Genomica vegetale

Oggetto:

Genomica vegetale

Oggetto:

PLANT GENOMICS

Oggetto:

Anno accademico 2019/2020

Codice dell'attività didattica

INT0523

Docente

Dott. Cinzia Comino (Affidamento interno)

Corso di studi

[056502] BIOTECNOLOGIE VEGETALI

Anno

1° anno

Tipologia

B - Caratterizzante

Crediti/Valenza

SSD dell'attività didattica

AGR/07 - genetica agraria

Modalità di erogazione

Convenzionale

Lingua di insegnamento

Italiano

Modalità di frequenza

Facoltativa

Tipologia d'esame

Scritto

Prerequisiti

Nessuno / None

Oggetto:

L'insegnamento concorre alla realizzazione degli obiettivi formativi del corso di studi in Biotecnologie Vegetali, fornendo conoscenze approfondite e all'avanguardia sugli aspetti molecolari e cellulari delle piante, con particolare riferimento a:

- mappe genetico-molecolari e mappe fisiche (principali metodi di sequenziamento dei genomi);

-epigenetica e epigenomica;

-strumenti di analisi trascrittomica e proteomica adottati per l'analisi dell'espressione e dell'annotazione genica;

-caratterizzazione funzionale utilizzando forward e reverse genetics.

The course contributes to the realization of the educational objectives of the Master in Plant Biotechnology, providing in-depth and advanced knowledge on molecular and cellular aspects of plants, with particular reference to:

- molecular-genetic and physical maps;

-epigenetics and epigenomics;

-tools of transcriptomics and proteomics analysis used in the study of gene expression and annotation;

-Functional characterization by forward and reverse genetics

Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

Italiano
English

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE

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

- strategie utilizzate per la costruzione di mappe fisiche e genetico-molecolari;

- metodi di identificazione e annotazione del genoma;

- strumenti di analisi dell'epigenoma e dell'espressione genica;

- tecniche di analisi proteomica;

-strategie per la caratterizzazione funzionale.

CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE

Alla fine dell'insegnamento gli studenti saranno in grado di:

-progettare un esperimento di sequenziamento di un intero genoma/parti specifiche del genoma/epigenoma/trascrittoma

- applicare adeguati protocolli per condurre le analisi genomiche.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO

Alla fine dell'insegnamento gli studenti saranno in grado di scegliere le adeguate tecnologie per condurre le analisi genomiche.

ABILITÀ COMUNICATIVE

Alla fine dell'insegnamento gli studenti saranno in grado di utilizzare il linguaggio tecnico della genomica vegetale.

CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO

Alla fine dell'insegnamento gli studenti saranno in grado di distinguere l'efficacia delle tecnologie trattate per condurre le analisi genomiche, a reperire e comprendere le informazioni anche mediante articoli scientifici per un apprendimento sempre più autonomo, stimolandone la discussione critica e la partecipazione interattiva.

KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING
At the end of the course, students will know the following topics:

- strategies for constructing molecular-genetic and physical maps;

- gene identification methods and annotation platform;

- analysis tools of epigenome and gene expression;

- proteomics analysis techniques;

- strategies for gene functional characterization.

APPLYING KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING
At the end of the course students will be able to:
-plan a sequencing experiment of a whole genome /target sequences / epigenome / transcriptome
- Apply appropriate protocols to conduct genomic analyses.

MAKING JUDGEMENTS

At the end of the course, students will be able to choose the appropriate technologies to conduct genomic analysis.

COMMUNICATION SKILLS

At the end of the course, students will be able to use the technical language of plant genomics.

LEARNING SKILLS
At the end of the course, students will be able to distinguish the efficacy of the several technologies to conduct genomic analyzes, to find and understand information through scientific articles for for an increasingly autonomous learning, stimulating critical discussion and interactive participation.

