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Oggetto:
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Biologia e biodiversità nei vegetali

Oggetto:

PLANT BIODIVERSITY

Oggetto:

Anno accademico 2021/2022

Codice attività didattica
SAF0025
Docenti
Prof. Silvia Perotto (Affidamento interno)
Dr. Valentina Fiorilli (Affidamento interno)
Corso di studio
[056502] BIOTECNOLOGIE VEGETALI
Anno
1° anno
Periodo
Primo semestre
Tipologia
B - Caratterizzante
Crediti/Valenza
6
SSD attività didattica
BIO/01 - botanica generale
Erogazione
Convenzionale
Lingua
Italiano
Frequenza
Facoltativa
Tipologia esame
Scritto più orale obbligatorio
Tipologia unità didattica
corso
Prerequisiti
Nessuno / None
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Sommario del corso

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Obiettivi formativi

 

L'insegnamento contribuisce alla realizzazione degli obiettivi formativi del corso di studi in Biotecnologie Vegetali fornendo conoscenze approfondite e all'avanguardia sulle piante, comprese specie di particolare interesse per le biotecnologie vegetali, in una prospettiva organismica-evolutiva. L'insegnamento si articola in due moduli. Il primo si propone di illustrare i grandi gruppi degli organismi vegetali, evidenziandone le unicità a livello cellulare e tracciandone il percorso evolutivo a partire dall'emersione dall'acqua, con particolare attenzione all'evoluzione dei cicli vitali, del piano organizzativo e delle interazioni che hanno accompagnato l'adattamento all'ambiente terrestre. Il secondo modulo si propone di fornire, grazie all'integrazione di lezioni teoriche ed esercitazioni, le basi dell'istologia e dell'anatomia vegetale.

 

 

The course will contribute to the objectives of the Plant Biotechnology master course by providing up-to-date knowledge on plants, including species of biotechnological interest, in an organismic-evolutionary perspective. The course is divided in two modules. The first one is aimed to illustrate the main groups of photosynthetic organisms and to highlight their unique features, tracing their evolutionary path starting from plant emergence from water, with particular focus on the evolution of their life cycles, of their body plan and on the importance of plant-microbe interactions during plant evolution. Aim of the second module is to provide, through the integration of theoretical lectures and practicals, the bases of plant histology and anatomy.

 

Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE

 Alla fine del corso lo studente avrà acquisito nuove conoscenze relative a:

- concetti moderni di sistematica, tassonomia, filogenesi;
- evoluzione del ciclo aplo-diplonte e delle strategie riproduttive delle piante;
- collocazione sistematica di specie di interesse agrario e per le biotecnologie vegetali;
- struttura anatomica dei vegetali e organizzazione dei tessuti che li compongono.

 

CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE

Alla fine dell'insegnamento gli studenti saranno in grado di:
- posizionare gli organismi vegetali all'interno di un albero filogenetico;
- riconoscere le diverse fasi del ciclo vitale delle piante;
- riconoscere l'anatomia dei principali organi dei vegetali al microscopio ottico

 AUTONOMIA DI GIUDIZIO

Alla fine dell'insegnamento gli studenti saranno in grado di valutare in modo critico se una determinata specie vegetale si adatta ad uno specifico esperimento o applicazione biotecnologica. Saranno inoltre in grado di valutare in modo critico le informazioni che provengono dai media.

 ABILITÀ COMUNICATIVE

Alla fine dell'insegnamento gli studenti saranno in grado di utilizzare la terminologia tecnico-scientifica impiegata per studiare l'evoluzione dei vegetali e la loro anatomia Inoltre attraverso la lettura di articoli scientifici in inglese, saranno verificate non solo le abilità comunicative e linguistiche, ma anche le capacità di analisi e di comprensione di lavori scientifici

 

CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO

Alla fine dell'insegnamento gli studenti saranno in grado di controllare alcuni concetti teorici di grande rilevanza (evoluzione, sistematica, biodiversità) e di applicarli autonomamente alle specie vegetali.

 

 

KNOWLEDGE AND COMPREHENSION ABILITIES

At the end of the course the student will acquire knowledge about:

- the concepts of systematics, taxonomy and phylogenetics;
- the evolution of the plant life cycle and of the plant reproductive strategies;
- the taxonomic position of plant species of biotechnological interest;
- the plant anatomical structures and their histology.

