Il corso si propone di fornire informazioni sui campi di studio della genetica: genetica della trasmissione, genetica quantitativa, genetica molecolare, genetica di popolazioni. Nello specifico, lo studente apprenderà: (i) le leggi fondamentali della trasmissione ereditaria dei caratteri sia mendeliani che complessi, comprese le eccezioni del neomendelismo e il procedimento scientifico che partendo da queste leggi ha permesso di conoscere la base genomica, cromosomica e genica dei caratteri; (ii) l’organizzazione morfo-strutturale dei vari sistemi genomici e le metodologie utilizzate per la loro analisi e mappatura, i meccanismi di base del funzionamento dei geni, del controllo della loro espressione e della trasmissione ereditaria del materiale genetico; (iii) i tipi di mutazione genica, cromosomica e genomica, la loro origine ed il loro effetto fenotipico; (iv) il ruolo dei cambiamenti della variabilità genetica a livello di popolazioni e di specie nei processi evolutivi.

Al termine del corso lo studente sarà in grado di identificare i modelli di trasmissione ereditaria più comuni negli eucarioti, di fare previsioni sulla progenie di un incrocio, di formulare semplici modelli circa i processi evolutivi e, in generale, di valutare gli effetti della variazione a livello genetico sui processi biochimici, fisiologici e biologico molecolari. Dovrà saper affrontare, mediante un approccio sia formale che molecolare, le tematiche della genetica con particolare riguardo alla citogenetica, alla genetica dello sviluppo e di popolazione, alla genetica umana e del cancro. Avrà inoltre acquisito le basi di genetica molecolare che gli permetteranno di comprendere i corsi di genetica avanzata e di seguire esperimenti di laboratorio applicando le tecniche del DNA ricombinante.

PARTE I: GENETICA DELLA TRASMISSIONE

Introduzione

Definizione e obiettivi della genetica; sviluppo storico della genetica; concetto di genotipo e fenotipo; diversi modelli di interazione genotipo-fenotipo-ambiente; norma di reazione.

Genetica mendeliana

Definizione di esperimento di ibridazione, ibridi, autofecondazione e fecondazione incrociata. I legge di Mendel: il principio della segregazione; omozigosi ed eterozigosi; principio dell’uniformità degli ibridi; test-cross o reincrocio. II legge di Mendel: il principio dell’assortimento indipendente. Quadrato di Punnet; metodo delle ramificazioni; calcolo delle probabilità: regola del prodotto e della somma. Gli alberi genealogici e la loro analisi in genetica umana. Le malattie mendeliane.

Genetica neomendeliana

Relazioni di dominanza: dominanza incompleta e codominanza. Sovradominanza o vantaggio dell’eterozigote. Poliallelia: gruppi sanguigni del sistema ABO; Fattore Rh. Pleiotropia. Interazione genica ed epistasi. Caratteri limitati al sesso e influenzati dal sesso. Geni essenziali e letalità. Penetranza ed espressività. Geni temperatura sensibili.

Teoria cromosomica dell’eredità

Mitosi e meiosi. Valore C ed n. Cariotipo, cariogramma, ideogramma, autosomi e cromosomi sessuali. Sistemi di determinazione sessuale. Determinazione sessuale in H. sapiens. Modalità di trasmissione dei cromosomi. Eredità concatenata al sesso: esperimenti di Morgan e Bridges. Non-disgiunzione dei cromosomi X; Non-disgiunzione dei cromosomi X nell’uomo: sindromi di Turner e Klinefelter. Eredità legata all’X: dominante e recessiva; Eredità legata all’Y. Eredità autosomica: dominante e recessiva. Linkage e ricombinazione. Costruzione di mappe genetiche: uso dei reincroci a due punti.

Genetica quantitativa

Eredità poligenica e multifattoriale; variazione continua; QTL; modello a soglia di Falconer; modello continuo di Plomin. Gli esperimenti di Johannsen, Nilsson-Ehle and East. Ereditabilità e studi sui gemelli.

