Corso di laurea: BIOTECNOLOGIE PER LA SICUREZZA E LA QUALITA' AGRO-ALIMENTARE (LM-7) Programmazione per l'A.A. 2021/2022  

1. Dimensioni e organizzazioni dei genomi:
• I genomi procariotici ed eucariotici a confronto: il paradosso del valore C descritto attraverso vari esempi nell’ambito delle Angiosperme;
• Le forze che influenzano le dimensioni del genoma e meccanismi di espansione e contrazione (crossing-over ineguale; ricombinazione illegittima).

2. Tipi, numerosità e organizzazione di sequenze geniche e non-geniche nel cromosoma eucariotico:
a) Sequenze non-geniche
• sequenze altamente ripetute telomeriche, centromeriche e intercalari; micro- e mini-satelliti;
• elementi trasponibili (ET) negli Eucarioti: confronto con gli elementi IS dei Procarioti; classi di ET e relative modalità di trasposizione e abbondanza in vari genomi eucariotici: ET a DNA (es. Ac-Ds) e a RNA o retroelementi, con (retrotrasposoni) o senza LTR (es. Gypsy, Copia, Alu, SINEs, LINEs); effetto degli ET sulle dimensioni e struttura dei genomi eucariotici; amplificazione degli ET tramite crossing-over ineguale intra- e inter-elemento;
b) I geni eucariotici
• struttura fine e variabilità strutturale (es. numerosità e dimensione degli introni) tra vari taxa; il rimescolamento degli esoni e la creazione di nuovi geni;
• famiglie e super-famiglie geniche: duplicazione genica e divergenza (neo- e sub-funzionalizzazione): esempi della famiglia genica degli istoni, di famiglie di geni di resistenza nelle piante e della super-famiglia delle globine umane.

3. La compartimentalizzazione del genoma: organizzazione a mosaico (isocore) del genoma umano e dei genomi vegetali; regioni “gene-rich” e “gene-poor”; gli ET come principali componenti degli spazi intergenici; confronto tra mappe genetiche e fisiche: distribuzione non-omogenea della ricombinazione lungo il cromosoma eucariotico (“hot” e “cold” spot di ricombinazione e correlazione con la densità genica e la trascrizione).

4. Genomica comparativa:
• Micro- e macro-sintenia e colinearità intergenomica e interspecifica; il “circle diagram” dei genomi delle Graminacee; livelli di conservazione: cromosomi omeologhi e geni ortologhi;
• Riarrangiamenti cromosomici e interruzione della sintenia e colinearità: evidenze dalla mappatura comparativa e dal sequenziamento comparativo.

5. Evoluzione dei genomi vegetali e meccanismi adattativi, con particolare riferimento alla poliploidia; aggiustamenti rapidi del genoma dopo l’evento di poliploidizzazione: mantenimento o eliminazione dei geni/sequenze duplicati: vari esempi da poliploidi di Triticum neo-sintetizzati; silenziamento genico.

6. Epigenetica ed epigenomica: modificazioni della struttura della cromatina (chromatin remodelling) mediate da metilazione del DNA, metilazione/acetilazione degli istoni, il ruolo di molecole di RNA; cambiamenti epigenetici associati alla poliploidizzazione.

7. Manipolazioni dei genomi vegetali a fini applicativi
• Il significato e gli obiettivi delle manipolazioni ai fini del miglioramento genetico: l’utilizzazione della variabilità genetica al di fuori della specie “target”
• Dalla creazione di anfidiploidi a linee di addizione e sostituzione di singoli cromosomi al trasferimento interspecifico mirato di segmenti cromosomici (ingegneria cromosomica) in specie vegetali di rilevanza agraria: strategie e casi di studio, con particolare riferimento a specie di Triticeae (frumento e specie affini), Solanum spp., Medicago spp., complesso Lolium-Festuca.

