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Oggetto:
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Principi di genetica

Oggetto:

Principles of Genetics

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Anno accademico 2020/2021

Codice dell'attività didattica
AGR0331
Docente
Prof. Ezio Portis (Affidamento interno)
Corso di studi
[001703] TECNOLOGIE ALIMENTARI
Anno
1° anno
Periodo didattico
Secondo semestre
Tipologia
B - Caratterizzante
Crediti/Valenza
6
SSD dell'attività didattica
AGR/07 - genetica agraria
Modalità di erogazione
Mista/Blended
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Facoltativa
Tipologia d'esame
Scritto
Prerequisiti
Nessuno / None
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Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

I contenuti dell'insegnamento rientrano nell'area di apprendimento della formazione e degli strumenti di base e nell'area di apprendimento "Qualità e sicurezza". L'insegnamento si propone di far acquisire agli studenti conoscenze di base ed applicative nel campo della genetica degli organismi di interesse agrario ed alimentare, con particolare riferimento alle applicazioni delle principali tecniche di analisi del genoma nella tracciabilità dei prodotti alimentari.

 

The class focuses on subject that are configured in the learning context of training and basic concepts and in the learning context of quality and safety. Aim of the course is to illustrate the main aspects of the genetics and breeding with emphasis on the mechanisms underlying the reproduction and transmission of characters. Furthermore, the possibilities to apply biotechnologies, including transgenesis, to improve production quality and quantity of food agricultural products will be provided. The main aspects of the plant breeding of the field crops thought the application of Mendelian and Quantitative genetics principles, with particular emphasis to the main techniques of genome analysis and their possible applications in the identification and traceability of food products will be also described

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Risultati dell'apprendimento attesi

Conoscenza e capacità di comprensione

Al termine dell'insegnamento lo studente sarà in grado di: (i) descrivere i principi della genetica di base; (ii) identificare i meccanismi genetici e molecolari alla base della trasmissione dei caratteri ereditari; (iii) riconoscere i fattori che determinano l'eredità dei caratteri qualitativi e quantitativi (eredità poligenica) e la loro interazione con i fattori ambientali.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Al termine dell'insegnamento lo studente sarà in grado di: (i) descrivere le principali tecniche di analisi molecolare del genoma e la loro applicazione in studi di genetica di base, caratterizzazione della variabilità genetica; (ii) identificare le tecniche analitiche appropriate per l'identificazione e la tracciabilità molecolare dei prodotti alimentari lavorati e/o trasformati e per la rilevazione di prodotti derivanti da OGM; (iii) utilizzare la terminologia tecnico-scientifica specifica in modo adeguato; (iv) utilizzare le conoscenze acquisite per l'approfondimento autonomo di aspetti relativi al campo specifico al quale lo studente si dedicherà nell'ambito dell'attività professionale.

Autonomia di giudizio

Lo studente, attraverso diverse tesi interpretative, la riflessione, la discussione e l'interpretazione critica individuale di casi di studio e risultati sperimentali, sarà in grado di valutare autonomamente i possibili utilizzi e gli effetti di diverse tecniche genetiche per l'identificazione e la tracciabilità molecolare dei prodotti alimentari.

Abilità comunicative

L'insegnamento si pone come risultato quello di permettere allo studente di comprendere concetti sia generali che maggiormente innovativi della genetica ed essere in grado di comunicare con chiarezza e rigore scientifico le conoscenze di base ed applicative acquisite.

Capacità di apprendimento

L'insegnamento ha come obiettivo quello di aiutare gli studenti a distinguere l'efficacia e la veridicità delle fonti, a reperire e comprendere le informazioni anche mediante articoli scientifici, stimolandone la discussione critica.

 

Knowledge and understanding skills

At the end of the course, the student will be able to: (i) describe the basic principles of genetic; (ii) identify the genetic and molecular mechanisms underlying the hereditary transmission of traits; (iii) recognize the factors that determine qualitative and quantitative (polygenic) traits inheritance and their interaction with environmental factors.