Estensioni della genetica formale

Eredità mitocondriale.

Imprinting genomico.

PARTE II- GENETICA MOLECOLARE E DEI MICRORGANISMI

Natura chimica e replicazione del materiale genetico

DNA: struttura e funzione. Esperimento di Griffith; esperimento di Avery e colleghi; esperimento di Hershey e Chase; esperimento di Meselson e Stahl; esperimento di Taylor e colleghi. Il modello di Watson e Crick. Replicazione del DNA. RNA: struttura e funzioni; tipi di RNA. La decifrazione del codice genetico: esperimenti di Nirenberg and Matthaei. Il codice genetico e le sue caratteristiche.

Organizzazione del DNA nei cromosomi

I viventi ed i loro sistemi genomici. Procarioti ed eucarioti. Caratteristiche strutturali dei cromosomi virali e batterici. Caratteristiche strutturali dei cromosomi eucariotici. Nucleosomi e cromatina. Eucromatina ed eterocromatina. Eterocromatina facoltativa e costitutiva. Morfologia e struttura microscopica e submicroscopica dei cromosomi eucariotici. Telomeri e centromeri. Il DNA codificante e la struttura del gene eucariotico (introni ed esoni e altri componenti associati al DNA codificante). Il DNA non-codificante (DNA satellite, sequenze LINE e SINE). Gli elementi trasponibili.

Le mutazioni

Mutazioni geniche, cromosomiche e genomiche: cause ed effetti.

Mutazioni geniche: sostituzione (mutazione per transizione e transversione; mutazione missenso, nonsenso, neutra, silente), delezione e inserzione (mutazione frameshift). Mutazione per reversione; mutazione di tipo soppressore. Mutazioni spontanee ed indotte. Agenti mutageni: chimici (analoghi delle basi; agenti che modificano le basi; intercalanti del DNA), fisici (raggi X e UV), biologici. Test di Ames. Mutazioni dinamiche e sindrome dell’X-fragile. Meccanismi di riparazione del DNA.

Mutazioni cromosomiche: delezioni; duplicazioni, inversioni, traslocazioni.

Traslocazioni Robertsoniane e loro significato evolutivo.

Mutazioni genomiche: aneuploidia, poliploidia e monoploidia. Monosomie e trisomie nell’uomo: sindrome di Patau; sindrome di Edwards; Sindrome di Down. Auto- e allo-poliploidia.

Genetica dei microrganismi

Trasformazione, coniugazione, trasduzione; analisi genetica dei batteriofagi; lisogenia. Ricombinazione e complementazione; unità di mutazione, di ricombinazione e di funzione: esperimenti di Benzer.

PARTE III- REGOLAZIONE GENICA, GENETICA DI POPOLAZIONI, GENETICA DEL CANCRO, INGEGNERIA GENETICA.

Controllo dell’espressione genica

Dogma centrale della biologia. Trascrizione e traduzione del DNA nei procarioti e negli eucarioti; Polisomi; Maturazione del RNA; Definizione di introni ed esoni. 

Meccanismo di compensazione della dose per i geni legati al cromosoma X nei mammiferi: ipotesi di Lyon e corpi di Barr.

Geni regolatori e geni strutturali. Concetto di Operone. Operoni inducibili: operone lac in E. coli; regolazione negativa e positiva; repressione da catabolita o effetto glucosio. Operoni reprimibili: operone trp in E. coli; attenuazione. 

Regolazione dell'espressione genica negli eucarioti: rimodellamento della cromatina; metilazione del DNA; splicing alternativo; interferenza a RNA (miRNA, siRNA).

Il controllo genetico nell'ontogenesi

Determinazione e differenziamento. Cellule somatiche e germinali Le cellule staminali totipotenti, pluripotenti e multipotenti. I geni dello sviluppo: geni a effetto materno, della segmentazione, del pattern dorso-ventrale e i geni HOX.

