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Modulo di Genetica di Biologia Generale

Laurea triennale Scienze Naturali

Informazioni generali sul corso

Attenzione: leggere attentamente quanto segue.

MODALITA’ DI ESAME E RISULTATI DELLE PROVE SCRITTE

1) Libri di testo consigliati:

"Genetica. Principi di analisi formale", by

Anthony Griffiths (Zanichelli)

Eserciziario di Genetica con guida alla soluzione. Daniela Ghisotti, Luca Ferrari. Ed.Piccin.

2) Tipologia di lezioni:

Le lezioni sono di tipo frontale (5 CFU = 40h). 1 CFU (=12 ore) prevede esercitazioni su problemi di genetica formale.

3) Altro materiale utile:

Diapositive delle lezioni

4) Il programma del corso:

In questo sito e nel sito universitario (elearning)

5) I ricevimenti:

Non esiste un orario specifico di ricevimento. Occorre prenotare un appuntamento col docente all'indirizzo: stefano.landi@unipi.it

ATTENZIONE: Per le comunicazioni con i docenti è obbligatorio utilizzare la propria e-mail istituzionale (@studenti.unipi.it). Le altre emails personali (tipo “@gmail.com”) sono filtrate dal sistema anti-spam e non riceveranno risposta.

6) L'esame: E' prevista una prova scritta della durata di 3 ore congiuntamente con il modulo di Biologia Cellulare (Prof. Onorati). Per la parte di Genetica è data facoltà di sostenere anche una prova orale (facoltativa, su appuntamento). Questa fornisce la possibilità di perfezionare la propria valutazione dello scritto fino ad un massimo di 1 punto A SALIRE, qualora la prova orale sia sostanzialmente migliore dello scritto, o A SCENDERE (qualora si evidenzino ulteriori lacune non emerse nello scritto).

Segui questo link per altre istruzioni e I RISULTATI DELLE PROVE SCRITTE

PER VISIONARE LE PROVE SCRITTE OCCORRE RICHIEDERE APPUNTAMENTO INVIANDO UNA POSTA ELETTRONICA

Programma in svolgimento nell’anno 2023-2024

Lezione Data Day Aula Orario Ore Ore cumulative

1 12/02/2024 Lu Polo San Rossore Aula A 09.00-11.00 2 2

Introduzione al corso. Pillole di statistica. Il calcolo delle probabilita’ e il test del chi-quadro.

Introduzione a Mendel. La vita di Mendel. Le accortezze sperimentali, il disegno dello studio. Metodo scientifico. Il lavoro di Mendel:

la prima legge (la dominanza). Riepilogo dei 7 fenotipi analizzati da Mendel.

Qui Slides_1 e Slides_2 scaricabili

2 15/02/2024 Gi Polo San Rossore Aula A 08.30-10.30 2 4

Questa lezione viene sostituita con quella di Lunedi’ 19/02 scambiando con il prof. Onorati, che oggi tiene 4 h di Biologia Cellulare. Lunedi’ ci saranno 4 ore di Genetica.

2 19/02/2024 Lu Polo San Rossore Aula A 09.00-11.00 2 4

3 19/02/2024 Lu Polo San Rossore Aula A 11.00-13.00 2 6

Gli esperimenti di Mendel che producono la seconda legge. Segregazione 3(2:1):1.

Il quadrato di Punnet. Il test-cross. Enunciazione della seconda legge di Mendel (segregazione allelica).

Riepilogo delle prime due leggi di Mendel. Applicazione del test del chi quadro al test cross.

Analisi di alberi genealogici per i tratti mendeliano semplici. Esempio di carattere “autosomico recessivo”.

Probabilita’ di generare figli con tratti recessivi

Esempi di condizioni genetiche autosomiche recessive nell’uomo: la fibrosi cistica, l’albinismo, la fenilchetonuria.

Analisi di alberi genealogici per i tratti mendeliani “autosomici dominanti”. Esempio del nanismo acondroplastico,

del piebaldismo, della brachidattilia, dell’esadattlia e della sindrome di Marfan.

Complicanza all’eredità Mendeliana semplice: penetranza incompleta, espressività variabile,

penetranza ed espressività variabili (esempi del manto degli animali, della neurofibromatosi, del rene policistico).

Penetranza variabile con l’età (esempio della Córea di Huntington).

Riepilogo della seconda legge di Mendel:

applicazione del test del chi-quadrato alla progenie di F2 con le attese di 1/4 linea pura recessiva, 1/4 linea pura dominante, ½

eterozigoti. Specificare come si calcolano i gradi di libertà nel caso della seconda legge di Mendel.

4 22/02/2024 Gi Polo San Rossore Aula A 08.30-10.30 2 8

Esercizi sulle prime due leggi di Mendel.

Terza legge di Mendel. Segregazione indipendente di 2 caratteri.

Calcolo matematico delle attese nella F2 prodotta dai diibridi di F1 in seguito ad autofecondazione e mediante il Quadrato di Punnett.

