Corso di Genetica Agraria Amalia Barone Dipartimento di Scienze del Suolo, della Pianta, dell’Ambiente e delle Produzioni Animali

Indirizzo DISSPAPA, Palazzina GenoPOM – Edificio 75, Parco Gussone – Laboratorio marcatori molecolari e genomica Telefono Orario di ricevimentomercoledì ore 14:00-16:00 giovedì ore 14:00-15:00

Struttura del corso Lezioni teoriche Esercitazioni pratiche in laboratorio Esercitazioni in aula Prova in itinere esonerativa (?) Prova finale

Esercitazioni in laboratorio: Laboratorio didattico 4 - Palazzo Mascabruno Esercitazioni in aula aula Bet B Prove orali: Aula del DISSPAPA - Sezione GVO oppure Aule Bet (da concordare per ) Le prove orali vanno prenotate per almeno 5 gg prima della data di esame Prove in itinere : aula Bet B

ORARIO LEZIONI LUNEDI’MARTEDI’MERCOLEDI’GIOVEDI’ Lezione GA Esercitaz. GA

Programma del corso Anno accademico ARGOMENTI DELLE LEZIONI La genetica agraria e il miglioramento genetico La cellula vegetale e il ciclo cellulare Le divisioni cellulari Eredità extra-cromosomica Ciclo vitale di alcuni organismi Sistemi riproduttivi nelle piante Determinazione del sesso nelle piante

Controllo genetico della riproduzione: - incompatibilità - maschiosterilità - apomissia Fonti di variabilità genetica - mutazioni geniche - mutazioni cromosomiche - mutazioni genomiche - ricombinazione - elementi trasponibili ARGOMENTI DELLE LEZIONI

Le risorse genetiche vegetali - importanza delle specie selvatiche - centri di origine - esplorazione e raccolta del germoplasma - conservazione in situ ed ex situ - caratterizzazione del germoplasma - utilizzazione del germoplasma Caratteri quantitativi Principi della selezione Principali metodi di selezione per piante con diversi sistemi riproduttivi Obiettivi del miglioramento genetico ARGOMENTI DELLE LEZIONI

ESERCITAZIONI ESERCITAZIONI Citologia e Citogenetica Vegetale Analisi in popolazioni segreganti Istologia Vegetale Ibridazione controllata in vegetali Valutazione del germoplasma

TESTI CONSIGLIATI 1)Genetica e genomica Volume II - Miglioramento genetico (Barcaccia e Falcinelli, Liguori Editore) 2)Genetica Agraria (Lorenzetti, Falcinelli, Veronesi, Patron Editore) 3)Miglioramento Genetico delle Piante Agrarie (Lorenzetti, Falcinelli, Veronesi, Edagricole)

Genetica Agraria  Studiare i principi della genetica applicandoli al mondo delle piante  Collegare le conoscenze della genetica agraria allo sviluppo del miglioramento genetico delle piante

Genetica agraria non è solo disciplina dipendente da genetica fondamentale: Eredità quantitativa di natura poligenica: esperimenti di H. Nilsson-Ehle e E.M. East Studi su maschiosteriltà e autoincompatibilità Ricerche sul chimerismo hanno chiarito aspetti fondamentali di ontogenesi Scoperta di elementi di controllo in mais hanno aperto la strada alla mutagenesi inserzionale

Il Miglioramento genetico G. Mendel - Il miglioramento genetico delle piante è cambiato drasticamente dalla scoperta delle leggi dell’eredità e con lo sviluppo della Genetica - G. Mendel fece le prime osservazioni sulla eredità di alcuni caratteri su piante di pisello Un carattere è dominante e l’altro è recessivo I geni sono ereditati indipendentemente

Il Miglioramento genetico B. McClintock - In molti casi i geni che sono localizzati vicino sullo stesso cromosoma vengono ereditati insieme oppure separatamente grazie al fenomeno del crossing-over - Barbara McClintock fu una delle prime a studiare il crossing-over in mais e fu premiata con il premio Nobel per la scoperta degli elementi trasponibili in questa specie.

- La diversità tra gli individui è alla base della genetica - La genetica studia i meccanismi di trasmissione dei caratteri e come vengono espressi - La variabilità tra gli individui è alla base della selezione - Ciascuna cellula contiene almeno un set di informazione genetica: il genoma - Un organismo diploide ha un set di cromosomi di origine materna e uno di origine paterna, e ciò spiega i semi gialli rugosi e verdi lisci negli esperimenti di Mendel Principi genetici

J. Watson F. Crick - Un cromosoma è una lunga molecola di DNA a doppia elica - La struttura a doppia elica del DNA fu scoperta da Watson e Crick - I geni sono regioni della molecola di DNA - Un gene specifica la struttura di una singola proteina - Ciascuna proteina catalizza una reazione biochimica che porta alla formazione di altre molecole biologiche - Un’ altra scoperta genetica: il sequenziamento del genoma umano -Il genoma di Arabidopsis thaliana è stato sequenziato, altri finiti (riso, Medicago, vite), e molti in corso

Genetica Codificano dei prodotti Determinano tutti gli aspetti della vita di un organismo Tratto di molecola di DNA Trasmissione di GENI