- Materiale didattico (es. diapositive delle lezioni) e articoli scientifici forniti dal docente e reperibili sul sito istituzionale;
- Ulteriori articoli scientifici su richiesta degli studenti, sia per la preparazione della prova di esame, che per approfondimento di aspetti di specifico interesse individuale;
- Capitoli selezionati da:
- Barcaccia & Falcinelli – Genetica e genomica (Liguori ed.), vol. I, II e III;
- Hartwell et al. - Genetica - dall'analisi formale alla genomica (McGraw-Hill);
- Russell PJ - Genetica: un approccio molecolare (Pearson)

Il programma è diviso in tre moduli: 1) Genomica strutturale, 2) Bioinformatica: e 3) Genomica funzionale. 1) GENOMICA STRUTTURALE (10 ore di lezioni frontali) - Metodi di sequenziamento: 1) Sequenziamento di seconda generazione: ILLUMINA, Pyrosequencing (ROCHE 454), SOLiD; 2)Sequenziamento di terza generazione: HELICOS (Helicos Biosciences); PacBio (Pacific Biosciences); Nanopore (Oxoford Nanopore); 2) confronto tra sequenziamento di seconda e terza generazione; - Strategie di sequenziamento di genomi interi: metodo gerarchico e WHOLE GENOME SHOTGUN; - Annotazione genica; - Annotazione funzionale; - Progetti di sequenziamento di interi genomi di specie di interesse agrario. - Illustrazione dei principali database (NCBI, EMBL, DDBJ), ricerche in banche dati biologiche (BLAST), software per l’allineamento di sequenze e per il disegno di oligonucleotidi; 2) BIOINFORMATICA (8 ore di lezioni frontali) - Approcci bioinformatici all'analisi dei dati "omici": da R a Bash. 3) GENOMICA FUNZIONALE (12 ore di lezioni frontali) -Trasformazione genetica di specie coltivate. Trasformazione mediata da Agrobacterium o mediante metodo biolistico. Preparazione dei vettori plasmidici. - Studio della funzione genica in specie modello e di interesse agrario: sovraespressione e knock-out genico (RNA antisenso, RNA interference) in piante transgeniche; - Preparazione di costrutti per l'ottenimento di piante cis-geniche. - Mutagenesi chimica e TILLING; mutagenesi fisica con fasci di ioni e neutroni accelerati; mutagenesi inserzionale: T-DNA e trasposoni; - Applicazione della mutagenesi per studi funzionali e in programmi di miglioramento genetico. - Modificazioni geniche sito-specifiche. Metodi di “genome editing”: 1) nucleasi a dita di zinco (ZFN), 2) transcription activator-like effector nucleases (TALENs) e 3) brevi ripetizioni palindromiche interspaziate, regolarmente raggruppate (CRISPR/Cas) - Applicazione di metodi "genome editing" per il miglioramento genetico di specie di interesse agrario. Le esercitazioni verranno svolte in aula o in laboratorio e verteranno sulle seguenti tematiche: 1) Ricerca in banche dati di sequenze nucleotidiche e proteiche. Utilizzo di tool bioinformatici per aprire file di sequenze (DNAMAN, FINCH TV, GENEIOUS). Utilizzo dell'algoritmo BLAST per cercare nei database sequenze nucleotidiche o proteiche simili ad una sequenza nota. Allineamento di sequenze nucleotiche e ammino acidiche mediante i programmi CLUSTAL OMEGA e GENEIOUS. Costruzione di alberi filogenetici (2 h) 2) Identificazione di mutazioni di tipo SNP su geni di interesse mediante approccio TILLING in frumento duro (4 h) 3) Preparazione di costrutti per la trasformazione genetica mediante approccio cis-genico: inserimento della cassetta di trasformazione in un vettore batterico; trasformazione di cellule batteriche; estrazione e digestione con enzimi di restrizione del plasmide ricombinante (8 h) 4) Impiego di marcatori molecolari per selezionare linee transgeniche (4 h)

GENETICA un approccio molecolare. Quarta edizione Peter J. Russell Edizione italiana a cura di Carla Cicchini e Alessandra Marchetti ISBN:9788865186176 Biotecnologie e Genomica delle Piante. Rosa Rao e Antonietta Leone. Casa editrice IDELSON-GNOCCHI. Presentazioni Power Point e materiale fornito dal docente.

