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Oggetto:
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Trasformazione genetica

Oggetto:

Genetic transformation of plants

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Anno accademico 2019/2020

Codice dell'attività didattica
INT0520
Docente
Dott. Andrea Moglia (Affidamento interno)
Insegnamento integrato
Corso di studi
[056502] BIOTECNOLOGIE VEGETALI
Anno
1° anno
Tipologia
B - Caratterizzante
Crediti/Valenza
6
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
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Sommario insegnamento

Oggetto:

Obiettivi formativi

L'insegnamento contribuisce alla realizzazione degli obiettivi formativi del corso di studi in Biotecnologie Vegetali fornendo conoscenze approfondite e all'avanguardia  sulle metodiche di trasformazione genetica vegetale, principali obiettivi e applicazioni della trasformazione genetica vegetale, diffusione OGM a livello globale, metodiche di analisi sperimentale per la tracciabilità di OGM nelle filiere produttive e aspetti normativi legati all'immissione di OGM.

 

The course contributes to the realization of the educational objectives of the Master in Plant Biotechnologyproviding in-depth and advanced knowledge about experimental methods  and objectives of plant genetic transformation, on the current status of transgenic crops,  on the regulation of GM plants and methods of experimental analysis for the traceability of GMOs in the food  chains.

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Risultati dell'apprendimento attesi

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE

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

- tecnologie e metodiche utilizzate per la trasformazione genetica;

- principali obiettivi e applicazioni della trasformazione genetica vegetale;

- diffusione OGM a livello globale;

- metodiche di analisi sperimentale per la tracciabilità di OGM nelle filiere produttive;

-aspetti normativi legati all'immissione di OGM.

 

 CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE

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

-progettare la costruzione di un vettore per la trasformazione genetica vegetale;

-applicare adeguati protocolli per condurre la trasformazione genetica vegetale.

 

AUTONOMIA DI GIUDIZIO

Alla fine dell'insegnamento gli studenti saranno in grado di valutare e scegliere le strategie idonee per condurre la trasformazione genetica vegetale sulla base dell'obiettivo della trasformazione e del materiale vegetale di partenza.

 

ABILITÀ COMUNICATIVE

Alla fine dell'insegnamento gli studenti saranno in grado di utilizzare la terminologia tecnico-scientifica impiegata nella trasformazione vegetale in modo adeguato.  Inoltre attraverso la presentazione di lavori di gruppo, finalizzati alla formulazione di un progetto di ricerca, saranno verificate non solo le abilità comunicative, linguistiche ma anche le capacità di progettazione /pianificazione di attività sperimentali a scopo di ricerca.

 

CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO

Alla fine dell'insegnamento gli studenti saranno in grado di distinguere l'efficacia delle tecnologie e metodiche trattate per condurre la trasformazione genetica, 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:

-technologies and methodologies of plant genetic transformation;

 -goal and application of plant transformation;

-the current status of transgenic crops;

 -GMO detection and traceability in the food chain;

-the regulation of GM crops and products.

 

APPLYING KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING
At the end of the course students will be able to:

- design a vector for plant genetic transformation;

- apply appropriate protocols to carry out plant genetic transformation.

 

MAKING JUDGEMENTS

At the end of the course, students will be able to choose the appropriate technologies to conduct plant genetic transformation on the basis of objectives and plant explants.

 

COMMUNICATION SKILLS

At the end of the course, students will be able to use the technical language  of plant genetic transformation.  Moreover, the applying knowledge and the communication skills will be developed and evaluated by the presentation of group works, aimed to the writing of a research project.

 

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

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Modalità di insegnamento

Il corso consiste di 48 ore di lezioni frontali e 12 ore dedicate ad attività di laboratorio/esercitazioni. 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/course/view.php?id=688

Ogni due settimane sarà organizzato il ricevimento studenti sulla piattaforma Webex.

