OBIETTIVI FORMATIVI

Acquisizione di conoscenze relative alle basi della genetica formale e molecolare: modalità di trasmissione, di espressione e di regolazione dell’informazione genetica; relazioni tra costituzione genotipica ed espressione fenotipica; fonti di variazione dell’informazione genetica: mutazione, fecondazione casuale e ricombinazione tra cromosomi omologhi durante la meiosi; 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

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: interazione fra 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. Caratteri specifici sono trasmessi da cromosomi specifici. Determinazione genetica del sesso.

Eredità legata al sesso: esperimenti di Morgan. Condizioni legate ad aberrazioni nel numero di cromosomi sessuali o di autosomi. Alberi genealogici.

Associazione, ricombinazione e mappatura dei geni sui cromosomi. Associazione genetica e ricombinazione. Frequenze di ricombinazione osservate e attese. Il crossing-over: scambio fisico tra cromatidi. Crossing-over multipli. Distribuzione di Poisson. Funzione di mappa. Relazione tra frequenza di crossingover e distanza di mappa. Mappatura: l’incrocio a due punti e a tre punti. Interferenza. Mappatura in organismi aploidi: analisi delle tetradi ordinate in Neurospora crassa: 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 nel 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.

Mutazioni cromosomiche: variazione nel numero e nella struttura dei cromosomi.

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 sexduzione. 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. Inattivazione del cromosoma X.

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 e di Khorana.

Mutazioni geniche. Classificazione. Mutazioni spontanee e mutazioni indotte. Origine mutazioni: il test di fluttuazione (Luria e Delbrück) e il metodo del "replica plating" (Lederberg). Test di mutagenesi (test di Ames, test del micronucleo).

Riparazione del DNA: correzione di bozze, riparazione degli accoppiamenti errati, 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 del DNA. Modificazione degli istoni. Effetti epigenetici da molecole di RNA. Effetti epigenetici. L’epigenoma.

Genetica quantitativa. La variazione continua. Parametri di statistica campionaria (media, varianza, covarianza). Variazione genetica e variazione ambientale. Effettivi di dominanza, interazione e additivi. L’ereditabilità in senso largo e stretto. Stima dell’ereditabilità tramite correlazione fenotipica di consanguinei. Selezione e risposta alla selezione. Aumento della risposta alla selezione.

Genetica di popolazioni. Frequenze alleliche e genotipiche. Legge di Hardy-Weinberg e sue estensioni. Stima delle frequenze alleliche mediante la legge di Hardy-Weinberg. Inincrocio. Processi evolutivi (mutazione, migrazione, deriva genetica, selezione naturale) con effetti sulla variazione delle frequenze alleliche.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

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

- Griffiths et al. Genetica - Principi di analisi formale. Ed. Zanichelli -VIII ed., 2021

- Snustad e Simmons -Principi di genetica. EDISES -IV ed., 2010

- Klug - Cummings - Spencer Concetti di Genetica - Ed PearsonPrentice Hall - VIII ed., 2019