PROGRAMMA
Concetti introduttivi – il mercato mondiale di microrganismi ed enzimi utili in ambito alimentare; aspetti normativi EU che ne regolano l'uso.
Applicazioni biotecnologiche alle filiere agroalimentari di:
- Pane e prodotti da forno;
- Malto e birra;
- Vini fermi e spumanti;
- Fermentati a base di latte, cereali, legumi e frutta;
- Caffè;
- Cacao;
- Alimenti per gruppi specifici, alimenti senza glutine e lattosio, nuovi alimenti (novel food).

- Appunti delle lezioni
- Advances in Food Biotechnology, Wiley
- Fundamentals of Food Biotechnology, 2nd Edition, Wiley
- Food Biotechnology, Springer
- Biotecnologie alimentari, Piccin

Revisione e pratica delle strutture grammaticali di base.
Presentazione e pratica di strutture grammaticali più avanzate.
Presentazione e discussione di lessici e strutture scientifiche e accademiche per preparare gli studenti alla lettura e scrittura di articoli scientifici di livello superiore e per preparare gli studenti a creare e presentare presentazioni PowerPoint nel loro campo di competenza.

National Geographic Learning, Life Libro di testo intermedio-alto (livello B2 del QCER) e materiale correlato, comprese lezioni accademiche, spiegazioni grammaticali ed esercizi con ulteriori attività pratiche; materiale personale caricato sulla piattaforma Moodle (pagina Moodle del corso) comprensivo di Murphy Grammar Intermediate con chiave, slide grammaticali, slide di scrittura; link a video di interesse mondiale e vari siti web scientifici, come 'The Naked Scientist'.

- Introduzione, storia e ruolo del miglioramento genetico, obiettivi del miglioramento genetico, concetto di ideotipo.
- Biologia della riproduzione: morfologia fiorale, macro e microsporogenesi, macro e microgametogenesi, impollinazione, fase progamica, fecondazione, embriogenesi, sviluppo del seme e del frutto. Biologia molecolare dell’induzione e dello sviluppo fiorale, geni che controllano l’identità dell’infiorescenza, del fiore e degli organi fiorali, modello ABC(DE). Modo di riproduzione (riproduzione sessuata, vegetativa e apomittica), determinazione del sesso (ermafroditismo, monoicismo e dioicismo), sistema di unione (autogamia e allogamia), determinazione sperimentale del sistema riproduttivo e della quota di allogamia. Maschio sterilità (genetica, citoplasmatica e genetico-citoplasmatica, maschio sterilità funzionale e condizionale). Auto incompatibilità (sporofitica e gametofitica). Apomissia, basi citoembriologiche, controllo genetico, miglioramento genetico delle specie apomittiche obbligate e facoltative e prospettive di trasferimento dell’apomissia a specie sessuali. Allegagione e sviluppo del frutto, partenocarpia, approcci biotecnologici al controllo dell’allegagione. Maturazione del frutto, mutanti della maturazione e dei pigmenti.
- Fonti di variabilità: diversità genetica e concetto di gene pool, raccolta e conservazione del germoplasma, banche del seme, valutazione del germoplasma, variabilità indotta per mutagenesi e somaclonale.
- L’incrocio: incrocio intra ed interspecifico, barriere sessuali tra specie, biotecnologie di ausilio all’incrocio interspecifico, fecondazione in vitro ed embryo rescue.
- Teoria della selezione: principi di teoria della selezione per caratteri monogenici e poligenici, penetranza ed espressività.
- Struttura genetica delle popolazioni di specie autogame, allogame e a propagazione vegetativa e apomittiche.
- Schemi di miglioramento genetico per specie prevalentemente autogame: selezione in popolazioni esistenti: selezione massale e selezione per linea pura. Selezione in popolazioni segreganti: metodo pedigree, popolazione riunita e single seed descent, aploidi raddoppiati. Metodo del reincrocio per un allele dominante e recessivo, linkage drag, cenni sulla selezione assistita, varietà multilinee, ibridi F1 in specie autogame.
- Schemi di miglioramento genetico per specie prevalentemente allogame: selezione massale concetto di selezione ricorrente, varietà sintetiche, ibridi F1 in specie allogame, impiego della maschio sterilità negli schemi di produzione degli ibridi.
- Elementi di genetica della produzione sementiera: valutazione delle nuove costituzioni ed iscrizioni al Registro Varietale, selezione conservatrice e produzione del seme, isolamento, generazioni di moltiplicazione. Legislazione sementiera. Biotecnologie per la protezione delle varietà (uso di marcatori molecolari per la distinguibilità), stima del flusso genico e suo contenimento in varietà convenzionali e geneticamente modificate.

