ITALIANO

Tecniche di coltura in vitro e trasferimento genico nelle piante. Organizzazione ed espressione dei genomi vegetali. Piccoli RNA, silenziamento trascrizionale e post-trascrizionale, proteine coinvolte nella biogenesi. Ingegneria genetica e piante OGM. Percezione e trasduzione del segnale. Sviluppo riproduttivo. Risposta delle piante agli stress biotici e abiotici

Bob. B. Buchanan, W. Gruissem, Russell L. Jones. Biochimica e Biologia Molecolare delle Piante. Zanichelli, 2018
Gianni Barcaccia e Mario Falcinelli – Genetica e Genomica, Volumi II e III. Liguori Editore
Gabriella Pasqua- Biologia Cellulare e Biotecnologie Vegetali. Piccin
Miglioramento genetico delle piante agrarie : Franco lorenzetti, Emidio Albertini, Luigi Frusciante, Daniele Rossellini, Luigi Russi, Roberto Tuberosa, Fabio Veronesi. Edagricole-New Business Media,2018

Il corso si propone di presentare gli aspetti molecolari della crescita e dello sviluppo delle piante e dell’interazione pianta – fattori ambientali biotici e abiotici. L'obiettivo è quello di fornire conoscenza e comprensione approfondite sui processi molecolari di riconoscimento e trasduzione di segnali interni (ormonali) ed esterni (luce, stress) alle piante. Verrà infine studiata l'organizzazione dei tre genomi vegetali per la creazione di piante geneticamente modificate

Conoscenze di base della fisiologia vegetale, della biologia molecolare, biochimica e della genetica di base.

Il corso è strutturato in lezioni teoriche frontali. In particolare sono previste 56ore di didattica frontale (7 CFU). Le lezioni si svolgono tre volte a settimana. L'esposizione è espletata mediante l’utilizzo di diapositive power-point.

Per aiutare lo studente a verificare in itinere il proprio livello di preparazione, il syllabus delle lezioni comprensivo di domande simili a quelle che costituiranno l’esame orale viene fornito di volta in volta.

Gli studenti avranno la possibilità di interagire costantemente con il docente grazie all’app SunMobile Vanvitelli e al continuo caricamento di contenuti inerenti le lezioni, sotto forma di pdf, foto e video sulla pagina del docente.
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tel 0823274560