Oggetto:

Modalità di insegnamento

Italiano
English

Il corso consiste di 48 ore di lezione frontale e 12 ore dedicate a attività di laboratorio. Per le lezioni frontali il docente si avvale di slide che saranno messe a disposizione degli studenti alla fine della lezione sulla pagina internet del corso.

Fino a che sarà sospesa la didattica in presenza, il corso verrà erogato con forme di didattica alternativa, mediante video lezioni (registrate tramite la piattaforma Kaltura) e presentazioni (in pdf). Tutto il materiale si trova nella pagina Moodle del corso:

https://elearning.unito.it/samev/enrol/index.php?id=828

The course consists of 48 hours of lectures and 12 hours devoted to laboratory work. For lectures the teacher makes use of slides that will be available to the students at the end of the lessons at the web page of the course.

Oggetto:

Modalità di verifica dell'apprendimento

Italiano
English

L'apprendimento sarà verificato attraverso la discussione con la classe degli argomenti trattati alla fine di ogni lezione.

La verifica della preparazione degli studenti avverrà con esame scritto composto da domande aperte. I punti totali (30) saranno suddivisi sulla base delle domande presenti nella prova per importanza ed estensione e preannunciati in sede d'esame. Il punteggio finale sarà dato dalla somma dei punteggi parziali. Non è prevista una prova orale. La durata della prova scritta è di 2 ore e 15 minuti.

Learning will be assessed through class discussion of the topics at the end of each lesson. The final exam is a written exam composed of open-ended questions on the whole program. The score (30) will be subdivided by relevance and extension of the questions in the test . The final score will be given by the sum of the partial scores. No oral test is scheduled. The duration of the written test is 2 hours and 15 minutes.

Oggetto:

Attività di supporto

Italiano
English

Oggetto:

Programma

Italiano
English

Lezioni teoriche:

Genomica strutturale

Costruzione di mappe genetico-molecolari e fisiche (Area di formazione generale)

mappe genetico-molecolari: basi fisiche e basi cromosomiche della ricombinazione di geni marcatori associati. Popolazioni segreganti utilizzate per la costruzione di mappe genetico-molecolari: BC1, F2, RIL (linee inbred ricombinanti), DH (di-aploidi) ed F1 (pseudo-test cross). Confronto tra modelli di segregazione (marcatori co-dominanti e dominanti).

mappe fisiche: confronto tra mappe genetiche, mappe fisiche e citologiche. Tecnica FISH. Costruzione di librerie genomiche e vettori di clonaggio (plasmidi, batteriofagi, cosmidi, PAC, BAC, YAC). Sequenziamento del genoma: metodo gerarchico, metodo shotgun. Sequenziamento DNA: metodo Sanger; metodi di marcatura; sequenziatori automatici a gel e capillari. Sequenziamento di seconda generazione (Amplified single molecule sequencing: 454 Roche, Illumina technology, AB Solid, Ion Torrent). Sequenziamento di terza generazione (single molecule sequencing: Helicos, Pacific Bioscience, Oxford Nanopore). Progetti genoma nelle piante.

Epigenetica (Area biologico-molecolare)

Meccanismi epigenetici. Tecniche per l'analisi dell'epigenoma. SmallRNA.

Identificazione e annotazione del genoma (Area biologico-molecolare)

I Genomi degli Eucarioti e loro caratteristiche (contenuto di DNA, numero di cromosomi, contenuto di eucromatina ed eterocromatina, compattezza, contenuto di G+C).
Definizione di gene e famiglie geniche. Geni che codificano proteine, geni che non codificano proteine. Gene ontology. Porzione non codificante del genoma (pseudogeni, ripetizioni intersperse e ripetizioni in tandem).