Seminari: gli studenti del corso saranno invitati a partecipare ad uno o due seminari di approfondimento tecnico o scientifico su argomenti del corso.
Esercitazioni: l’attività pratica sarà dedicata alla conoscenza della variabilità genetica in una specie di interesse agrario, all’esame di mutazioni coinvolte nello sviluppo fiorale, all’esecuzione di incroci controllati e ad una visita didattica ad un’azienda operante nel miglioramento e/o nella produzione sementiera di specie di interesse agrario.

Barcaccia G. e Falcinelli M., Genetica e genomica, vol. II, 2005, Miglioramento genetico, Liguori.
Lorenzetti F. et al., Miglioramento genetico delle piante agrarie, 2018, Edagricole.
Ciriciofolo E. e Benincasa, Sementi: Biologia, produzione e tecnologia, 2018 Edagricole.
Materiale fornito dal docente tramite il Portale Docente.

Il corso è diviso in due parti. La prima, di 32 ore, comprende lezioni frontali; la seconda, di 16 ore, comprende esercitazioni, seminari, attività di laboratorio.
Introduzione al corso. Descrizione del programma, degli obiettivi formativi e dei risultati attesi. Descrizione della modalità di esame e dei criteri di valutazione. Presentazione delle banche dati internazionali Scopus e Web Science.
Struttura chimica, proprietà biologiche ed applicazioni in campo agronomico, alimentare, cosmetico, farmaceutico e nutraceutico delle principali sostanze organiche naturali (metaboliti secondari) presenti nel mondo vegetale descritte percorrendo le vie biogenetiche.
Metaboliti derivanti dalla via biogenetica dell’acetato. Acidi grassi saturi. Acidi grassi insaturi. Acidi grassi non comuni (acetilenici e ramificati). Prostaglandine. Trombossani. Leucotrieni. Macrolidi. Statine. Fenoli semplici. Tetracicline. Antrachinoni. Antroni. Diantroni. Acidi anarcardici. Uruscioli. Aflatossine. Cannabinoidi.
Metaboliti derivanti dalla via biogenetica dello shikimato. Amminoacidi aromatici. Acidi benzoici. Acidi cinnamici. Lignani. Lignine. Fenilpropani. Cumarine. Stilbeni. Flavonoidi. Flavonolignani. Isoflavonoidi. Benzochinoni. Naftochinoni. Antrachinoni. Chinoni terpenoidici. Tannini idrolizzabili. Tannini condensati.
Metaboliti derivanti dalla via biogenetica del mevalonato. Emiterpeni. Monoterpeni lineari, ciclici e irregolari. Iridoidi. Secoiridoidi. Sesquiterpeni. Diterpeni. Sesterterpeni. Triterpeni. Tetraterpeni. Terpenoidi superiori. Steroidi.
Alcaloidi derivanti dall’ornitina, dalla lisina, dall’acido nicotinico, dalla tirosina, dal triptofano, dall’acido antranilico, dall’istidina, da reazioni di amminazione; alcaloidi purinici.
Radicali liberi. Stress ossidativo. Antiossidanti. Metodi in vitro per la determinazione dell’attività antiossidante.
Tecniche di estrazione tradizionali ed innovative delle sostanze naturali.
Tecniche di separazione e caratterizzazione delle sostanze naturali. Tecniche cromatografiche. Risonanza Magnetica Nucleare.