Micropropagazione. Colture di calli e sospensioni cellulari. Variazione somaclonare. Ibridazione somatica mediante fusione di protoplasti. Ottenimento di apolidi mediante androgenesi e ginogenesi. Eterosi nelle piante. Depressione da inbreeding. Relazione tra inbreeding ed eterosi. Basi genetiche dell’eterosi: teoria della dominanza e della sovredominanza. Misura della dominanza. Seme sintetico. Confronto tra embriogenesi somatica e zigotica. Analisi molecolare e marcatori dell’embriogenesi. Fecondazione in vitro. Semi artificiali e sintetici.
Elementi di ingegneria genetica
Tecnologia del DNA ricombinante. Vettori di clonaggio. Genoteche. Identificazione di geni nelle librerie genetiche. Piante geneticamente modificate: metodi di trasformazione genetica. Il trasferimento del T-DNA. Integrazione del T-DNA nel genoma. Agrobacterium e le biotecnologie vegetali. Strumenti molecolari dell’ingegneria genetica: vettori. Sistemi di selezione. Promotori per le biotecnologie vegetali. Geni reporter. Il silenziamento genico mediato da piccoli RNA: basi molecolari. IR-PTGS (Inverted Repeat- Post-transcriptional Gene-Silencing), S-PTGS (Sense- Post-transcriptional Gene Silencing). microRNA (miRNA). Trans-acting siRNA (ta-siRNA). Trascritti naturali antisenso. Applicazioni del silenziamento genico mediato da piccoli RNA per la manipolazione genetica. Hairpin RNAi. microRNA artificiali.
Eredità ed ereditabilità dei caratteri quantitativi
Tappe fondamentali della genetica quantitativa. Influenza dei fattori ambientali sui caratteri quantitativi: Esperimenti di Johannsen. Effetti della componente genetica sulla variabilità dei caratteri quantitativi: Esperimenti di Emerson e East. Eredità dei caratteri quantitativi: Esperimenti di Nilsson Ehle sul colore della cariosside in frumento. Determinazione del numero di poligeni per un carattere quantitativo: Esperimenti di East sulla lunghezza della corolla fiorale in tabacco. Effetto della dominanza sull’eredità dei caratteri quantitativi. Ereditabilità dei caratteri quantitativi: componenti della varianza fenotipica e della varianza genetica. Ereditabilità in senso largo e in senso stretto. Geni modificatori, penetranza ed espressività.
Controllo genetico della riproduzione
Lo sviluppo riproduttivo. Analisi genetica e molecolare dello sviluppo del fiore. Sistemi riproduttivi nelle piante: sporogenesi, gametogenesi e fecondazione. Monoicismo e dioicismo: Determinazione genica e cromosomica del sesso. Morfologie fiorali e meccanismi fisiologici condizionanti il sistema riproduttivo. Mutazioni che influenzano lo sviluppo del gametofito. Incompatibilità. Maschiosterilità e femminasterilità. Impiego della maschiosterilità per la produzione di seme ibrido. Gameti non ridotti: meccanismi citologici e conseguenze genetiche. Poliploidizzazione sessuale, eredità sbilanciata dell’endosperma e sterilità dell’embrione. Apomissia. Determinazione del tipo di riproduzione.
Cellule vegetali come bio-fabbriche di prodotti chimici e farmaceutici
Metaboliti secondari e loro ruolo nelle piante. Uso dei metaboliti secondari in campo farmaceutico, cosmetico ed agroalimentare. Strategie per incrementare la produzione di metaboliti secondari in sistemi in vitro. Ottimizzazione delle condizioni colturali per aumentare la resa. Selezione delle linee cellulari, trasformazioni geniche ed ingegneria metabolica per aumentare la produttività di metaboliti secondari. Permeabilizzazione di membrane per il recupero dei metaboliti. Immobilizzazione cellulare. Elicitazione. Produzione di metaboliti in bireattore. Biotrasformazione di substrati per produrre molecole di interesse biologico. Estrazione ed analisi chimica dei metaboliti secondari.
Organizzazione ed espressione del genoma
Geni e Cromosomi. Genoma nucleare:composizione, paradosso C, dimensioni, poliploidia. Elementi trasponibili e sequenze ripetute. Retrotrasposoni. Meccanismi di trasposizione. Utilizzo dei trasposoni come marcatori molecolari per l'identificazione varietale. SSAP. IRAP. Espressione genica. Il ruolo della cromatina nell'organizzazione dei cromosomi e nell'espressione genica. Meccanismi epigenetici di regolazione genicaGameti non ridotti, ridondanza genica. Sintenia e collinearità. DNA mitocondriale: ricombinazione ed eteroplasmia. Sterilità maschile citoplasmatica e nucleare DNA Plastidiale. Trasferimento del DNA dagli organelli al nucleo. Espressione genica negli organelli.
Percezione e trasduzione del segnale
Panoramica sulla trasduzione del segnale. I recettori. Esempi specifici di recettori nelle piante. Trasmissione del segnale tramite le proteine G e i fosfolipidi. I nucleotidi ciclici. Il calcio. le proteine chinasi:elementi primari della trasduzione del segnale. Vie di segnale associate ai regolatori della crescita.
Risposta delle piante agli stress biotici
Le vie attraverso cui i patogeni delle piante causano malattie. I sistemi di difesa delle piante. La base genetica dell'interazione pianta-patogeno. I geni R e la resistenza alle malattie. La biochimica delle reazioni di difesa delle piante. Le risposte sistemiche di difesa delle piante. Controllo dei fitopatogeni mediante l'ingegneria genetica.
Risposta delle piante agli stress abiotici
Stress dovuti a carenza idrica. Adattamento osmotico e il suo ruolo nella tolleranza alla siccità e alla salinità. L'influenza della carenza idrica e della salinità sul trasporto attraverso le membrane. Geni coinvolti nello stress idrico. Stress da congelamento. Allagamento e carenza di ossigeno. Stress ossidativo. Stress da calore.

NOTA. Gli studenti che devono sostenere l'esame a scelta di 5 CFU devono escludere dal programma gli argomenti riguardanti la:
-Percezione e trasduzione del segnale
-Risposta delle piante agli stress biotici
-Risposta delle piante agli stress abiotici

Italian

In vitro techniques and gene transfer in plants. Genome organizzation: nuclear genome,mitochondrial and plastid DNA. Small RNAs, transcriptional and post-transcriptional gene silencing. Proteins involved in small RNA biogenesis. miRNAs: mechanisms of action. Function of selected miRNAs. Plant responses to abiotic and biotic stresses. Homeotic genes and plant reproductive development. Signal perception and transduction responses.

Bob. B. Buchanan, W. Gruissem, Russell L. Jones. Biochimica e Biologia Molecolare delle Piante. Zanichelli, 2018
Gianni Barcaccia e Mario Falcinelli – Genetica e Genomica, Volumi II e III. Liguori Editore
Gabriella Pasqua- Biologia Cellulare e Biotecnologie Vegetali. Piccin
Miglioramento genetico delle piante agrarie : Franco lorenzetti, Emidio Albertini, Luigi Frusciante, Daniele Rossellini, Luigi Russi, Roberto Tuberosa, Fabio Veronesi. Edagricole-New Business Media,2018

The student will be able to identify the main techniques for improve the quality and quantity of plants grown and use of them for production of molecules of pharmaceutical and industrial interest. Plant genomes organization. Control of plant reproductive development. Transgenic Plant and biotechnological applications. Molecular responses to abiotic and biotic stresses.To supply up-to-date knowledge and understanding on the molecular processes allowing recognition and transduction of internal (hormones) and external (light, stress) signals in plants.

