus thuringiensis. Cry
toxins and Vip. Other virulence factors. Sporulation and expression of Cry toxins.
Engineered B. thuringiensis.
iv) Biocontrol of plant adversities. Biotechnological control of weeds. Biosafening and
thiocarbamates.
v) Practice exercises in laboratory. The laboratory exercises involve the characterization of
plant growth promoting properties of isolates obtained from plant roots and the study of
root colonization using bacteria labeled with fluorescent proteins.
Genomica e Miglioramento delle Piante
Unità didattica: “Genetica e genomica vegetale” - 7 CFU
Docente: Gabriella Consonni - Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali
[email protected]
Obiettivi
Il corso intende offrire agli studenti conoscenze sulla struttura e l’attività di geni e genomi delle
principali piante coltivate. Fornisce alcune metodologie per l’isolamento di singoli geni nei sistemi
vegetali e per lo studio dei caratteri importanti nel miglioramento genetico delle piante coltivate.
Competenze acquisite.
Gli studenti avranno acquisito, dalle lezioni frontali e dai laboratori, la capacità di applicare alcune
metodiche di genetica molecolare e genomica allo studio dei genomi, all’isolamento e all’analisi
funzionale dei geni e alla dissezione di caratteri utili per il miglioramento nei sistemi vegetali.
Avranno inoltre acquisito i principi per la costruzione delle mappe genetiche e per l’impiego dei
marcatori nei programmi di miglioramento.
Sintesi del programma
Architettura del genoma delle piante, sequenze uniche, famiglie multigeniche e DNA ripetivo.
Regolazione dell’espressione genica nelle piante. Impiego dei marcatori nella costruzione delle
mappe genetiche. Strategie per l’isolamento dei geni nelle piante e per l’analisi funzionale.
Programma dettagliato
Architettura del genoma. Sequenze uniche e sequenze ripetute. Famiglie di geni a funzione nota a
struttura semplice e complessa. Diversi tipi di DNA ripetitivo. Elementi trasponibili. Elementi
trasponibili di classe I e di classe II. La scoperta degli elementi trasponibili in mais. Elementi
trasponibili nei procarioti. Le famiglie degli elementi trasponibili in mais. Ruolo dei trasposoni
nell’evoluzione del genoma delle piante superiori. Analisi comparative dei genomi delle piante,
colinearità, geni ortologhi e paraloghi.
La costruzione delle mappe genetiche. Principi dell’analisi di associazione per la costruzione delle
mappe genetiche. Le basi molecolari dei marcatori a DNA. I marcatori molecolari RFLP,
microsatelliti e SNP. Impiego dei marcatori per la costruzione di mappe di associazione. Scelta e
realizzazione delle popolazioni.
Il gene dal punto di vista della trascrizione. Sequenze promotrici, enhancer e silencer. Fattori di
trascrizione di tipo basale e regolativo, struttura a domini indipendenti. Geni strutturali e geni
regolatori in sistemi modello di regolazione coordinata: fotomorfogenesi, biosintesi dei pigmenti
antociani, proteine di riserva nei semi. I geni della domesticazione.
Modificazioni epigenetiche e regolazione dell’espressione genica. Metilazione del DNA.
Cambiamenti nel profilo di metilazione del DNA e attività dei geni. Struttura del cromosoma. Diversi
livelli di compattamento della cromatina, regioni trascrizionalmente attive. Modificazioni degli istoni,
acetilazione e metilazione, e regolazione dell'espressione genica.
Identificazione e analisi funzionale dei geni nelle piante. Genetica diretta e genetica inversa.
Mutagenesi traspositiva e gene tagging per l'isolamento di geni. Analisi della co-segregazione con
metodologie basate sulla tecnica del Southern blot e sulla PCR. Realizzazione di collezioni di
mutanti da inserzione. Approccio mutazionale per la dissezione di processi complessi, quali
sviluppo del seme, altezza e architettura della pianta. Clonaggio dei geni e studio della funzione
genica. Varianti in singoli geni e miglioramento genetico delle piante coltivate: i geni della
rivoluzione verde.
Miglioramento genetico vegetale in vitro
MARIA CLAUDIA PIAGNANI
Course introduction. In vitro culture (TC) in plant propagation and breeding overview.
Role of growth regulators on TC: mode of action, transport and metabolism. Cytokine.
Auxins.
GA. Other plant growth regulators.
Cell tissue and organ culture initiation 1-Axenic explants and subcultures.