Per una buona preparazione di esame, è consigliato il seguente libro di testo:
“Chimica, Biosintesi e Bioattività delle Sostanze Naturali” - Paul M. Dewick, Piccin. Edizione italiana a cura di E. Fattorusso.
Sulla piattaforma Moodle, alla pagina del corso, sono disponibili le slides di tutte le lezioni svolte dal docente.

Il corso è principalmente strutturato in tre sezioni: una sezione iniziale a carattere più generale, una sezione specifica sull’ utilizzo delle piante per la produzione di proteine ricombinanti ed una terza sezione dove gli studenti presentano in classe, in italiano, un articolo scientifico in lingua inglese. Inoltre durante il corso sono previsti tre seminari tenuti da esperti esterni all’Università su diverse tematiche del programma.
Nella sezione iniziale sono introdotti gli scopi generali delle biotecnologie farmaceutiche ed i farmaci ottenuti mediante produzione biotecnologica, a tal proposito vengono fornite alcune definizioni di biofarmaco ed esempi specifici nonché la trattazione del loro mercato mondiale. Inoltre i farmaci biotecnologici vengono paragonati ai farmaci tradizionali con particolare riferimento ai nuovi approcci per la loro realizzazione. In questo contesto sono anche forniti cenni ricapitolativi sulla tecnologia del DNA ricombinante strettamente applicata ai prodotti farmaceutici. Vengono trattati tutti i principali sistemi biologici per la produzione: batteri soprattutto E. coli, lieviti, cellule di insetto, diversi tipi di cellule di mammifero e uova di pollo. Tematiche di produzione su ampia scala sia a livello di “upstream processing” che di “downstream processing” vengono affrontate anche alla luce degli standard qualitativi internazionali e della procedura di “Good Manufacturing Practice” (GMP), in particolare lezioni specifiche sono dedicate alle biofermentazioni, alla lavorazione del prodotto, alle tecniche di analisi e purificazione delle macromolecole biologiche e alla loro formulazione in vista del rilascio sul mercato. Dopo un’ introduzione all’ immunità, alla immunogenicità ed al sistema immunitario degli esseri umani, vengono definiti e descritti anche tramite casi studio specifici tutte le principali tipologie di biofarmaci: vaccini, anticorpi policlonali, anticorpi monoclonali, proteine immunomodulatorie ed enzimi e le patologie verso le quali questi farmaci sono diretti. A conclusione della sezione generale vengono illustrati i recenti sviluppi delle nanotecnologie in biomedicina e diagnostica e le possibili future applicazioni in biofarmaceutica.
Nella seconda sezione, tutta incentrata sull’ uso delle piante per l’espressione ricombinante di polipeptidi con attività farmaceutica, sono all’ inizio trattati i virus vegetali da un punto di vista molecolare per l’ importanza che hanno avuto e continuano ad avere nello sviluppo di sistemi di espressione. In particolare vengono affrontate le varie strategie di espressione e di replicazione dei più conosciuti virus vegetali e vengono analizzati nel dettaglio i sistemi che fanno uso di questi virus per l’espressione eterologa transiente nelle piante. Successivamente sono trattate le piante più utilizzate in biofarmaceutica (tabacco, benthamiana, riso, mais, patata e pomodoro) ed i diversi tipi di modificazione genetica applicabili a queste specie (trasformazione nucleare stabile, trasformazione plastifica e trasformazione transiente). Numerosi casi studio di biofarmaci sviluppati in pianta verrano presentati e analizzati nel dettaglio per esemplificare i diversi approcci relativi a tipo di biofarmaco, alla patologia e alla specie ricevente (ad uso umano o veterinario).
La terza sezione si focalizza sull’acquisizione di familiarità nell’analisi di elaborati scientifici in inglese e sull’acquisizione di capacità nella presentazione ed esposizione di contenuti tecnici. A questo scopo gli studenti scelgono un articolo, tratto da una lista di pubblicazioni selezionate dal docente e preparano una presentazione power point di 20 minuti circa per spiegare ai compagni, la tematica, l’approccio sperimentale, i risultai e le prospettive del lavoro. Tutte le pubblicazioni selezionate vertono sulla ideazione, realizzazione e sviluppo di biofarmaci in pianta.
I tre seminari che si svolgono durante il corso sono:i) elementi di immunologia tenuto dalla Dott.ssa Selene Baschieri del centro ricerca ENEA Casaccia; ii) principi di vaccinologia tenuto dalla Dott.ssa Chiara Lico del centro ricerca ENEA Casaccia.