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.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

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L'esame sarà effettuato tramite video-conferenza WEBEX e sarà costituito da:

-3 domande aperte su argomenti trattati nelle lezioni teoriche: 9 punti per ciascuna domanda, totale 27 punti.

-1 domanda su aspetti tecnico/sperimentali nell’ambito della trasformazione genetica (es. commento di costrutti di trasformazione e di risultati sperimentali): 4 punti.

Il punteggio finale sarà dato dalla somma dei punteggi parziali.

 

Learning is verified  during the lesson  through questions aimed to verify student's comprehension.  The applying knowledge and the communication skills will be developed and evaluated by the presentation of group works. The final exam is a written exam composed of 8 open-ended questions (for a total of 25 points) and 12 multiple-choice questions (for a total of 6 points) that covers the whole  program carried out. 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 .

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Attività di supporto

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Programma

Il corso fa interamente riferimento all'Area Formativa Biotecnologica.

Lezioni teoriche:

-Trasformazione genetica mediata da Agrobacterium tumefaciens: descrizione del batterio, caratteristiche del plasmide Ti e dei geni VIR, meccanismo di trasferimento del T-DNA da Agrobacterium.

-Tecniche di trasformazione vegetale mediante metodi diretti: biolistica, mediata da Polyethilene-glicole, elettroporazione, Silicon carbide fibres, Bioactive beads, microiniezione.

-Costruzione di vettori per la trasformazione genetica: caratteristiche generali, tipologie (vettore cointegrativo/binario), preparazione, sviluppo ed ottimizzazione.

-Protocolli di trasformazione genetica: co-coltura, agroinfiltrazione, floral dip.

-Trasformazione cloroplastica.

-Definizione e ottenimento di piante cisgeniche e intrageniche.

-Silenziamento genico mediato da virus (VIGS): caratteristiche dei vettori per il VIGS ed esempi di applicazioni.

-Ottenimento di piante marker free: utilizzo di geni marcatori alternativi ad antibiotici/erbicidi, Co-trasformazione, Multi autotransformation,  sistema di ricombinazione cre/lox, sistema di ricombinazione FLP/FRT, AC/DS transposon system.

-New Plant Breeding technologies: Reverse Breeding, Grafting on GM rootstock, Oligonucleotide directed mutagenesis, Target genome editing (Zinc Finger Nucleases, Talen, Homing Endonucleases, Engineered CRISPR-Cas system).

-Situazione attuale delle coltivazioni di varietà GM nel mondo.

-Obiettivi e applicazioni della trasformazione genetica:

  • Tolleranza ad erbicidi: modificazione genetica per tolleranza al glifosate, glufosinate, inibitori acetolattato sintasi. Principali eventi GM per tolleranza ad erbicidi. Rischio di formazione delle super weeds e strategie di prevenzione.
  • Resistenza ad insetti: struttura, funzione e meccanismo di azione delle cry proteins. Piante geneticamente modificate per la resistenza a insetti basati sull'utilizzo dei geni Cry e altri geni insetticidi.
  • Tolleranza a stress abiotici: strategie di ingegneria genetica basato sull'uso di sostanze osmoprotettive, modificazione genetica per la tolleranza allo stress salino, da freddo e da calore. Esempi di piante GM per la tolleranza allo stress idrico.
  • Miglioramento di caratteri agronomici: intervento sulla maturazione del frutto e sulla riduzione di composti tossici (es. acrilamide).
  • Plant biofortification: modificazione del contenuto di provitamina A, arricchimento nel contenuto di amminoacidi, folati, ferro e zinco, metaboliti secondari mediante strategie di ingegeneria genetica.
  • Plant molecular farming: produzione di composti ad uso medico /farmaceutico/ industriale. Modificazione della via biosintetica dell'amido e degli acidi grassi. Utilizzo di piante GM per la produzione di bioplastiche e di biofuels. Piante GM per la produzione di proteine farmaceutiche, enzimi ad uso industriale, anticorpi e vaccini in pianta.