 

CAPACITY TO APPLY KNOWLEDGE AND COMPREHENSION

At the end of the course students will be able to:
- place plants into a phylogenetic tree;
- recognise the different stages of a plant life cycle;
- recognize the anatomy of the main plant organs under the light microscope.

 

ABILITY OF INDEPENDENT JUDGEMENT

Students will be able to critically evaluate whether a plant species is suitable for a specific experiment or biotechnological application. They will also be able to critically evaluate information coming from the media.

COMMUNICATION SKILLS
At the end of the teaching the students will handle the technical-scientific terminology used in plant evolution, phylogenetics and anatomy. In addition, their communication and language skills as well as their ability to analyze a scientific work will be challenged through the reading of papers written in English.

 

LEARNING ABILITY
At the end of the course, the students will master the most important concepts in the field (evolution, systematic, biodiversity) and they will be able to apply them autonomously to plant species.

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Programma

Area di formazione generale

Modulo 1: Biodiversità

1) Parte generale. Un ripasso dei caratteri distintivi degli organismi vegetali: autotrofia, sviluppo e differenziamento dal piano strutturale, principali metabolismi.

2) Biodiversità: Concetti di tassonomia, sistematica, evoluzione, filogenesi. Linneo: classificazione, nomenclatura binomia. Darwin: evoluzione/filogenesi. Concetto di specie, convergenze evolutive, cladistica. Da anatomia a sequenziamento di genomi. Geni ribosomali. Dai regni ai domini. K. Woese.

 3) Evoluzione:

  • Origine degli eucarioti fotosintetici. Endosimbiosi primaria e secondaria nelle alghe. Alghe unicellulari e pluricellulari. Sistemi modello nelle alghe.
  • Dalle alghe alle briofite. La conquista delle terre emerse: evoluzione molecolare e biologica. Epatiche, Antocerotali e Muschi: relazione gametofito/sporofito. Sporogonia e strategie di dispersione. Physcomitrella come pianta modello.
  • Evoluzione del ciclo vitale e del piano strutturale nelle felci. Comparsa dell'eterosporia. Pteridofite e macrofille. Contributo delle felci alle biotecnologie vegetali
  • Dalla dispersione per sporogonia alla comparsa del seme. Evoluzione nelle gimnosperme: Cycadales, Gingkoales, Coniferales, Gnetales.
  • Comparsa e caratteri distintivi delle angiosperme. Il fiore. Filogenesi attuale; gruppi basali; cluster delle monocotiledoni, magnolie alla base delle eucotiledoni.  Collocazione sistematica delle più comuni specie si interesse agrario e biotecnologico.

4) Significato evolutivo e adattativo delle interazioni piante - microrganismi. Concetti fondamentali della simbiosi. Simbiosi con funghi AM e adattamento all'ambiente terrestre. Simbiosi azotofissatrici: dalle crittogame alle angiosperme. Il plant microbiota.

 

Modulo 2: Anatomia

1) Tessuti: meristematici, parenchimatici, tegumentali, conduttori, meccanici, secernenti (caratteristiche citologiche/funzionali).

2) Organi:

  • Fusto. Meristema apicale: tunica/corpus; zona centrale/periferica. Geni regolatori. Bozze fogliari e primordi dei rami (pomodoro, Arabidopsis). Dominanza apicale. Mais e teosinte. Internodi: mutanti nani, gene Le di pisello, mutante gai (Arabidopsis). Portamento monopodiale e simpodiale. Zone di crescita: apice, zona di determinazione, differenziamento, struttura primaria. Eustele, atactostele. Fusti modificati. Accrescimento secondario. Cambio subero-fellodermico e cribro-vascolare. Attività dipleurica. Sistemi assiale/radiale. Xilema secondario (legno omoxilo ed eteroxilo). Floema secondario. Dendrocronologia.
  • Foglia. Morfologia ed anatomia (foglie bifacciali, isofacciali, unifacciali, centriche). Controllo formazione/disposizione di stomi/tricomi. Foglie modificate. Senescenza ed abscissione fogliare (ruoli etilene, citochinina, auxina).
  • Radice. Arabidopsis: sistema modello per studiare lo sviluppo della radice. Segnali di posizione/identità cellulare, geni coinvolti. Organizzazione esterna/interna. Meristema primario, centro quiescente, cuffia (gravitropismo), zona di meristemi determinati, differenziamento, struttura primaria. Actinostele. Radici laterali. Accrescimento secondario. Specializzazioni/adattamenti. Noduli. Micorrize.