Biotecnologie farmaceutiche; Crommelin D. J., Sindelar R. D.; Zanichelli; 2000; ISBN: 8808094197.
Elementi di Virologia Vegetale; Giunchedi, Conti, Gallitelli, Martelli; 2007; ISBN: 978-88-299-1838-6.

1. Sistemi di produzione
2. Cenni su aspetti qualitativi delle produzioni animali
3. Biotecnologie della riproduzione
4. Miglioramento genetico
a. Genetica quantitativa
b. Genomica
5. Nutraceutica dei prodotti di origine animale
6. OGM in produzione animale
7. Esercitazioni in azienda: visita presso aziende agro-zootecniche
8. Esercitazioni in laboratorio: colture cellulari, e….
9. Seminari

Raccolta di power point: Moodle e DropBox
Testo consigliato: saranno indicati quando necessari

Definizione, inquadramento generale e sfide della bioeconomia. Importanza della bioeconomia per l’economia nazionale, con particolare riferimento al settore agroalimentare. Introduzione di alcune ricerche condotte: scelte dei consumatori/alimenti salutistici; scelte dei produttori/utilizzo degli input chimici.
Fondamenti di (bio)economia: domanda ed offerta di mercato, scelte dei consumatori e dei produttori, mercato in concorrenza perfetta, potere di mercato, innovazione tecnologica, valore e tutela della proprietà intellettuale.
Economia delle aziende agroalimentari: scelte produttive e gestionali di tipo sostenibile.
Strategie e politiche comunitarie: strategie della bioeconomia, Green Deal, Farm to Fork, Politica Agricola Comune.
Metodi quantitativi per le analisi in bioeconomia: modelli economici delle scelte di produttori e consumatori.
Casi studio: illustrazione e discussione di vari casi studio con la partecipazione attiva degli studenti.

1. A sustainable bioeconomy for Europe: strengthening the connection between economy, society and the environment. European Commission, Brussels, 2018.
2. A new bioeconomy strategy for a sustainable Italy. Italian bioeconomy Strategy BIT, 2019.
3. Materiale didattico messo a disposizione dal docente.

Politiche comunitarie per la sicurezza alimentare; cenni preliminari ed evoluzione del concetto di qualità dei prodotti agro-alimentari e di tracciabilità. Aspetti della nutrizione animale e qualità dei prodotti derivati. Metodologie e procedure analitiche per la valutazione della qualità e la tracciabilità d’origine e/o di processo dei prodotti alimentari. Disamina delle principali filiere di produzione animale (latte, carne, uova, prodotti apistici) e relativi aspetti di qualità, sicurezza, tracciabilità ed etichettatura. Effetto di fattori ambientali e gestionali sulla qualità igienico-sanitaria dei prodotti d'origine animale. Tracciabilità di processo. Quadro normativo (comunitario e nazionale) di riferimento. Controllo e autocontrollo.