Genetica di popolazioni

Concetto di specie; cause genetiche e ambientali della variabilità; pool genico, frequenze genotipiche e alleliche in una popolazione mendeliana. Legge di Hardy-Weinberg: i parametri che descrivono la variabilità genetica di una popolazione mendeliana. Fattori che promuovono o riducono la variabilità genetica: deriva genetica (effetto del fondatore e effetto collo di bottiglia) e dimensione effettiva della popolazione; migrazione e sue conseguenze; selezione naturale (calcolo della fitness darwiniana; selezione direzionale, stabilizzante, diversificante, bilanciante); accoppiamento non casuale per assortimento positivo e negativo (cause e conseguenze); mutazioni.

Genetica del cancro

Il controllo del ciclo cellulare. Oncogeni e geni oncosoppressori. Le mutazioni che inducono l'insorgenza tumorale e i meccanismi di trasmissione ereditaria dei tumori.

Ingegneria genetica

Enzimi di restrizione e tecniche di clonazione; DNA ricombinante; vettori; cDNA, PCR; filogenesi molecolare (RAPD, AFLP, microsatelliti e SNPs); sistematica molecolare (studio delle banche dati, allineamento sequenze); microarrays, genomica e proteomica. Diagnosi di malattie genetiche; DNA profiling. Genetica inversa: studio di processi biologici mediante inibizione dell'espressione genica.

Nessuna propedeuticità

D1 - Conoscenza e capacità di comprensione

Per il superamento dell’esame lo studente dovrà:

• acquisire le basi degli elementi fondamentali della Genetica, come la meiosi e la trasmissione dei caratteri e le deviazioni dai principi della genetica mendeliana; comprendere le basi dell’ereditarietà di caratteri complessi; possedere le informazioni necessarie per la comprensione delle basi molecolari di patologie umane a trasmissione genetica semplice;

• comprendere la struttura del DNA e la sua replicazione e l’utilizzo dell’informazione genetica in esso contenuta; comprendere come avviene la regolazione dell’espressione genica in procarioti ed eucarioti;  

• comprendere l’organizzazione del genoma e le sue variazioni ai vari livelli;

• acquisire le nozioni di base della genetica di popolazioni;

• acquisire le nozioni di base della genetica batterica;

• acquisire conoscenze di base dei metodi di ingegneria genetica;
   

D2 - Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Lo studente dovrà:

- dimostrare di saper analizzare criticamente e risolvere problemi riguardanti i meccanismi di trasmissione ereditaria;  

- acquisire conoscenze di base di genetica molecolare e di ingegneria genetica.

D3 - Autonomia di giudizio
Lo studente dovrà avere acquisito:

• abilità a comprendere e discutere criticamente i concetti alla base dell’ereditarietà;

• abilità a cogliere le connessioni tra la trasmissione dei geni e dei cromosomi alla meiosi e l’ereditarietà dei caratteri, prevedendo le conseguenze di alterazioni dei normali meccanismi di ereditarietà;

• potenziali applicazioni biotecnologiche delle nozioni acquisite in genetica molecolare.

D4 - Abilità comunicative
Lo studente dovrà:

• dimostrare la capacità di estrarre e sintetizzare le informazioni rilevanti da un testo;

• dimostrare di saper comunicare in maniera chiara ed efficace sia oralmente che in forma scritta, utilizzando una terminologia appropriata;

• avere la capacità di trasmettere le conoscenze acquisite in modo chiaro e comprensibile ed accessibili a persone non competenti. 

D5 - Capacità di apprendimento

Lo studente dovrà:

• essere capace di leggere, comprendere e commentare un testo scientifico di genetica in modo tale da impiegarlo in contesti quotidiani per lo studio e per la ricerca;

• avere l’abilità ad utilizzare queste conoscenze per rispondere a quesiti genetici.

Il materiale didattico predisposto dalla/dal docente in aggiunta ai testi consigliati (come ad esempio diapositive, dispense, esercizi, bibliografia) e le comunicazioni della/del docente specifiche per l'insegnamento sono reperibili all'interno della piattaforma Moodle › blended.uniurb.it

Non sono previste attività a supporto della didattica.