Genomica funzionale

Analisi dell'espressione genica (Area biologico-molecolare)

One-gene approach: northern blot e qPCR; Large-scale approach: (i) metodi basati sull'ibridazione di cDNA marcato a sonde immobilizzate su un supporto solido: Macroarray e Microarray; (ii) metodi basati sulla PCR e sulla visualizzazione di profili di frammenti di cDNA su gel ad alta risoluzione: DD (Differential Display), SSH (Suppressive subctractive hybridization), RDA (Representational difference analysis), cDNA-AFLP; (iii) metodi basati sul sequenziamentodei trascritti:SAGE, CAGE e RNA-seq

Analisi proteomica (Area biologico-molecolare)

Strumenti di Separazione e Display : "One-protein approach": Western Blot (in 1DE e/o 2DE); "Large-scale approach": Elettroforesi bidimensionale (2-DE).
Strumenti di identificazione proteica: sequenziamento con la chimica di Edman, spettrometria di massa.

Caratterizzazione funzionale (Area biologico-molecolare)

Strategie per creare una mutazione: agenti chimici, agenti fisici e agenti biologici (Mutagenesi Inserzionale con T-DNA o treasposoni). Genetica diretta (FORWARD GENETIC), positional cloning e insertional mutagenesis; Genetica inversa (REVERSE GENETIC): insertional mutagenesis, RNAi e Tilling.

Esercitazioni pratiche:

Costruzione di una libreria per sequenziamento ILLUMINA

Lectures:

Structural Genomics

-Construction of physical and molecular-genetic maps (General formation area)

Molecular-genetic maps: physical and chromosomal bases of recombination of associated marker genes. Phases of association, segregant populations used for the construction of molecular-genetic maps: BC1, F2, RIL (recombinant inbred lines), DH (di-haploid) and F1 (pseudo-test cross). Comparison of segregation patterns (co-dominant and dominant markers).

Physical maps: comparison of genetic, physical and cytological maps. FISH technique. Construction of genomic libraries and cloning vectors (plasmids, phages, cosmids, PACs, BACs, YACs). Genome sequencing: hierarchical and shotgun methods. DNA sequencing: Sanger method, gel and capillary automatic sequencers. Next generation sequencing (Amplified single molecule sequencing: 454 Roche, Illumina technology, AB Solid, Ion Torrent). Next next generation sequencing (single molecule sequencing: Helicos, Pacific Bioscience, Oxford Nanopore). Genome projects in plants.

-Epigenetics (Biological and molecular area)

Epigenetic mechanisms. Epigenome study tools. SmallRNA.

-Identification and annotation of the genome (Biological and molecular area)

Genomes of eukaryotes and their characteristics (DNA content, number of chromosomes, euchromatin and heterochromatin content, content of G+C).
Definition of gene and gene families. Genes that encode proteins, genes that not encode proteins. Gene ontology. Non-coding portion of the genome (pseudogenes, interspersed and tandem repeats).

Functional Genomics

-Analysis of gene expression (Biological and molecular area)

One-gene approach: Northern blot and qPCR; Large-scale approach: (i) methods based on the hybridisation of labeled cDNA probes immobilized on a solid support: microarray and macroarray; (ii) methods based on PCR and on profiles of cDNA fragments gel high resolution: DD (differential display), SSH (suppress subctractive hybridization), RDA (representational difference analysis), cDNA-AFLP (iii) methods based on sequencing of transcripts: SAGE, CAGE and RNA-seq.

-Proteomic analysis (Biological and molecular area)

Methods of separation and display: "One-protein approach": Western Blot (in 1DE e/o 2DE); "Large-scale approach": Two-dimensional electrophoresis (2-DE). Protein identification tools: sequencing with the Edman chemistry, mass spectrometry.

-Functional characterization (Biological and molecular area)

Strategies to create a mutation: chemical, physical and biological (T-DNA or transposon insertional mutagenesis) agents. FORWARD genetic (positional cloning and insertional mutagenesis), REVERSE genetic (insertional mutagenesis, RNAi and Tilling).

Practical training:

Construction of genomic libraries for ILLUMINA sequencing

Descrizione