Ateneo - UPO

Il corso presenta le principali metodologie molecolari e i concetti chiave alla base della ricerca in campo vegetale per incrementare la sicurezza alimentare (food safety) e la qualità dei prodotti. Viene fornita una panoramica dettagliata sui meccanismi genetici alla base della risposta delle piante agli stress abiotici e biotici e sui pathway molecolari che determinano i tratti qualitativi delle colture e la loro conservazione. Vengono illustrate le moderne biotecnologie agrarie (OGM, genome editing mediante CRISPR e breeding molecolare), approfondendo il ruolo della variabilità genetica e delle specie selvatiche. Infine, sono trattate le tecniche molecolari basate sull'analisi degli acidi nucleici per la tracciabilità degli alimenti, l'identificazione di organismi geneticamente modificati, la diagnosi di patogeni vegetali e il contrasto alle sofisticazioni alimentari.

Non è richiesto l'acquisto di uno specifico libro di testo. Il materiale didattico è interamente autosufficiente e fruibile dagli studenti e dalle studentesse, su piattaforma DIR.
il materiale didattico è costituito da:
-Slide e presentazioni multimediali complete utilizzate a lezione, caricate sulla piattaforma di Ateneo
-Una rassegna selezionata di articoli scientifici (reviews e research papers) fornita all'inizio del corso tratti dalle principali riviste internazionali

L'insegnamento si propone di fornire le conoscenze avanzate di genetica e biotecnologie vegetali necessarie per comprendere e governare i processi di innovazione volti a migliorare la sicurezza alimentare e la qualità delle filiere agroalimentari nel contesto del cambiamento climatico.
L'attività didattica prevede l'erogazione di 3 CFU (24 ore totali), interamente strutturati come Didattica Erogativa (DE) frontale supportata da discussioni attive su casi di studio della letteratura scientifica. Gli obiettivi specifici e misurabili mirano a rendere le studentesse e gli studenti capaci di interpretare i fenomeni biologici-molecolari delle piante d'interesse agrario e valutare criticamente l'impatto delle innovazioni biotecnologiche sulla sicurezza alimentare globale

Per affrontare proficuamente l'insegnamento è richiesta l'acquisizione preliminare delle conoscenze fondamentali di Biologia Vegetale (struttura della cellula vegetale, fotosintesi) e di Genetica Generale (struttura del DNA, replicazione, trascrizione, traduzione e leggi dell'ereditarietà Mendeliana).

Lezioni frontali interattive erogate mediante presentazioni PowerPoint proiettate su schermo e messe a disposizione sulla piattaforma online. Al fine di stimolare l'autonomia di giudizio e le abilità comunicative, una quota delle ore di lezione sarà dedicata alla discussione collegiale di casi di studio tratti dalla letteratura scientifica recente

Le studentesse e gli studenti con disabilità o con Disturbi Specifici dell’Apprendimento (DSA) o con Bisogni Educativi Speciali (BES) possono richiedere servizi e strumenti specifici a loro dedicati rivolgendosi allo Staff Sviluppo e Coordinamento Carriere e Servizi alle Studentesse e agli Studenti e consultando la pagina dedicata del sito di Ateneo: https://uniupo.it/it/servizi/servizi-studenti-disabili-e-dsa Le studentesse e gli studenti con disabilità, DSA, BES, una volta preso contatto con lo Staff di Ateneo, possono contattare la/il docente titolare dell'insegnamento in relazione alla declinazione delle modalità di esame, in merito agli aspetti didattici.

L'esame finale consiste in una prova orale interamente svolta in lingua inglese. La valutazione è espressa in trentesimi (sufficienza a 18/30, punteggio massimo 30/30 e lode) ed è strutturata in due parti distinte per verificare in modo coerente tutti i risultati di apprendimento attesi: Presentazione e discussione di un caso di studio ( peso 50% del voto finale): La studentessa o lo studente deve esporre (supportato da slide) un articolo scientifico recente concordato con la docente, almeno una settima prima dello svolgimento dell'esame. La presentazione non deve essere più lunga di 10 minuti, e deve contenere massimo 6-7 slides. Questa prova valuta specificamente la capacità di applicare le conoscenze, l'autonomia di giudizio e l'abilità comunicativa. Colloquio orale sul programma (peso 50% voto finale): Domande approfondite sui temi del programma esteso per verificare la conoscenza e la comprensione dei meccanismi molecolari alla base della risposta a stress biotico e abiotico nelle piante, delle tecnologie biotecnologiche, delle tecniche di tracciabilità, e della loro utilità.

1° modulo: (4 ore)

Sicurezza alimentare: definizione e descrizione
Quali sono i fattori di rischio per la sicurezza alimentare: crescita demografica, riduzione dei terreni coltivabili, biodiversità vegetale, cambiamenti climatici. In che modo le scienze vegetali potrebbero contribuire a un’agricoltura più sostenibile.
Qualità alimentare: definizione e diversi aspetti.
Come valutare i diversi aspetti della qualità alimentare.
Un esempio relativo all’orzo in relazione alla qualità alimentare.

