Programma di Genetica e principi di Ingegneria Genetica per Biotecnologie (9 CFU)
Docente: Prof. Pasquale Mosesso

Analisi Mendeliana e teoria cromosomica dell’eredità
Leggi di Mendel ed elementi di Genetica mendeliana nell’uomo e nell’agricoltura; Regole del calcolo delle probabilità e statistica; Ciclo cellulare, mitosi, meiosi e concordanza tra meiosi e mendelismo; Prova della teoria cromosomica dell’eredità ed eredità legata al sesso. Alberi genealogici e trasmissione ereditaria nella specie umana.

Estensioni dell’eredità mendeliana
Variabilità delle relazioni di dominanza: Allelia multipla; Dominanza incompleta e codominanza; Serie alleliche.
Ambiente ed espressione genica: Effetti dell’ambiente interno ed esterno; Penetranza ed espressività; Interazione genica; Epistasi e pleiotropia.

Associazione e mappatura genetica
Il crossing-over.
Le mappe di associazione: Mappatura mediante reincrocio a 3 punti; Interferenza; Alcuni esempi di mappe di linkage; test del chi-quadrato.

Struttura molecolare e replicazione del materiale genetico
Struttura molecolare del DNA e dell’RNA: Identificazione del DNA come materiale genetico (esperimenti di Griffith, Avery, Hershey e Chase); Struttura degli acidi nucleici (esperimento di Chargaff).
Replicazione del DNA: Replicazione del DNA nei procarioti ed eucarioti; Conferma del modello semiconservativo della replicazione del DNA (esperimenti di Meselson e Stahl).

Genetica dei microorganismi
Il cromosoma batterico: Meccanismi di trasferimento di materiale genetico nei batteri:
trasformazione, coniugazione, sexduzione e trasduzione. Metodi di mappatura in batteri e virus; Elementi extra cromosomici: Plasmidi naturali ed artificiali (cenni).

Proprietà molecolari dei geni
Proprietà generali della struttura e della funzione dei geni: Le componenti dei cromosomi eucariotici (DNA, istoni e proteine non-istoniche); La struttura della cromatina ed i nucleosomi; DNA ripetitivo e DNA satellite; Come funzionano i geni (ipotesi di un gene una proteina); Colinearità tra gene e proteina; complementazione e siti di mutazione; Meccanismi di trascrizione del DNA; Traduzione dell’mRNA; Struttura e funzione del tRNA; Il codice genetico e la sua decifrazione (codoni multipli per un singolo amminoacido; codoni di terminazione; codone d’inizio; problemi irrisolti); Cenni sulla regolazione del ciclo cellulare e genetica del cancro.

Meccanismi di produzione della variabilità genetica
Definizione e classificazione delle mutazioni: Mutazioni geniche: sostituzione di basi, inserzioni, delezioni; reversione e soppressione; effetto fenotipico delle mutazioni geniche. Test di fluttuazione e mutazione spontanea nei batteri. Mutazioni cromosomiche: strutturali (aberrazioni cromosomiche) e numeriche (aneuploidia, poliploidia).
Alterazioni spontanee del DNA: Errori di incorporazione di basi durante la replicazione (errato appaiamento, tautomerizzazione) e meccanismo “proof-reading” per la correzione degli errori. Deaminazione delle basi, perdita spontanea delle basi e danno ossidativo al DNA. Meccanismi molecolari di inserzione e delezione di basi.
Fattori ambientali che danneggiano il DNA: Radiazioni ionizzanti e non ionizzanti; Agenti mutageni chimici; Agenti mutageni biologici (virus, batteri).
Cenni sui meccanismi di riparazione del DNA: Fotoliasi, alchiltransferasi, “nucleotide excision repair” (NER), “base excision repair (BER), “mismatch repair” (MMR), “SOS” repair, riparazione ricombinazionale; riparazione delle rotture a doppio filamento (HR e NHEJR); riparazione delle rotture a singolo filamento (SSB);
Elementi trasponibili: Elementi trasponibili batterici ed eucariotici; Retrovirus; Trasposoni e mutabilità dei cromosomi.

Il controllo dell’espressione genica nei batteri
Regolazione negativa e positiva; La dissezione genetica dell’operone Lac di E. coli; L’operone del triptofano.

Il controllo dell’espressione genica negli eucarioti
Controllo dell’espressione genica a livello epigenetico, trascrizionale e post-trascrizionale.

Principi di Ingegneria Genetica (cenni)
Tecniche per la modificazione "in vitro" di DNA, RNA: enzimi di restrizione; clonaggio di frammenti di DNA
DNA cromosomico e plasmidico: separazione purificazione.
Tecniche di analisi di DNA ,RNA: Analisi "Southern"," Northern"; Mappe di restrizione e di delezione.
Sequenziamento DNA: Principi generali della procedura; Il sequenziamento di grandi regioni del DNA.
PCR principi e sue applicazioni.
Mutagenesi in vitro.

Analisi genetica delle popolazioni
La teoria delle frequenze alleliche: Stima delle frequenze alleliche; Relazione tra frequenze genotipiche ed alleliche: il principio di Hardy-Weinberg; Applicazioni del principio di Hardy-Weinberg.
La selezione naturale: Selezione naturale a livello di gene; Selezione naturale a livello di fenotipo.
La deriva genetica: Cambiamenti casuali delle frequenze alleliche; Effetti delle dimensioni delle popolazioni.

Esercitazioni in laboratorio
• Esperimento di X-linkage o eredità legata al sesso mediante impiego di mutanti “occhi rossi” e “wild type” di Drosophila melanogaster.
• Analisi delle aberrazioni cromosomiche in cellule di mammifero in vitro indotte da raggi X;
• Analisi del danno primario al DNA indotto da un agente mutageno chimico di interesse ambientale in linfociti umani valutato con il test della “Cometa”

Testi consigliati
• Griffiths A.J.F, Wessler S.R., Carrol S.B. and Doebley J. "Genetica, principi di analisi formale" Settima edizione italiana, Zanichelli

• Peter J. Russell “Genetica: Un approccio molecolare. Ediz. Mylab” Pearson Editore (5a Edizione).

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