Ability to apply knowledge and understanding

At the end of the course, the student will be able to: (i) describe the main molecular techniques for genome analyses and their application for biodiversity study; (ii) identify the appropriate analytical techniques for the molecular identification and traceability of food products and for the detection of GMO-derived products; (iii) use the appropriate technical-scientific terminology; (iv) use the knowledge gained for the in-depth study of aspects related to the specific field to which the student will devote himself / herself to the profession.

Making judgements

Through various interpretative theses, the student will be able to independently judge the possible uses and effects of different genetic techniques for the molecular identification and traceability of food products, through the individual reflection, discussion and individual interpretation of case studies and experimental results.

Communication skills

The course results will allow  students to understand both general and most innovative genetic concepts and be able to communicate basic and applied knowledge gained with scientific clarity and rigor.

Learning skill

The aim of the course is to help students distinguish the efficacy and truthfulness of sources, find and understand information even through scientific articles, stimulating critical discussion.

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Modalità di insegnamento

 

L'insegnamento consiste di 48 ore di lezioni e 12 ore di esercitazioni.

L’insegnamento sarà erogato in modalità blended (parte in presenza e parte a distanza). Le lezioni frontali si svolgeranno tramite videolezioni che saranno pubblicate sulla piattaforma Moodle insieme al materiale didattico.

Su richiesta ci potranno essere momenti di interazione online o tramite un forum tra docenti e studenti per una discussione sugli argomenti trattati nelle lezioni.

Per le lezioni frontali il docente si avvale di presentazioni e slide che sono a disposizione degli studenti nelle pagine Campusnet e Moodle del corso. Video delle lezioni con i commenti alle slide presentate a lezione e lo svolgimento di tutti gli esercizi proposti sono disponibili sulla piattaforma Moodle

The course consists of 48 hours of lectures and 12 hours of practical exercises.

Teaching will carry out in blended mode.

Theoretical lessons will take place online through video lessons which will be published on the Moodle platform together with the teaching material.

Upon request, moments of online interaction between teachers and students for a discussion on the topics covered in the lessons will be organized.

Lesson presentations are available to students before each lecture at the web pages of the course on Campusnet and Moodle. Video Lessons are available to students on Moodle platform.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

L'apprendimento sarà verificato attraverso la periodica discussione con gli studenti delle nozioni teoriche trattate nella prima parte dell'insegnamento e, successivamente, attraverso lo svolgimento di esercizi riassuntivi atti a verificare la capacità di comprensione degli argomenti trattati.

E' previsto un esonero intermedio scritto online con Moodle, un esame finale scritto online con Moodle in videoconferenza Web-ex e successiva integrazione con breve prova orale facoltativa sempre in videoconferenza

L'esame finale (della durata di un'ora e 45 minuti)  sarà scritto e composto da:

  • 30 esercizi/domande a risposta multipla, del valore di 0.9 punti ciascuna, per un totale di 27 punti;
  • due domande a risposta aperta, del valore di 2 punti ciascuna, per un totale di 4 punti.

Le risposte errate non comporteranno nessuna penalizzazione di punti.

Un colloquio orale, facoltativo, potrà completare la verifica dell'apprendimento da parte del candidato - con particolare riferimento agli argomenti sui quali il test scritto ha consentito di evidenziare carenze di conoscenze.

 

Learning will be assessed, in the first part of the course, through periodical discussion of the theoretical concepts and, subsequently, through practical exercises designed to test the comprehension of the topics covered.

There will be an intermediate written test online with Moodle, a final written exam online with Moodle in Web-ex videoconference and subsequent integration with a short optional oral interview in videoconference

The final exam (one hour and 45 minutes) will be written, it will cover the entire program and will include:

  • 30 multiple-choice questions/exercises each of them is worth 0.9 point, for a total of 27 points;
  • two open-ended questions, each of them is worth 2 points for a total of 4 points.

Wrong answers will not provide any penalty.