Esercitazioni: preparazione di vetrini, colorazione, osservazione al microscopio. 1) Parenchimi, epidermide 2) Tessuti meccanici, conduttori 3) Foglia 4) Fusto in struttura primaria/secondaria.

 

General formation area

Module 1: Plant biodiversity

1) General part. A revision of the distinctive features of plants. Photosynthesis, development and differentiation of the body plan, metabolism.

2) Biodiversity: Concepts of taxonomy, systematics, evolution, phylogeny. Linnaeus: classification, binomial nomenclature. Darwin: evolution/phylogeny. Concept of species, evolutionary convergence, cladistics. From the anatomy to genome sequencing. Ribosomal genes. From kingdoms to domains: K. Woese.

3) Evolution:

  • Origin of photosynthetic eukaryotes. Primary and secondary endosymbiosis. Unicellular and multicellular algae. Model species in algae.
  • From algae to bryophyta. Land colonization by plants: molecular and biological evolution. Liverworts, Mosses and Antocerotales: gametophyte/sporophyte relationships. Sporogony and dispersal strategies. Physcomitrella: a model plant.
  • Evolution of life cycle and body plan in ferns. Heterospory. Pteridophyta and macroleaves. Contribution of ferns to plant biotechnology.
  • From spores to seeds. Evolution of Gymnosperms: Cycads, Gingkoales, Coniferales, Gnetales.
  • Distinctive features of Angiosperms. The flower. Modern phylogeny; basal groups; evolution of Dicots and Monocots. Taxonomic position of the most common species of interest in agriculture and biotechnology

4) The evolutionary and adaptive significance of plant-microbe interactions: Fundamental concepts of symbioses. AM fungi and land colonization. Nitrogen-fixing symbioses from briophytes to angiosperms. The plant microbiota.

 

Module 2: Plant anatomy

1) Plant tissues: parenchyma, epidermal, support, vascular, secretory tissues (cytological and functional features).

2) Plant organs:

  • Stem. Apical meristem: tunica/corpus; central/peripheral zones. Regulatory genes. Branches and leaf primordia (tomato, Arabidopsis). Apical dominance. Maize and teosinte. Internodes: dwarf mutants, pea Le gene, gai mutant (Arabidopsis). Monopodiale and sympodial habit. Growth zones: apical meristems, determination zone, differentiation zone, primary structure zone. Eustele, atactostele. Modified stems. Secondary growth. Cork and cribro-vascular cambium activity. Bifacial activity. Longitudinal/radial systems. Secondary xylem (homogeneous and heterogeneous wood). Secondary phloem. Dendrochronology.
  • Leaf. Morphology and anatomy (bifacial, isofacial, unifacial, centric leaves). Control of the stomata/trichomes formation and arrangement. Modified leaves. Leaf senescence and abscission (ethylene, cytokinin, auxin roles).
  • Root. Arabidopsis: a model system for the study of root development. Position/cell identity signals, genes involved. Internal/external structure. Primary meristem, quiescent center, root cap (gravitropism), determined meristems zone, differentiation zone, primary structure zone. Actinostele. Lateral roots. Secondary growth. Modified roots. Nodules and mycorrhiza.

Practical parts: slides preparation, staining, microscope observations. 1) parenchyma, epidermis. 2) Support and transport tissues. 3) Leaves. 4) Primary/secondary shoots.

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Modalità di insegnamento

L'insegnamento consiste di due moduli. Il modulo 1 (Biodiversità vegetale) prevede 30 ore di lezione frontale. Il modulo 2 (Anatomia vegetale) prevede 22 ore di lezione frontale e 8 ore di esercitazioni (preparazione di vetrini a partire da materiale vegetale fornito dalla docente ed osservazioni al microscopio ottico). Per le lezioni frontali il docente si avvale di slides scritte in parte in Inglese, che saranno messe a disposizione degli studenti alla fine della lezione sulla pagina internet dell'insegnamento.