Calcolo delle attese nella F2 prodotta in seguito a test-cross.

Considerazioni sulla validita’ di un test statistico, relativamente all’errore alfa o errore di tipo I. Errore che si commette

rifiutando l’ipotesi nulla quando nella realta’ essa e’ vera.

Terza legge di Mendel. Segregazione indipendente di due caratteri.

Calcolo del numero di genotipi diversi e di fenotipi diversi in relazione al numero di geni (nei casi di genetica Mendeliana semplice).

5 26/02/2024 Lu Polo San Rossore Aula A 09.00-11.00 2 10

Esercizi sulle leggi di Mendel.

Sintesi di linee pure: imbreeding e riduzione dell’eterogeneita’ genetica. Calcolo della proporzione di eterozigoti in relazione

al numero di generazioni, in un semplice modello di autoimpollinazione a un carattere.

Sintesi di linea pura di riso con 4 caratteristiche commercialmente interessanti.

6 29/02/2024 Gi Polo San Rossore Aula A 08.30-10.30 2 12

Creazione di linee pure per la produzione di varieta’ commercialmente

interessanti e ottenibili mediante incroci e selezione.

Calcolo dell’eterozigosi dati “n” loci, nell’autofecondazione.

Il fenomeno della “virescenza degli ibridi”.

Creazione di ibridi di interesse commercialmente rilevante e intesi come eterozigoti della stessa specie.

Considerazioni sulle linee pure: topi di laboratorio e monocolture. Importanza della varieta’ genetica e della preservazione di

specie e varieta’ “originarie”.

Il DNA e’ il depositario dell’informazione genetica.

Gli esperimenti di Griffith, Avery, MacLeod, McCarty, Hersey, Chase che lo provarono.

Cenni sulla struttura dei deossinucleosidi (deossiadenosina, deossitimidina, deossicitidina, deossiguanosina).

La regola di Chargaff.

Cenni sulla cristallografia, la diffrazione dei raggi X e lo studio strutturale sul DNA effettuato da Watson, Crick, Franklin e Wilkins.

Qui Slides_3 scaricabili

7 04/03/2024 Lu Polo San Rossore Aula A 09.00-11.00 2 14

“Fusione” (denaturazione) del DNA.

Struttura del DNA collegata alla sua funzione. Modelli possibili di replicazione. Esperimenti di Meselson e Stahl.

Bolla di replicazione, esperimento di John Cairns.

Inizio della replicazione. Procarioti, eucarioti.

Ori (origini di replicazione). Sequenze consensus.

Bolla di replicazione eucariota.

Cenni su come avvengono le reazioni chimiche.

Stato attivato, energia di attivazione. Cenni sulla termodinamica della reazione chimica.

8 07/03/2024 Gi Polo San Rossore Aula A 08.30-10.30 2 16

Cenni sugli enzimi, capire l’importanza degli enzimi per la celllula.

La meccanica della replicazione del DNA. Direzione di sintesi, attività polimerasica 5’>3’ della DNA polimerasi.

Forca di replicazione, filamento principale e filamento ritardato di neosintesi.

Quali sono le componenti del replisoma (batterico).

Mutagenesi spontanea durante la replicazione del DNA per la tautomeria delle basi.

Attivita’ proof-reading e attivita’ esonucleasica (5’>3’ e 3’>5’) delle DNA polimerasi, differenti tipi di DNA polimerasi.

Il problema della replicazione dei telomeri nei cromosomi eucarioti, l’accorciamento.

Meccanismo di azione della telomerasi.

Struttura del telomero. Struttura di Holliday e Elicasi di Werner.

Invecchiamento cellulare, immortalizzazione e telomerasi.

Qui Slides_4 scaricabili

9 11/03/2024 Lu Polo San Rossore Aula A 09.00-11.00 2 18

Nucleosomi e struttura del DNA.

Istoni. Struttura della cromatina. La “collana di perle” (10nm), la fibra da 30nm.

Lo scaffold e i loop cromatinici.

Replicazione del DNA. Metilazione del DNA (emielica) nei procarioti. Significato

della metilazione del DNA negli eucarioti. Segregazione degli istoni nelle

cellule figlie. PCNA e CAF-1 nel disassemblaggio e nell’assemblaggio del nucleosoma

durante la replicazione del DNA.

10 14/03/2024 Gi Polo San Rossore Aula A 08.30-10.30 2 20

Uno sguardo d’insieme del genoma umano. Differenze tra genoma nucleare e genoma mitocondriale.

Descrizione dei cromosomi. Autosomi e cromosomi sessuali.

Bandeggio G e Q.

Il ciclo cellulare. Mitosi. Le fasi.

Interfase e mitosi, descrizione del ciclo cellulare eucariota.

Condensazione della cromatina, ploidia e quantita’ di DNA nelle varie fasi del ciclo cellulare (G1, S, G2, M).

11 18/03/2024 Lu Polo San Rossore Aula A 09.00-11.00 2 22

Genotipi da assegnare ai cromatidi fratelli e ai cromosomi omologhi nel caso di doppi eterozigoti AaBb.