Nessun testo specifico
Materiale didattico (slides del corso, atti normativi e letteratura grigia/scientifica) messo a disposizione dal Docente

Descrizione dei genomi di piante arboree e analisi filogenetica. Fisiologia e regolazione genica degli stress biotici ed abiotici in piante arboree. Il network genico regolante lo sviluppo e la produzione: vigore e ramificazione dell’albero, cambiamento di fase, alternanza di produzione dei frutti, induzione fiorale, sviluppo e maturazione del frutto del frutto, controllo del frutto in post-raccolta.
Il network genetico che controlla l’interazione della pianta con i fattori ambientali biotici ed abiotici: a) fotorecettori e regolazione della sindrome di fuga dall’ombra, cambiamenti di fase, e risposte fotoperiodiche e ritmiche; b) recettori della temperatura e risposte adattative alle alte e basse temperature, vernalizzazione e sviluppo fiorale e fruttificazione; c) il sistema di percezione del flooding e le risposte adattative delle piante; d) sensori per l’acqua e dei composti minerali regolanti la nutrizione della pianta e la sintesi dei metaboliti secondari; e) sistemi di comunicazione tra le piante (anche interazione nesto-portinnesto) e gli altri organismi; f) regolazione genica ospite/parassita-predatori: il caso di Erwinia amylovora (Fire blight, Pseudomona spp; Venturia, eccetera).
Il frutto e la foglia come bio-fabbrica di metaboliti strutturali e secondari. Regolazione genetica ed epigenetica della sintesi e del catabolismo dei metaboliti secondari, il caso di mutanti di melo e vite. Impiego della bioinformatica per l'individuazione e l'isolamento di alleli funzionali di geni ortologhi, di small-RNA, e analisi dello stato di metilazione delle regioni di regolazione genica con importante funzione nei processi biologici rilevanti.
Cenni di isolamento, clonaggio, sequenziamento di geni e loro impiego in costrutti per programmi di miglioramento biotecnologico. Tecniche di trasformazione per piante arboree. Tecniche innovative per lo studio dell'espressione genica e dell’epigenetica.
Impiego dei marcatori molecolari per la selezione assistita ed il miglioramento genetico. Esempi di transgenosi in piante arboree. Le esperienze di transgenosi nelle piante arboree da frutto.
I settori di intervento biotecnologico ed il miglioramento genetico delle principali specie arboree da frutto.
Le esercitazioni si svolgeranno nel Laboratorio di eco-fisiologia molecolare della piante arboree e delle colture in vitro (stanza 232-234) e saranno dedicati 2 CFU (16 hrs).
Le esercitazioni avverranno con lezioni svolte in laboratorio per l'acquisizione completa delle diverse tecnologie e riguarderanno: estrazione degli acidi nucleici, purificazione e valutazione quanti-qualitativa; analisi filogenetica della diversità extra ed intra-specie tramite l'impiego di marcatori molecolari random (AFLP, SSR, EST, ecc), o marcatori molecolari HRM e ARMS per l'analisi dei marcatori SNPs; analisi dell'espressione dei geni di tipo semi-quantitativa e quantitativa; analisi dell'espressione degli alleli; analisi epigenetiche delle piante clonate per la verifica della stabilità genetica tramite l'impiego di sistemi random, quali M-SAP; analisi della regolazione epigenetica dell'espressione dei singoli geni con EpiHRMAssay test. Infine saranno fatti cenni sui sistemi di indagine ad alta densità del trascrittoma e del genoma ed i relativi sistemi di elaborazione bioinformatica.
Pertanto è previsto anche, di volta in volta, di accompagnare le lezioni di laboratorio con lezioni bionformatiche attinenti gli argomenti specifici (identificazione dei siti conservati in geni paraloghi ed ortologhi e loro funzione biologica).