An optional oral interview can complete the exam - with reference to the topics on which the written test has highlighted lack of knowledge.

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Attività di supporto

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Programma

Argomenti trattati (48 ore di lezioni teoriche + 12 ore di esercitazioni):

Genetica Mendeliana e teoria cromosomica dell'eredità (8 ore di lezione + 4 ore di esercitazioni): principi di Mendel; ricombinazione di geni indipendenti; interazioni geniche e modelli di segregazione atipici; allelia multipla; caratteri legati al sesso; penetranza ed espressività.

Associazione, scambio e mappe genetiche (8 ore di lezione + 2 ore di esercitazioni): concetti fondamentali; eccezioni dell'assortimento indipendente; crossing over e ricombinazione di geni associati; mappatura cromosomica di geni associati mediante test a due punti e test a tre punti, interferenza e coefficiente di coincidenza; costruzione di mappe genetiche.

Eredità dei caratteri quantitativi (8 ore di lezione + 2 ore di esercitazioni): Valore medio, varianza e deviazione standard; influenza dei fattori ambientali sui caratteri quantitativi; effetti della componente genetica sulla variabilità dei caratteri quantitativi; eredità dei caratteri quantitativi e determinazione del numero dei poligeni; ereditabilità dei caratteri quantitativi, ereditabilità in senso largo e stretto, risposta alla selezione e progresso genetico.

Tracciabilità genetica dei prodotti alimentari (8 ore di lezione): tracciabilità e rintracciabilità convenzionale e genetica degli alimenti lavorati e/o trasformati. Analisi del DNA: rilevazione dei polimorfismi mediante elettroforesi, tecniche di restrizione ed ibridazione, marcatori RFLP, tecnica di amplificazione PCR. Tecniche analitiche per l'identificazione e la tracciabilità dei prodotti di origine animale: tecnica PCR multiplex, tecnica PCR-RFLP, tracciabilità di specie e di razza.  Metodi molecolari per l'identificazione genetica dei frumenti nelle filiere agro-alimentari: isolamento di marcatori diagnostici genoma-specifici e genotipo-specifici.

Marcatori molecolari ed analisi genomica (8 ore di lezione + 2 ore di esercitazioni)Approccio deterministico ed approccio probabilistico per l’attribuzione di un genotipo a un razza animale o a una varietà vegetale; DNA fingerprinting; definizione e classificazione dei marcatori molecolari; marcatori microsatelliti; marcatori AFLP; sequenziamento del DNA (metodo Sanger e metodi next generation sequencing- NGS); marcatori SNP. Applicazione del DNA fingerprinting per la tracciabilità dei prodotti agro-alimentari tipici. DNA barcoding: criteri per la scelta del DNA barcode ideale, potenziali applicazioni per la tracciabilità alimentare.

DNA ricombinante ed OGM (Organismi Geneticamente Modificati) (8 ore di lezione + 2 ore di esercitazioni): definizioni ed aspetti tecnico-scientifici; stato attuale delle coltivazioni transgeniche nel mondo. Tecnologia delle colture di tessuti in vitro e rigenerazione della pianta; tecnologia del DNA ricombinante. Sistemi di trasformazione nelle piante, trasferimento genico mediato da Agrobacterium tumefaciens e metodo biolistico. Caratteri ingegnerizzabili ed ingegnerizzati nei vegetali, soia Roundup Ready, mais BT, Golden rice, plant molecular farming. Identificazione e quantificazione degli OGM negli alimenti, principio di sostanziale equivalenza e principio di precauzione. Analisi qualitativa e quantitativa, screening generico e screening specifico, Real time PCR. Le nuove sfide del miglioramento genetico: cisgenesi, transgrafting ed editing genomico

 

Principles of Mendelian inheritance and chromosomal theory of heredity: Mendel’s laws: dominance and recessiveness, genes and alleles, homozygosity and heterozygosity, genotype and phenotype, recombination of independent genes. Extensions of mendelian genetics: multiple alleles, incomplete dominance and codominance, sex-linked characters, gene interactions and epistasis. Penetrance and expressivity