Knowledge of plant physiology, genetics and molecular biology

The course consists of theoretical lessons. in detail, the course load is 56 hours (7 ECTS). The lessons will be three times week in the classroom using power-point slides.

In order to help students to assess their level of preparation, the syllabus of the lessons including questions similar to those will be used for oral exams will be provided at the end of each lesson.

Students will have the opportunity to interact constantly with the professor of the course thanks to the SunMobile Vanvitelli app.The continuously contents related to the lessons, in the form of pdf, photos, and videos will be uploaded to the professor page.
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In-vitro cultures and genetic biotechnologies
Micropropagation. Calluses Crops and cell suspensions. Somaclonar variation. Protoplasts fusion for somatic hybridization. Androgenesis and gynogenesis crop. Heterosis in plants. Inbreeding depressioni. Relationship between inbreeding and heterosis. Genetic bases of heterosis: theory of dominance and over-dominance. Measure of dominance. Comparison between somatic and zygotic embryogenesis. Molecular analysis and markers of embryogenesis. In-vitro fertilization. Artificial and synthetic seeds.
Genetic engineering
Recombinant DNA technology. Cloning vectors. Gene library. Identification of genes in genetic libraries. Transgenic plants: methods of genetic transformation. T-DNA transfer and genome integration. Agrobacterium and plant biotechnology. Molecular tools of genetic engineering: vectors. Promoters for plant biotechnology. Reporter genes. Gene silencing mediated by small RNA: molecular bases. IR-PTGS (Inverted Repeat- Post-transcriptional Gene-Silencing), S-PTGS (Sense-Post-transcriptional Gene Silencing). microRNA (miRNA). Trans-acting siRNA (ta-siRNA). Natural antisense transcripts. Applications of silencing gene for genetic manipulation. Hairpin RNAi. Artificial microRNAs.
Quantitative characters
Fundamental stages of quantitative traits. Influence of environmental factors on quantitative characters: Johannsen experiments. Effects of the genetic component on the variability of quantitative characters: Experiments by Emerson and East. hereditability of quantitative characters: Nilsson Ehle experiments. Determination of the polygenes number: East experiments. Effect of dominance on the hereditability of quantitative characters. Phenotypic and genetic variance. heritability in the broad and in the strict sense. Modifiers Genes, penetrance and expressivity.
Plant reproduction and genetic control
Reproductive development. Genetic and molecular analysis of flower development. Plants reproductive systems: sporogenesis, gametogenesis and fertilization. Monoicism and dioicism: determination of gene and chromosomal sex. Floral morphologies and physiological mechanisms that condition the reproductive system. Mutations that affect on the development of the gametophyte. Incompatibility. Male sterility and female sterility. Use of male sterility for hybrid seed production. Not reduced gametes: cytological mechanisms and genetic consequences. Sexual polyploidization and embryo sterility. Apomixis. Determination of the type of reproduction.

Plant cells as bio-factories of chemical and pharmaceutical products
Role of secondary metabolites in plants. Use of secondary metabolites in the pharmaceutical, cosmetic and agri-food sectors. Strategies to increase the production of secondary metabolites. Increase of yield crop conditions. Selection of cell lines, gene transformations and metabolic engineering to increase the productivity of secondary metabolites. Recovery of metabolites by permeabilization of membranes. Cell immobilization. Elicitation. Production of metabolites by bioreactor. S ubstrates biotransformation to produce molecules of biological interest. Extraction and chemical analysis of secondary metabolites.
Organization and gene expression
Genes and chromosomes organization. Nuclear genome: composition, C -paradox, dimensions and polyploidy. Transposable elements and repeated sequences. Retrotransposons. Transposition mechanisms. Use of transposons as molecular markers for varietal identification. SSAP. IRAP. Gene expression. The role of chromatin in the organization of chromosomes and gene expression. Epigenetic mechanisms of gene regulation. Gene redundancy. Sintenia and collinearity. Mitochondrial DNA: recombination and heteroplasmy. Cytoplasmatic and nuclear male infertility. Plastidic DNA. Transfer of DNA from the organelles to the nucleus. Gene expression whitin organelles.

Perception and signal transduction
Signal transduction: overview. Receptors. Protein receptors in plants. G proteins and phospholipids. Signal transmission. Cyclic nucleotides. Protein kinases: primary elements of signal transduction. Signal pathways associated with growth regulators.
Response of plant to biotic stresses
Pathways activated by pathogens in plant. Plant defense systems. Genetic basis of plant-pathogen interaction. R genes and disease resistance. Plant defense reactions. Control of plant pathogens by genetic engineering
Plant response to abiotic stress
Water Stress . Osmotic adaptation and tolerance to drought and salinity. The influence of water and salinity stresses. Genes involved in water stress. Freezing stress. Flooding and oxygen stress. Oxidative stress. Heat stress.