ITALIANO

Risultano propedeutiche a questo corso le conoscenze di base di biologia generale, genetica agraria, chimica, biochimica, microbiologia, arboricoltura e frutticoltura.

Il corso si svolge tramite lezioni teoriche frontali con l’ausilio di presentazioni power point e video didattici (6 CFU), e di esercitazioni pratiche di laboratorio sulle principali tecniche di rigenerazione e trasformazione genetica in vitro di specie arboree; selezione di eventi di trasformazione tramite osservazione dell’espressione di geni reporter transgenici/cisgenici; estrazione di DNA genomico da pianta; caratterizzazione molecolare di piante di specie arboree geneticamente modificate (3 CFU). Il corso è impartito anche in modalità e-learning utilizzando la piattaforma Moodle, dove è possibile accedere alle presentazioni utilizzate in aula e al materiale di approfondimento sugli argomenti trattati.

Conseguire adeguate conoscenze su tecniche di clonaggio per la preparazione di vari tipi di vettori (transgenici, cisgenici/intragenici, per il genome editing, e RNAi) e la loro espressione in specie arboree e frutticole; conoscenze su processi di rigenerazione (organogenesi ed embriogenesi somatica) e tecniche di ingegneria genetica applicate a specie da frutto; applicazione delle nuove tecniche genomiche (NGTs) per il miglioramento genetico delle specie da frutto e caratterizzazione molecolare di linee trasformate.

L’insegnamento si propone di introdurre gli studenti alle tecniche di clonaggio di diversi vettori plasmidici; all’uso di diversi marcatori di selezione e geni reporter transgenici/cisgenici; all’ottimizzazione di protocolli di rigenerazione e modificazione genetica, su tessuti somatici in vitro, di specie arboree e frutticole per l’applicazione di strumenti biotecnologici (RNAi, cisgenesi, intragenesi, genome editing); applicazione di tecniche molecolari per la caratterizzazione di piante geneticamente modificate.

a) Autonomia di giudizio: abilità nel selezionare e applicare gli strumenti biotecnologici e di caratterizzazione molecolare più adatti a diversi casi studio e obiettivi nell’ambito del miglioramento genetico di specie arboree e frutticole. b) Abilità comunicative: trasferire in modo chiaro ed esauriente informazioni, idee, problemi e relative soluzioni tecniche a interlocutori, specialisti e non, rappresentativi delle diverse e specifiche competenze per le diverse tecniche e strumenti biotecnologici volti alla produzione e caratterizzazione molecolare di piante geneticamente modificate, e nei benefici e rischi ad esse associate.

Programma:
1. Il clonaggio: i) Vettori per il clonaggio genetico (plasmidi, fagi, cosmidi, vettori BAC e YAC); Preparazione di cellule competenti; Trasformazione di E. coli; Selezione di batteri ricombinanti. ii) Metodi e protocolli di clonaggio – Clonaggio basato sull’uso di enzimi di restrizione; The Gateway technology (1 CFU).
2. Sequenze caratterizzanti un costrutto genico: i) promotori (es: costitutivi, spaziotemporali, inducibili e sintetici); ii) geni marcatori di selezione, geni morfogenici, e sistemi marker-free; iii) geni reporter (1 CFU).
3. Aspetti cellulari, molecolari e fisiologici dei processi di morfogenesi in vitro delle piante: organogenesi (caulogenesi e rizogenesi) ed embriogenesi somatica da specie arboree e frutticole. Attività di laboratorio (1 CFU).
4. Trasformazione genetica di specie arboree e frutticole: i) trasformazione genetica diretta (es. metodo biolistico, elettroporazione, infiltrazione sottovuoto) e indiretta (mediata da A. tumefaciens o A. rhizogenes); ii) protocolli per la trasformazione genetica e la selezione di linee putativamente trasformate; iii) casi studio di miglioramento genetico di specie da frutto per stress biotici/abiotici e tratti d’interesse agronomico. Attività di laboratorio (1,5 CFU).
5. Protocolli per la caratterizzazione molecolare di linee geneticamente modificate di specie arboree e frutticole: i) isolamento di DNA genomico da tessuti vegetali; ii) Tecniche basate sulla PCR ii) Tecniche di ibridazione molecolare. Attività di laboratorio (2 CFU).
6. Nuove biotecnologie di breeding di precisione (NBTs) per il miglioramento genetico di specie arboree e frutticole: i) cisgenesi e intragenesi ii) sistema CRISPR-Cas9 di tipo II e Cas9 modificate (1 CFU).
7. RNA interferente (RNAi): i) meccanismo e molecole coinvolte (sRNA e microRNA); ii) mobilità delle molecole di silenziamento da cellula-cellula, “long-distance”, e in un sistema “trans-grafting”; iii) Cross-kingdom bidirezionale e vescicole extracellulari; iv) Piante basate sull’RNAi (HIGS) e prodotti basati sull’RNAi (SIGS) - applicazioni in specie arboree e frutticole. Attività di laboratorio (1 CFU).
8. Benefici e rischi legati all’applicazione delle diverse strategie biotecnologiche spiegate durante il corso (0,5 CFU).

La valutazione finale sarà basata su una prova orale che riguarderà gli argomenti spiegati nel corso.

Lo studente nel corso dell’esame dovrà dimostrare: a) conoscenza sulle principali strategie di clonaggio, tipologie di vettori plasmidici, e sequenze caratterizzanti un costrutto genico per espressione in pianta; b) conoscenza e comprensione delle diverse strategie di rigenerazione e ingegneria genetica, e di selezione in vitro di specie arboree e frutticole modificate geneticamente; c) conoscenza dei vari strumenti biotecnologici, comprese le nuove tecniche genomiche (NGTs), e la loro applicazione per il miglioramento genetico di specie da frutto; d) conoscenza delle principali tecniche molecolari per la caratterizzazione di piante geneticamente modificate; e) Biosicurezza delle piante geneticamente modificate.

Attribuzione del voto finale in trentesimi. Il superamento dell’esame porterà ad una valutazione con voto compreso tra i 18/30 e 30/30 con lode.

La prova orale sarà articolata su tre quesiti, ciascuno dei quali sarà valutabile con un punteggio variabile tra 0 e 10 punti.
L'esame si ritiene superato con valutazione pari a 18/30, se lo studente ha risposto sufficientemente, con punteggio pari a 6/10 a tutti e tre i quesiti principali.
Per superare con esito positivo la prova orale, lo studente dovrà dimostrare di possedere una complessiva conoscenza dei contenuti, esposti in maniera sufficientemente corretta con l’utilizzo di adeguata terminologia tecnica. La lode verrà attribuita agli studenti che, avendo conseguito la valutazione massima, abbiano dimostrato la completa padronanza della materia.

1. Autori vari (2017). Biotecnologie sostenibili. Edagricole
2. Terry A. Brown (2017). Biotecnologie molecolari. Zanichelli
3. Bruce Alberts Alexander Johnson Julian Lewis David Morgan Martin Raff Keith Roberts Peter Walter (2016). Biologia molecolare della cellula. Sesta edizione. Zanichelli.
4. Autori vari. (2015) Agrobacterium protocols. Third edition. Springer, New York, NY.

L’utilizzo della modalità e-learning tramite l’uso della piattaforma Moodle, mette a disposizione dello studente: a) il materiale didattico strutturato in unità di apprendimento; b) paper scientifici e video didattici di approfondimento; c) materiale per esercitazioni.