Modalità didattiche

Lezioni frontali

Obblighi

Nessuno

Testi di studio

Testi di studio:

Benjamin A. Pierce - Genetica, seconda edizione italiana - Zanichelli

Peter J. Russell - Genetica, un approccio molecolare, quinta edizione - Pearson

Daniela Ghisotti, Luca Ferrari - Eserciziario di Genetica - Piccin

Letture facoltative di approfondimento:

Giulio Pagnacco - Genetica animale, terza edizione - Casa Editrice Ambrosiana

Massimo Romani - Epigenetica - Zanichelli

Modalità di
accertamento

L'esame comprende una prova scritta ed una prova orale, in modo da valutare, oltre che le conoscenze acquisite e la capacità di ragionamento, anche le abilità comunicative e di risoluzione di problemi di natura pratica in accordo con quanto indicato dai descrittori di Dublino.

La prova scritta, della durata di 75 minuti, consiste in una serie di esercizi e di quesiti a risposta multipla e/o a risposta aperta sugli argomenti del programma del corso. La prova scritta si considera superata se il voto riportato è maggiore o uguale a 18/30. La prova orale consiste in un colloquio sugli argomenti del programma del corso. Può sostenere la prova orale solo chi abbia superato la prova scritta con un voto minimo di 18/30. Il superamento della prova scritta dà diritto a sostenere l'esame orale solo nell'appello nel quale è stato superato l'esame scritto.

Disabilità e DSA

Le studentesse e gli studenti che hanno registrato la certificazione di disabilità o la certificazione di DSA presso l'Ufficio Inclusione e diritto allo studio, possono chiedere di utilizzare le mappe concettuali (per parole chiave) durante la prova di esame.

A tal fine, è necessario inviare le mappe, due settimane prima dell’appello di esame, alla o al docente del corso, che ne verificherà la coerenza con le indicazioni delle linee guida di ateneo e potrà chiederne la modifica.

Modalità didattiche

Le stesse degli studenti frequentanti

Obblighi

Nessuno

Testi di studio

Testi di studio:

Benjamin A. Pierce - Genetica, seconda edizione italiana - Zanichelli

Peter J. Russell - Genetica, un approccio molecolare, quinta edizione - Pearson

Daniela Ghisotti, Luca Ferrari - Eserciziario di Genetica - Piccin

Letture facoltative di approfondimento:

Giulio Pagnacco - Genetica animale, terza edizione - Casa Editrice Ambrosiana

Massimo Romani - Epigenetica - Zanichelli

Modalità di
accertamento

L'esame comprende una prova scritta ed una prova orale, in modo da valutare, oltre che le conoscenze acquisite e la capacità di ragionamento, anche le abilità comunicative e di risoluzione di problemi di natura pratica in accordo con quanto indicato dai descrittori di Dublino.

La prova scritta, della durata di 75 minuti, consiste in una serie di esercizi e di quesiti a risposta multipla e/o a risposta aperta sugli argomenti del programma del corso. La prova scritta si considera superata se il voto riportato è maggiore o uguale a 18/30. La prova orale consiste in un colloquio sugli argomenti del programma del corso. Può sostenere la prova orale solo chi abbia superato la prova scritta con un voto minimo di 18/30. Il superamento della prova scritta dà diritto a sostenere l'esame orale solo nell'appello nel quale è stato superato l'esame scritto.

Disabilità e DSA

Le studentesse e gli studenti che hanno registrato la certificazione di disabilità o la certificazione di DSA presso l'Ufficio Inclusione e diritto allo studio, possono chiedere di utilizzare le mappe concettuali (per parole chiave) durante la prova di esame.

A tal fine, è necessario inviare le mappe, due settimane prima dell’appello di esame, alla o al docente del corso, che ne verificherà la coerenza con le indicazioni delle linee guida di ateneo e potrà chiederne la modifica.

Per ulteriori informazioni contattare il docente tramite e-mail.