Micropropagation: 2- proliferation 3- ex vitro rooting 4- acclimatization. Cryopreservation.
Differentiation and morphogenesis. In vitro totipotence expression: organogenesis and
somatic embryogenesis (S.E.), comparison between the previous two and their applications.
Factors affecting the morphogenetic process: culture medium and environmental parameters.
Somatic embryogenesis phase in model species. Orthodox and recalcitrant embryo. Case
studies. Somatic embryogenesis as a case study for zygotic model. Morphogenesis and
somatic embryogenesis molecular markers. Orthodox and recalcitrant somatic embryos.
Somaclonal variation. Genetic and epigenetic variations. Factors involved in somaclonal
variation. Major types of somaclonal variation and their genetic consequences: chromosomal
aberrations and activation of transposable elements.
In vitro selection: requirements and benefits. Positive selection. Negative selection. Selection
of mutants resistant to antibiotics and herbicides. Mutants expressing high levels of amino acids
in maize. Applications in plant breeding
Cell – suspension cultures. Callus culture. Culture media. Continuous and discontinuous
cultures and related growth curves. Methods of growth determination. Synchronization of
cultures.
Protoplast. Isolation techniques. Culture methods. Somatic hybridization and selection
methods for recovering somatic hybrid. Obtaining plant by somatic hybrid.
Haploid . Importance of haploid in higher plants. Anther culture (androgenesis).Ovaries Culture
(gynogenesis) doubled haploid (DH). Haploid use in crop breeding
Genetic transformation: overview. Indirect (virus and plasmids) direct (Agrobacterium
mediated genetic transformation). Plasmid vectors.T-DNA. Transient expression. Technique's
Phases. Transgenic plants analysis . Strategies to modify gene expression: heterologous gene
antisense and overexpression. transformation for herbicide - resistance and plant habitus
modification. The biolistic system. Metabolic engineering of potato carotenoid content through
tuber-specific overexpression of a bacterial Mini-Pathway. Marker-free- MAT( Multi Auto
Transformation), ipt-type MAT-MT and PsMTA gene which it is useful to the phytoremediation
In vitro culture contribution in fruit species genetic improvement of (Prunus avium, Fragaria
spp) ornamental species (Pelargonim zonale) woody (Populus spp)
Protezione delle piante
Entomologia
10 CFU
Il phylum degli Artropodi e la classe degli Insetti.
Morfologia esterna degli insetti, esoscheletro. Capo e appendici. Apparati boccali. Torace e
appendici. Addome e appendici.
Sistema circolatorio. Sistema muscolare. Sistema digerente. Sistema respiratorio. Sistema
escretore. Sistema nervoso e sensilli. Sistema riproduttore e riproduzione. Ghiandole a secrezione
interna. Ghiandole a secrezione esterna. Sistemi di comunicazione intra e interspecifici.
Semiochimici (feromoni, allomoni, kairomoni e sinomoni).
Sviluppo post-embrionale.Mimetismo. Rapporti tra insetti e altri animali: simbiosi, antagonismo,
predazione e parassitizzazione.
Generalità sulla difesa. Integrated Pest Management. Soglie. Monitoraggio e dispositivi per il
monitoraggio. Mezzi chimici: principali classi di insetticidi e meccanismi d’azione. Lotta
microbiologica. Bacillus thuringiensis: applicazioni e modalità di azione.
Lotta biologica. Mezzi biotecnici di lotta. Lotta con feromoni. Tecnica del maschio sterile. Piante
resistenti: antixenosi, antibiosi, tolleranza. Piante transgeniche.
Programma Inglese
The phylum of Arthropods and the class of Insects.
External morphology of insect. Head and mouthparts. Thorax. Abdomen.
Circulatory system. Muscular system. Digestive system. Respiratory system. Excretory system.
Nervous system and sensilla. Reproductive system and reproduction. Endocrine glands. External
secretion glands. Intra- and interspecific communication systems.
Embryonic and Postembryonic development.. Relationships between insects and other animals:
symbiosis, antagonism, predation and parasitism.
General information on the defense. Integrated Pest Management. Thresholds. Monitoring devices.
Main classes of insecticides and mechanisms of action. Microbiological control. Bacillus
thuringiensis: applications and mode of action.
Biological control. Biotechnical control. Use of pheromones. Technique of the male sterile.
Resistant plants: antixenosys, antibiosis, tolerance. Transgenic plants.