-Analisi di laboratorio per il rilevamento di OGM. Norme per l'etichettatura. Tracciabilità nelle filiere produttive di OGM. Tecniche per l'identificazione, rilevamento e quantificazione di OGM.

-Normativa sulla sperimentazione, coltivazione e commercializzazione di varietà vegetali GM.

-Valutazione dei rischi per la salute delle varietà GM rispetto alle colture tradizionali.

Esercitazioni di laboratorio:

-messa a punto di vettori per la trasformazione genetica mediante clonaggio Golden Braid, trasformazione genetica transiente in N. benthamiana e stabile in pomodoro.

 

The course topics fall entirely within the Biotechnologic Educational Area.

Lectures:

-Plant genetic transformation mediated by Agrobacterium tumefaciens: description of bacterium, features of Ti plasmid and vir genes, transfer mechanism of T-DNA from Agrobacterium.

-Direct-gene transfer: biolistic method, Polyethilene-glicole mediated, electroporation, Silicon carbide fibres, Bio-active beads, microinjection.

-Vectors for plant transformation: features, types (co-integrative vs binary), setting up, development and optimization.

-Protocols for plant genetic transformation: co-colture, agroinfiltration, floral dip.

-Chloroplast transformation

-Cisgenic and Intragenic plants

-Virus Induced gene silencing (VIGS)

-Marker free plants: marker genes alternatives to antibiotics/herbicides, Co-transformation, Multi autotransformation,  recombination system cre/lox, recombination system FLP/FRT, AC/DS transposon system.

-New Plant Breeding technologies: Reverse Breeding, Grafting on GM rootstock, Oligonucleotide directed mutagenesis, Target genome editing (Zinc Finger Nucleases, Talen, Homing Endonucleases, Engineered CRISPR-Cas system).

-The current status of transgenic crops.

 -Goal and application of plant transformation:

  • Herbicides tolerance: glyphosate, glufosinate, inhibitor of acetolactate synthase. Main examples of GM plants tolerant to herbicides. Risk of super weeds formation and prevention mechanism.
  • Pest resistance: structure, function and mechanism of action of cry proteins. Genetically modified plants based on the use of cry protein and other genes.
  • Abiotic stress tolerance: engineering strategies based on the use of osmoprotectant, and to give tolerance to salt, cold and heath shock stresses. Examples of GM plants for drought tolerance.
  • Agronomic trait improvement: ripening modification and reduction of toxic compounds (e.g. acrylamide).
  • Plant biofortification: modification of provitamin A content, enrichment in the content of aminoacids, iron and zinc, folic acid and secondary metabolites.
  • Plant molecular farming: production of pharmaceutically relevant and industrial relevant   compounds. Modification of starch and fatty acids pathway. GM plants for biofuels and bioplastic production.  Production of pharmaceuticals proteins, industrial enzymes, antibody and vaccines in GM plant.

 -GMO detection and traceability in the food chain.

-The regulation of GM crops and products.

-Evaluation of the risk for human of GM crops as compared to conventional crops.

Practical training:

-preparation of plant genetic transformation vector through Golden Braid  technology and setting up of transient transformation of  N. benthamiana and stable transformation in tomato.

Testi consigliati e bibliografia

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Articoli e materiale fornito dai docenti

Testi di approfondimento:

Slater A., Scott N., Fowler M.-Plant Biotechnology: The genetic manipulation of plants. 2008. Oxf. Univ.Press.

Altman A., Hasegawa P.M. Plant Biotechnology and Agriculture 2012 Academic Press

 

 

Papers and material provided by the teachers

Textbooks for further in-depth reading:

Altman A., Hasegawa P.M. Plant Biotechnology and Agriculture 2012 Academic Press

Slater A., Scott N., Fowler M.-Plant Biotechnology: The genetic manipulation of plants. 2008. Oxf. Univ.Press.



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Note

 

 

 

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Ultimo aggiornamento: 15/05/2020 10:28
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