I geni codificano le proteine

I geni sono fatti di DNA DNA nel nucleo  genoma nucleare DNA nel citoplasma  genoma extra- nucleare (mitocondri e cloroplasti)

Caratteristiche del DNA Capacità di replicarsi Capacità di portare l’informazione Capacità di variare (alleli) Funziona nello stesso modo in tutti gli organismi

Caratteristiche dei geni Vengono trasmessi dai genitori ai figli Sono localizzati sui cromosomi Contengono l’informazione genetica L’espressione dei geni è regolata Possono mutare

DNA, geni e cromosomi Un gene è una regione di cromosoma capace di produrre un trascritto funzionale Una singola molecola di DNA, con le proteine, forma un cromosoma Un genoma consiste di uno o più cromosomi ed è la quantità totale di DNA/cromosomi in una cellula In organismi diploidi cromosomi sono presenti in coppia (cromosomi omologhi)

I cromosomi sono costituiti da una doppia elica di DNA che contiene una sequenza lineare di geni, associata a proteine

Cos’è un cromosoma? Una molecola di DNA molto lunga (molti milioni di paia di basi) complessata con proteine a formare una struttura filiforme (cromatina) Presente nel nucleo Visualizzato durante le divisioni cellulari

Una cellula eucariotica vegetale contiene in genere uno o due assetti di cromosomi nucleari lineari, molteplici copie di un cromosoma mitocondriale circolare, molteplici copie di un cromosoma cloroplastico circolare

Cromosoma=struttura di base di materiale ereditario Genoma=insieme del materiale ereditario di una cellula o struttura virale (in cellule eucariotiche comprende anche DNA di mitocondri e cloroplasti) Organizzazione del materiale ereditario

Quantità di DNA nel genoma di alcuni organismi

Cromosomi omologhi: uguali in dimensione, forma e sequenza di geni, uno proviene dal genitore maschile, uno da quello femminile

Genetica Codificano dei prodotti Determinano tutti gli aspetti della vita di un organismo Tratto di molecola di DNA Trasmissione di GENI

Gli organismi sono la conseguenza delle interazioni tra geni e ambiente Gli individui ereditano i geni e non i prodotti finali del loro sviluppo Il genotipo è il corredo di geni di un individuo, carattere che rimane costante nell’arco della vita Il fenotipo è dato dalle caratteristiche esteriori dell’organismo (insieme di aspetti morfologici, fisiologici, comportamentali) e cambia nell’arco della vita

La Genetica si basa sulla variazione Polimorfismo: presenza di due o più alternative fenotipiche Variazione continua e discontinua

Caratteristiche uniche delle piante Caratteristiche uniche delle piante (organismi eucarioti multicellulari) Capacità di effettuare la fotosintesi Totipotenza delle cellule Ermafroditismo e capacità di riprodursi sia sessualmente che asessualmente Doppia fecondazione Alternanza di generazioni Mitosi allo stadio aploide

PIANTE PIANTE Pluricell inferiori TALLOFITE Pluricell superiori CORMOFITE ( pt vascolari ) Alghe pluricellulari Epatiche e muschi SPERMOFITE (con semi) PTEROFITE (prive di fiori, frutti e semi) ANGIOSPERME (semi in frutto) GIMNOSPERME (semi nudi) Dicotiledoni Monocotiledoni

Angiosperme Seme racchiuso da ovario, che è parte della struttura riproduttiva, il fiore Le angiosperme sono le piante più diffuse e costituiscono la maggior parte delle piante coltivate

Diversità nelle Angiosperme Erbacee e legnose Cicli di poche settimane o di secoli Di dimensioni molto variabili Adattate a climi estremi La maggior parte terrestri, ma anche acquatiche La maggior parte autotrofe, ma anche saprofite e parassite

I cotiledoni sono le foglioline prodotte dall’ embrione che servono per assorbire il nutrimento accumulato nel seme fino a quando il germoglio non produce le sue prime foglie vere e non comincia a sintetizzare

dicotiledonil’endosperma monocotiledoni Nelle dicotiledoni l’endosperma viene quasi interamente riassorbito e le sostanze di riserva vengono immagazzinate nei cotiledoni degli embrioni. Nelle monocotiledoni l’endosperma permane MONOCOTILEDONEDICOTILEDONE ’aleurone Nel mais la parete esterna dell’endosperma differenzia l’aleurone che può accumulare pigmenti, conferendo colorazione alla cariosside

Classi di Angiosperme Monocotiledoni Dicotiledoni

PIANTE DI INTERESSE ECONOMICO Monocotiledoni Graminaceae (frumento, mais, riso,segale, avena) Palmaceae Musaceae Liliaceae

Dicotiledoni Leguminosae (da granella e foraggere) Solanaceae (pomodoro, patata, peperone, melanzana) Brassicaceae (cavolo, rapa, ravanello) Rosaceae (melo, pero, pesco, ciliegio) Compositae (lattuga, indivia, carciofo) Cucurbitaceae (zucchino, cocomero, cetriolo) Chenopodiaceae (barbabietola) Umbellifloreae (carote)