Il corso si propone di familiarizzare lo studente sulle leggi fondamentali della trasmissione ereditaria dei caratteri sia mendeliani che complessi, comprese le eccezioni del neomendelismo e comprendere nel contempo il procedimento scientifico che partendo da queste leggi ha permesso di conoscere la base genomica, cromosomica e genica dei caratteri. Deve conoscere 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. Lo studente apprenderà i tipi di mutazione genica, cromosomica e genomica, la loro origine ed il loro effetto fenotipico, nonché variabilità genetica a livello di popolazioni e di specie ed i processi di base per lo studio dei processi evolutivi. 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.

Al termine del corso lo studente sarà in grado di identificare i modelli di trasmissione ereditaria più comuni negli eucarioti, di fare previsioni circa la 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. 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 e 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. Poliallelia: gruppi sanguigni del sistema ABO; Fattore Rh. Sovradominanza o vantaggio dell’eterozigote. 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, autosomi e cromosomi sessuali. Sistemi di determinazione sessuale. 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 & 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; Esperimenti di Griffith, Avery & co, Hershey-Chase, Meselson & Stahl. 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. DNA mitocondriale e plastidiale. 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: delezione, inserzione, sostituzione (mutazioni per transizione e/o transversione; mutazione missenso, nonsenso, neutra, silente, frameshift). Definizione semplice di mutazione soppressore; mutazioni spontanee ed indotte. Mutazioni dinamiche e sindrome dell’X-fragile. Agenti mutageni: chimici (analoghi delle basi e intercalanti; agenti che modificano le basi), fisici (raggi X e UV), biologici; Test di Ames. Meccanismi di riparazione del DNA.

Mutazioni cromosomiche: delezioni; duplicazioni, inversioni, traslocazioni. Fusioni e scissioni Robertsoniane e loro significato evolutivo.

Mutazioni genomiche: aneuploidia, poliploidia e monoploidia. Monosomie e trisomie nell’uomo. Auto- e allopoliploidia.

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, IMMUNOGENETICA E GENETICA DEL CANCRO, INGEGNERIA GENETICA, BIOETICA.

Controllo dell’espressione genica

Dogma centrale della biologia; Trascrizione e traduzione del DNA nei procarioti e negli eucarioti; Polisomi; Maturazione dell’RNA e modificazioni durante il processo di maturazione; Definizione di introni ed esoni; Meccanismo di compensazione della dose per i geni legati all’X nei mammiferi: ipotesi di Lyon e corpi di Barr.

Geni regolatori e geni strutturali. Concetto di Operone. Geni inducibili: l’operone lac in E. coli; repressione da catabolita o effetto glucosio. Operoni reprimibili: operone trp; attenuazione. La teoria del gene.

Regolazione dell’espressione genica negli eucarioti; controllo della trascrizione: regolazione positiva e negativa; controllo a livello cromosomico, a livello degli istoni, grado di metilazione del DNA, controllo trascrizionale mediato dagli ormoni; controllo della maturazione degli mRNA precursori: scelta del sito di poliadenilazione, splicing alternativo; trasporto degli mRNA maturi fuori dal nucleo: ruolo del complesso di splicing; traduzione degli mRNA; degradazione degli mRNA maturi; degradazione dei prodotti proteici.

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; Frequenze genotipiche e alleliche. Legge di Hardy-Weinberg-Castle: i parametri che descrivono la variabilità genetica di una popolazione. Fattori che promuovono o riducono la variabilità genetica: deriva genetica (principio del fondatore e effetto collo di bottiglia); dimensione effettiva della popolazione; migrazione e sue conseguenze; selezione naturale (selezione direzionale ed equilibrante); inincrocio (cause e conseguenze).

Immunogenetica e genetica del cancro

Caratteristiche universali dell’immunità. Sistemi immunitari nei procarioti e negli eucarioti. Sistema MHC/HLA. Ricombinazione somatica dei geni anticorpali. Genetica dell’invecchiamento e della longevità.

Il controllo del ciclo cellulare. Oncogeni ed antioncogeni. 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.

Bioetica

La bioetica ed i suoi modelli. Il codice di Norimberga e la sperimentazione sull’uomo. La riproduzione medicalmente assistita ed il cosiddetto inizio della vita. La clonazione e le cellule staminali. I dati genetici ed i test genetici. La terapia genica. Il controllo delle malattie a base genetica. La consulenza genetica. La diagnosi genetica preimpianto, prenatale e postnatale.

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

Modalità didattiche

Lezioni frontali

Obblighi

Nessuno

Testi di studio

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

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

Daniela Ghisotti, Luca Ferrari - Eserciziario di Genetica - Piccin

Modalità di
accertamento

L'esame comprende una prova scritta ed una prova orale, entrambe obbligatorie, 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 90 minuti, consiste in una serie di esercizi e di quesiti a risposta multipla e 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

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

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

Modalità di
accertamento

L'esame comprende una prova scritta ed una prova orale, entrambe obbligatorie, 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 90 minuti, consiste in una serie di esercizi e di quesiti a risposta multipla e 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 telefonicamente (0722 303439) o per e-mail.