Biodiversity, Chapman & Hall, London, 1988
G. Valle, M. Helmer Citterich, M. Attimonelli, G. Pesole., Introduzione alla Bioinformatica, Zanichelli, 2003
LITZ R.E., BIOTECHNOLOGY OF FRUIT AND NUT CROPS., CABI PUBLISHING, 2004
Articoli e materiale didattico forniti direttamente dal docente

Il corso è organizzato in una parte iniziale durante la quale vengono illustrate diverse colture agrarie in termini dei relativi aspetti qualitativi, con maggiori approfondimenti del frumento, le problematiche relative alla tracciabilità e rintracciabilità e le tecniche biochimiche e molecolari propedeutiche alla comprensione degli argomenti specifici che saranno affrontati nella seconda parte e che sono anche argomento delle esercitazioni di laboratorio. Nello specifico il programma prevede nella prima parte:
• Definizione di qualità delle colture agrarie e descrizione delle caratteristiche qualitative principali di ciascuna
• Possibilità di intervento per il miglioramento delle caratteristiche qualitative
• Cenni sulla normativa riguardante la tracciabilità e la rintracciabilità nelle filiere, certificazione e etichettatura, marchi individuali e collettivi, marchi di qualità
• Definizione di frodi alimentari
• Metodi di campionamento
• Tecniche di proteomica, PCR standard e quantitativa (RT-PCR), cromatografia, saggio ELISA, marcatori molecolari, incluso il DNA barcoding
Nella seconda parte vengono invece illustrate le problematiche relative ad alcuni prodotti di origine vegetale. Argomenti stabili sono i prodotti a base di frumento e le piante geneticamente modificate. Secondo il tempo necessario a svolgere esaurientemente queste due tematiche principali, vengono trattati altre tematiche, sulla base delle preferenze espresse dagli studenti, quali ad esempio, la rintracciabilità dell’olio e del vino.
Per ciò che riguarda i prodotti a base di frumento, vengono illustrati principalmente il pane e la pasta, con le relative definizioni di legge e i processi che portano alla loro realizzazione. Vengono inoltre descritti diversi pani tipici e i relativi disciplinari e riportati casi di studio nei quali sono state utilizzate tecniche biochimico-molecolari per la loro tracciabilità.
Una parte del corso è dedicata alle reazioni avverse al frumento (in particolare allergie propriamente dette, celiachia e sensibilità al frumento di tipo non celiaco).
Riguardo alle piante geneticamente modificate, viene sviluppato il problema dell’equivalenza sostanziale, della legislazione in merito, e vengono illustrati i principali metodi di tracciabilità e valutazione dei rischi, trattando casi di studio specifici.

I casi di studio vengono presentati dal docente in modo da stimolare le capacità critiche degli studenti: viene data particolare importanza all’obiettivo che si deve raggiungere, alla procedura da seguire per raggiungere l’obiettivo proposto, alla discussione critica dei risultati.

Le esercitazioni di laboratorio previste sono:
• SDS-PAGE di paste alimentari per controllare la composizione varietale dichiarata in etichetta, attraverso il confronto tra i profili elettroforetici ottenuti estraendo le proteine dalle paste alimentari stesse, che dalle varietà di frumento dichiarate
• Test di sedimentazione SDS per la predizione delle proprietà tecnologiche degli impasti a base di frumento duro e tenero. Vengono normalmente messi a confronto due frumenti duri e due frumenti teneri con proprietà tecnologiche opposte in modo da evidenziare le differenze
• SE-HPLC per la predizione delle proprietà tecnologiche degli impasti a base di frumento duro e tenero. Anche in questo caso vengono normalmente messi a confronto due frumenti duri e due frumenti teneri con proprietà tecnologiche opposte in modo da evidenziare le differenze
• Test ELISA su paste alimentari per celiaci per controllare l’effettiva assenza di glutine utilizzando anticorpi policlonali contro proteine del glutine
• Western Blotting su paste alimentari per celiaci per controllare l’effettiva assenza di glutine utilizzando anticorpi policlonali contro proteine del glutine

I materiali bibliografici e le slides sono forniti dal docente
Il testo consigliato è Biotecnologie Alimentari (GIgliotti e Verga) Piccin Ed