OBIETTIVI FORMATIVI

Acquisizione di conoscenze relative alle basi della genetica formale e molecolare: modalità di trasmissione e di espressione dell’informazione genetica; relazioni tra costituzione genotipica ed espressione fenotipica; fonti di variazione dell’informazione genetica; genetica dei caratteri quantitativi.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

L’insegnamento porterà gli studenti a comprendere le regole dell’eredità, le loro basi molecolari e le loro principali applicazioni. In particolare, lo studente acquisirà le conoscenze riguardanti le regole formali della trasmissione genetica, la struttura e funzione dei geni, i meccanismi di riparazione dei danni al materiale genetico e di controllo dell’espressione genica e dei fenomeni epigenetici. 
Lo studente avrà la capacità di applicare le conoscenze acquisite per formulare ipotesi sulla trasmissione ereditaria di caratteri biologici e di valutare criticamente l’analisi di dati sperimentali per la verifica di ipotesi. 

PREREQUISITI

Per affrontare i contenuti dell’insegnamento sono necessarie le conoscenze di base fornite dall’insegnamento Istituzioni di matematiche.

MODALITA' DIDATTICHE

L’insegnamento è costituito da lezioni frontali, erogate mediante presentazioni multimediali.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Il programma dell'insegnamento prevede la presentazione e la discussione dei seguenti argomenti:

• Genetica mendeliana: modelli, fattori e princìpi dell’ereditarietà. Incrocio monoibrido e diibrido: leggi di Mendel. Risultati di Mendel e regole fondamentali della probabilità. Concetti fondamentali: genotipo e fenotipo; geni e alleli; dominanza e recessività. Monoibridi, diibridi, poliibridi. Combinazioni gametiche e frequenze fenotipiche in F2. Reincrocio.
• Estensioni delle leggi di Mendel: correlazioni complesse fra genotipo e fenotipo. Estensioni dell’analisi mendeliana in cui sono coinvolti singoli geni: dominanza incompleta, codominanza, allelia multipla, pleiotropia. Basi genetiche dei gruppi sanguigni (AB0, MN, Rh). Estensioni dell’analisi mendeliana in cui sono coinvolti più geni che determinano un carattere: azione genica complementare, epistasi recessiva, epistasi dominante.
• La teoria cromosomica dell’eredità. I cromosomi contengono il materiale genetico. La mitosi e la meiosi. Validazione della teoria cromosomica. La teoria cromosomica correla le leggi di Mendel con il comportamento dei cromosomi durante la meiosi. Caratteri specifici sono trasmessi da cromosomi specifici. Determinazione genetica del sesso.
• Eredità legata al sesso: esperimenti di Morgan. Alberi genealogici: come decidere se il carattere preso in esame è autosomico o legato al sesso, dominante o recessivo; come stimare la probabilità che il carattere in esame si manifesti nella progenie di una determinata coppia.
• Associazione, ricombinazione e mappatura dei geni sui cromosomi. Associazione genetica e ricombinazione. Frequenze di ricombinazione osservate e attese: applicazione del test del Χ2. Il centimorgan, unità di mappa genetica. Mappatura: l’incrocio a due punti e l’incrocio a tre punti. Interferenza. Il crossing-over: scambio fisico tra cromatidi (dimostrazione sperimentale). Crossing-over multipli. Distribuzione di Poisson. Funzione di mappa. Relazione tra frequenza di crossing-over e distanza di mappa. Neurospora crassa: calcolo della distanza tra un marcatore e il centromero.
• DNA: molecola dell’eredità che porta, duplica e ricombina l’informazione genetica. Gli esperimenti che hanno identificato il DNA come il materiale genetico: esperimenti di Griffith (1928), Avery McLeod e Mac Carty (1944), Hershey e Chase (1952), Freankel-Conrat e Singer (1957). La prova sperimentale che la replicazione è semiconservativa (esperimento Meselson e Stahl).
• Organizzazione del materiale ereditario. Il cromosoma di virus, batteri ed eucarioti. Il ruolo della citogenetica nell'identificazione di cromosomi eucariotici: tecniche di bandeggio, cariotipizzazione. Utilizzo di tecniche di citogenetica molecolare: FISH, citogenetica interfasica, CGH, cariotipo multicolore.
• Analisi e mappatura genetica in batteri e batteriofagi. II cromosoma di E. coli; episomi e plasmidi; il fattore F e F’; ceppi Hfr. Trasferimento di geni nei batteri: la trasformazione; la coniugazione; la sesduzione. Mappatura per coniugazione interrotta e per trasformazione. I batteriofagi. La trasduzione (generalizzata e specializzata). Mappatura per trasduzione. Mappatura genica nei batteriofagi: incrocio fagico. Il test di complementazione. Esperimenti di Benzer: analisi della regione rII del fago T4; mappatura per delezione.
• Determinazione del sesso e cromosomi sessuali. Differenziamento sessuale e cicli vitali. Determinazione genetica del sesso nell'uomo. I cromosomi X e Y umani. Regioni PAR. Compensazione del dosaggio nell’uomo e in altri mammiferi. Corpi di Barr e eterocromatizzazione.
• Mutazioni cromosomiche: variazione nel numero e nella struttura dei cromosomi. Condizioni legate ad aberrazioni nel numero di cromosomi sessuali (Sindrome di Turner, di Klinefelter e di Jacobs) o di autosomi (Sindrome di Down). Storia del doppio Y.
• Il codice genetico. Le proprietà del codice genetico: colinearità, non sovrapposizione, lunghezza dei codoni, rapporto di codice, degenerazione. La decifrazione del codice: esperimenti di Niremberg e Matthaei (decifrazione di omopolimeri, di copolimeri misti, triplet binding assay) e di Khorana (copolimeri ripetuti).
• Mutazioni geniche. Classificazioni. Mutazioni spontanee e mutazioni indotte. Origine mutazioni: il test di fluttuazione (Luria e Delbrück) e il metodo del "replica plating" (Lederberg). Test di mutagenesi: un esempio, il test di Ames.
• Riparazione del DNA: correzione di bozze, mismatch repair, riparazione postreplicativa e SOS, fotoriattivazione, riparazione per escissione di basi e di nucleotidi.
• Regolazione dell’espressione genica nei procarioti. Operoni inducibili e reprimibili. L'operone lac di E. coli; gli studi di Jacob e Monod sui mutanti dell'operone lac. L'operone trp; il fenomeno dell'attenuazione.
• Epigenetica. Metilazione DNA, modificazione degli istoni, effetti epigenetici mediati da RNA. Imprinting. Inattivazione del cromosoma X.
• Ciclo cellulare e cancro. Regolazione del ciclo cellulare: cicline e chinasi ciclina-dipendenti. Protooncogeni e geni soppressori di tumore. La teoria della mutazione somatica. I tumori ereditari: il modello di Knudson per il retinoblastoma.
• Genetica quantitatitativa. La variazione continua. Variazione genetica e variazione ambientale. L’ereditabilità. La diversità umana. I caratteri mentali. Cenni storici: le misure craniometriche; Sir Francis Galton e l'eugenetica; il test del Q.I. di Alfred Binet e il suo uso improprio. 

TESTI/BIBLIOGRAFIA

- Pierce – Genetica. Ed. Zanichelli – II ed., 2016

- Griffiths et al. Genetica - Principi di analisi formale. Ed. Zanichelli - VII ed., 2013
- Snustad e Simmons -Principi di genetica. EDISES -IV ed., 2010 

Presentazioni selezionate, utilizzate durante le lezioni, saranno disponibili su AulaWeb al termine di ogni ciclo di lezioni dedicate a un argomento del programma.