The course is divided into two modules. The first one (Plant biodiversity) includes 30 hours of lectures. The second one (Plant anatomy) includes 22 hours of lessons and 8 hours of practical works (sections will be prepared from plant materials supplied by the teacher and observed by light microscopy). Power point presentations partly written in English will be used during lectures and will be made available to students, at the end of the lessons, on the course web site.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

Al termine di ciascun argomento presentato a lezione il docente proporrà una discussione in aula sui temi trattati per verificare la comprensione da parte degli studenti di quanto esposto, anche avvalendosi di domande riconducibili a quelle proposte nell'esame finale.
L'apprendimento viene verificato attraverso una prova finale scritta e un colloquio. La prova scritta comprende:

- 6 domande a risposta aperta (3 domande per il primo modulo +3 domande per il secondo modulo) che prevedono il riconoscimento e la descrizione di schemi, cicli vitali e/o preparati anatomici trattati a lezione o durante le esercitazioni, per valutare la capacità di analizzare strutture morfologiche e il livello di approfondimento.

- 4 domande a risposta aperta sugli argomenti trattati nei due moduli (2 domande per il primo modulo +2 domande per il secondo modulo). Le domande aperte permettono di valutare, in aggiunta alle conoscenze specifiche, proprietà di linguaggio e capacità di sintesi.

Un massimo di 6 punti sarà attribuito per ciascuna risposta. Segue una prova orale che prevede una discussione/integrazione della prova scritta. Il voto finale deriva dalla media dei voti in trentesimi delle prove relative a ciascuno dei due moduli e dall'esito del colloquio.

 

At the end of each topic the teacher will propose a discussion on the main subjects to verify the level of understanding, also asking questions similar to those proposed in the final examination.
The final examination is a written test consisting:

- 6 open questions (3 for the first module + 3 for the second module) that include the recognition and description of schemes, life cycles and hystological or anatomical samples presented during the lectures or the practicals, to evaluate the students' ability to apply knowledge to the analysis of morphological strucrures and processes.
- 4 open questions on the subject of the two modules (2 for the first module + 2 for the second module). The open question will allow the combined evaluation of technical knowledge, language use and synthesis ability

A maximum of 6 points is attributed to each question and the final mark will be the average of the marks obtained in the two modules. An oral discussion/integration follows the written test.

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Attività di supporto

Testi consigliati e bibliografia

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Il materiale didattico presentato a lezione sarà disponibile sulla piattaforma Moodle.

I testi base consigliati per il corso sono:

  • Evert RF, Eichhorn SE. 2013. Biologia delle piante di Raven. Ed. Zanichelli.
  • Smith AM. et al. 2011. Biologia delle piante. Ed. Zanichelli.
  • Pasqua G, Abbate G, Forni C. 2015. Botanica generale e Diversità vegetale. III ed. Ed. Piccin.
  • Mauseth JD. 2014. Botanica. Fondamenti di biologia delle piante. Ed. Idelson-Gnocchi.
  • Gerlach D, Lieder J. 2014. Atlante di Anatomia Vegetale. Ed. Muzzio.

E' fortemente consigliato l'utilizzo del seguente materiale per approfondimenti e integrazioni:

Appunti presi a lezione

Sono di seguito indicati altri siti internet di interesse:

http://www.bioveg.unito.it/atlanteme/

http://www.atlantebotanica.unito.it/

 

The slides will be available on Moodle:

The suggested books for the exam preparation are:

  • Evert RF, Eichhorn SE. 2013. Biologia delle piante di Raven. Ed. Zanichelli.
  • Smith AM. et al. 2011. Biologia delle piante. Ed. Zanichelli.
  • Pasqua G, Abbate G, Forni C. 2015. Botanica generale e Diversità vegetale. III ed. Ed. Piccin.
  • Mauseth JD. 2014. Botanica. Fondamenti di biologia delle piante. Ed. Idelson-Gnocchi
  • Gerlach D, Lieder J. 2014. Atlante di Anatomia Vegetale. Ed. Muzzio.

It is strongly suggested to use the lesson notes for the exam preparation

Other internet useful sites:

http://www.bioveg.unito.it/atlanteme/

http://www.atlantebotanica.unito.it/



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Note

L'insegnamento si svolge sia presso la sede di Grugliasco che presso il Dipartimento di Scienze della Vita e Biologia dei Sistemi, sede di Viale Mattioli 25. I giorni di svolgimento delle lezioni presso le due sedi verranno comunicati all'inizio del corso. 

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 teaching takes place both at the Grugliasco seat and at the Life Sciences and Systems Biology Department, seat of Viale Mattioli 25. More details about the lesson days at the two different sites will be communicated at the beginning of the course.

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    Ultimo aggiornamento: 17/05/2021 16:13
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