Secondo modulo (5 ore)
Stress abiotici: definizione. Compromesso tra crescita e resistenza allo stress; cambiamenti adattativi e non adattativi. Meccanismi di fuga, evitamento e tolleranza: esempi. Cascata di segnalazione dello stress: percezione, trasduzione del segnale (molecole coinvolte nella trasduzione del segnale), risposta allo stress
Regolazione genetica della risposta allo stress: fattori di trascrizione e rete regolatoria. Splicing alternativo e siti di poliadenilazione alternativi. Regolazione post-trascrizionale mediata dai miRNA. Regolazione post-traduzionale. Regolazione epigenetica. La plasticità delle radici come esempio di risposta allo stress

Terzo modulo (3 ore)
Stress biotico: definizione e 3 esempi chiave relativi alle colture. Resistenza dell’ospite e del non ospite. Strategia di difesa passiva vs attiva. Catena di risposta allo stress: percezione (PTI ed ETI); molecole di trasduzione del segnale; morte cellulare programmata e HR; risposta sistemica: SAR e ISR: differenze e interconnessioni. Il ruolo degli ormoni vegetali. Un esempio: P. syringae e Arabidopsis

Quarto modulo (4 ore)
Tracciabilità e qualità alimentare. Definizione e caratteristiche principali. Metodologie per l’analisi agroalimentare. Metodi fisico-chimici (ELISA, spettroscopici e cromatografici, SIRA e analisi elementare). Metodi molecolari: marcatori molecolari (SNP e SSR), metodi basati sulla PCR: PCR, qPCR e digitalPCR. Esempi tratti dall’analisi della pasta.
PCR isotermica, barcoding del DNA e fingerprinting del DNA. Breve descrizione degli approcci proteomici e metabolomici.

Quinto modulo (4 ore)
Qualità degli alimenti: introduzione generale; metaboliti vegetali, metaboliti secondari e loro applicazione nell’industria alimentare e cosmetica. Focus sui flavonoidi: regolazione genetica della loro sintesi: esempio tratto dalla vite e dal riso rosso. Genetica della qualità alimentare del riso: amido totale, percentuale di amilosio e amido resistente.
Qualità alimentare del grano: il contenuto di acrilammide. Come ridurre il contenuto di asparagina libera: un approccio GWAS e un approccio di editing genomico. Qualità alimentare dei fagioli: nutrienti e antinutrienti. Come ridurre gli antinutrienti: acido fitico e lectine. Esempio di analisi di mutanti. Qualità alimentare della soia: contenuto di olio. Come modificare la quantità di acido oleico e stearico e ridurre la lipossigenasi. Esempi di editing genomico

Sesto modulo (4 ore)
Il miglioramento genetico nel corso della storia. Le mutazioni come fonte di variazione genetica. Mutazioni puntiformi e mutazioni cromosomiche.
Selezione classica: backcrossing: vantaggi e svantaggi.
Mutagenesi indotta da sostanze chimiche o radiazioni: alcuni esempi.
Selezione assistita da marcatori (MAS), caratteri quantitativi
Marcatori molecolari associati ai QTL
Miglioramento genetico attraverso la trasformazione genetica: Esempi di piante OGM di prima, seconda e terza generazione.
Cisgenesi. Genome editing: come funziona il meccanismo CRISPR-Cas9.
Confronto, vantaggi e svantaggi delle tecnologie illustrate: selezione, mutagenesi indotta, genome editing e OGM.

Al termine dell'insegnamento, la studentessa e lo studente dovranno dimostrare il possesso delle seguenti conoscenze e competenze:
(CONOSCENZA E COMPRENSIONE)
Conoscere i principali meccanismi fisiologici, genetici e molecolari che regolano la risposta delle piante agli stress ambientali e ai patogeni vegetali. Comprendere le basi teoriche e le differenze metodologiche tra breeding tradizionale, selezione assistita da marcatori (MAS), transgenesi (OGM) ed editing genomico (CRISPR). Conoscere i principi chimico-biologici delle tecniche analitiche molecolari (PCR, barcoding) impiegate per la tracciabilità e l'autenticazione degli alimenti.
(CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE)
Saper selezionare e descrivere l'approccio biotecnologico più idoneo per migliorare uno specifico tratto qualitativo o di tolleranza agli stress in una determinata specie coltivata. Saper impostare un saggio analitico molecolare teorico per tracciare la presenza di un contaminante biologico o verificare l'autenticità di una matrice alimentare.
(AUTONOMIA DI GIUDIZIO)
Essere in grado di valutare i vantaggi e i limiti delle innovazioni biotecnologiche agroalimentari nel contesto della sostenibilità e dei cambiamenti climatici.
(ABILITÀ COMUNICATIVE)
Saper esporre in lingua inglese, in modo chiaro, rigoroso e con la corretta terminologia scientifica , le nozioni apprese e i risultati dell'analisi di un caso di studio della letteratura. (CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO)
Avere sviluppato le capacità metodologiche per reperire, comprendere e interpretare autonomamente dati e articoli di ricerca da banche dati scientifiche internazionali accreditate.