Linkage analysis and genetic maps: Concept of linkage analyses, crossing over and recombination of linked genes. Chromosomal mapping of associated genes through two-point and three-point tests, genetic maps construction, interference and coincidence comparison between genetic and physical maps

Quantitative traits inheritance: Average value and variance. Influence of environmental factors on quantitative traits, effects of the genetic component on the variability of quantitative traits, inheritance of quantitative traits and determination of the number of polygens, additive effect of alleles additivity. Heritability of quantitative traits, narrow and broad hereditability, genetic gain and response to selection (5 hours)

Molecular traceability of food products: analytical techniques for identification and traceability of processed foods. DNA analyses: molecular polymorphisms, electrophoresis; restriction and hybridisation-based markers (RFLP); polymerase chain reaction (PCR). PCR multiplex, PCR-RFLP. Molecular methods for the genetic identification of wheat in foods: isolation of genome-specific and genotype-specific diagnostic markers, procedural aspects and criteria for the genetic identification.

Genomic analysis and molecular markers applications: DNA fingerprinting, microsatellite and AFLP markers, definitions and classification of molecular markers. Genome sequencing methods (Sanger and NGS), SNP markers. Application of DNA fingerprinting for the traceability of local/typical agro-food products. DNA barcoding: application in food traceability, criteria for optimal barcode identification.

Recombinant DNA technology and GMOs (genetically modified organisms): definitions and technical-scientific aspects; current state of transgenic crops in the world. In vitro tissue culture technology and plant regeneration; recombinant DNA technology. Transformation systems in plants, Agrobacterium tumefaciens mediated gene transfer and biolistic method. Engineered characters in plants, BT maize, Roundup Ready soybean, Golden rice, Plant molecular farming. Identification and quantification of GMOs in food, principle of substantial equivalence and precautionary principle. Qualitative and quantitative analysis, generic specific screening, Real time PCR. The new plant breeding’s challenges: cisgenesis, transgrafting and genomic editing

Testi consigliati e bibliografia

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I testi base consigliati per l'insegnamento corso sono:

- BARCACCIA G., FALCINELLI M. Genetica e genomica, Volumi I, II e III, Liguori Editore.

- LORENZETTI F., CECCARELLI S., ROSELLINI D., VERONESI F. Genetica Agraria (IV edizione), Pàtron Editore

- RUSSELL, WOLFE, HERTZ, STARR, McMILLAN. Genetica Agraria, EdiSES

Verrà fornito dal docente il materiale didattico presentato a lezione, inerente gli argomenti trattati a lezione e durante le esercitazioni pratiche. Presentazioni e slide saranno a disposizione degli studenti nella pagina internet dell'insegnamento sulla piattaforma Campusnet. Video delle lezioni con i commenti alle slide presentate a lezione e lo svolgimento di tutti gli esercizi proposti sono disponibili sulla piattaforma Moodle

 

- BARCACCIA G., FALCINELLI M. Genetica e genomica, Volumi I, II e III, Liguori Editore.

- LORENZETTI F., CECCARELLI S., ROSELLINI D., VERONESI F. Genetica Agraria (IV edizione), Pàtron Editore

- RUSSELL, WOLFE, HERTZ, STARR, McMILLAN. Genetica Agraria, EdiSES

Lesson presentations will be available to students before each lecture at the web page of the course on Campusnet. Video Lessons are available to students on Moodle platform.



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Note

Le modalità di svolgimento dell'attività didattica potranno subire variazioni in base alle limitazioni imposte dalla crisi sanitaria in corso. In ogni caso è assicurata la modalità a distanza per tutto l'anno accademico.

The methods of carrying out the teaching activity may vary according to the limitations imposed by the current health crisis. In any case, the remote mode is ensured througouth the academic year.

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Ultimo aggiornamento: 30/09/2020 12:17
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