Meiosi in short. Segregazione dei cromosomi omologhi e dei cromatidi nelle varie fasi dei 2 cicli di divisione meiotica.

Stato di condensazione della cromatina, ploidia e quantita’ di DNA nelle varie fasi delle due divisioni meiotiche.

Osservazione di Bateson e Punnett: il “coupling” (il linkage).

Morgan e la teoria cromosomica dell’eredita’. Spiegare il linkage osservato nella F2.

12 21/03/2024 Gi Polo San Rossore Aula A 08.30-10.30 2 24

Incrocio a due punti e mappatura genetica tra due geni. Fase gametica (aplotipo) in “cis” o in “trans” (in “repulsione”).

Riconoscimento della progenie “ricombinante” e della progenie “parentale”. Test-cross e analisi della F2 per mappare due geni.

Mappatura genetica in cM (o u.m. o m.u.). Il differente significato dei centiMorgan espressi come mappatura tra due geni, o su scala genomica.

Esercizi sull’incrocio a due punti. Mappatura genetica, cM e distanze di mappa.

Teoria cromosomica dell’eredita’, linkage e segregazione indipendente (terza legge di Mendel) spiegata

a livello molecolare dalle segregazioni cromosomiche alla meiosi.

Relazione tra distanza di mappa genetica e distanza di mappa fisica.

13 25/03/2024 Lu Polo San Rossore Aula A 09.00-11.00 2 26

Sturtevant e l’incrocio a tre punti. Mappatura di geni.

Spiegazione dell’incrocio a 3 punti secondo la teoria cromosomica dell’eredita’.

Calcolo dell’interferenza.

I dettagli della divisione meiotica, in particolare della profase della meiosi I. Il crossing-over e la spiegazione del linkage a livello molecolare.

Lo studio della meiosi nelle ascospore di Neurospora crassa.

Visualizzazione del DNA eteroduplex nelle ascospore.

Modelli di ricombinazione del DNA alla meiosi (al crossing-over). Modello simmetrico e modello con “ansa a D”.

La struttura di Holliday (anche definita “giunzione di holliday”). Sua risoluzione e formazione del DNA eteroduplex.

Qui Slides_5 scaricabili

Qui Slides_6 scaricabili

Qui Slides_7 scaricabili

Eredita’ sessuale. Meccanismi di determinazione del sesso in vari organismi.

Incroci di Drosophila quando white e’ la femmina o il maschio.

Segregazione dei caratteri X-linked recessivi.

Esercizi sui caratteri legati al sesso. Albero genealogico con due caratteri indipendenti, uno legato al sesso e uno autosomico: nanismo ipofisario+cataratta congenita.

Qui Slides_8 scaricabili

14 28/03/2024 Gi Polo San Rossore Aula A 08.30-10.30 2 28

Caratteri legati al sesso. Condizioni dominanti legate all’X. Inattivazione del cromosoma X sovrannumerario (Lyonizzazione). Caratteri legati all’Y.

Geni del cromosoma Y.

Mappatura di due geni legati all’X. Esempi di mappatura con Drosophila melanogaster.

Eredita’ citoplasmatica (extranucleare). Eteroplasmia. Esempi.

[Sospensione didattica e vacanze pasquali]

15 15/04/2024 Lu Polo San Rossore Aula A 09.00-11.00 2 30

La regolazione dell’espressione genica nei procarioti. Jacob e Monod, l’induzione enzimatica.

Gli operoni procarioti. L’operone lac e la sua regolazione. I ceppi batterici “diploidi parziali”.

Combinazione di vari genotipi dell’operone lac, nei diploidi parziali e fenotipi derivanti.

Caratterizzazione dell’operatore e del repressone lac. Mutanti dell’operone lac.

Qui Slides 9 scaricabili

16 18/04/2024 Gi Polo San Rossore Aula A 08.30-10.30 2 32

Ancora illustrazione di possibili fenotipi correlati a differenti assetti genetici dei diploidi parziali dell’operone lac.

L’operone arabinosio.

Il fenomeno dell’attenuazione (operone triptofano).

Principi di regolazione genica negli eucarioti.

Gal4 e il regulone galattosio in Saccharomyces cerevisiae.

17 22/04/2024 Lu Polo San Rossore Aula A 09.00-11.00 2 34

Regolazione epigenetica negli eucarioti: fattori di trascrizione, rimodellamento della cromatina, modifiche degli istoni (acetilazione, metilazione)

Codice istonico. Esempio di rimodellatore della cromatina: SWI-SNF Esempio di rimodellamento della cromatina: enhanceosoma

dell’interferone-beta (umano). Isole CpG e memoria epigenetica insita nelle isole CpG e nell’ottamero istonico.

Meccanismi di invecchiamento cellulare. Limiti epigenetici del clonaggio di interi organismi ottenuto mediante nuclear transfer.

Ponte, festa del 25 Aprile. Lezione non tenuta.

18 29/04/2024 Lu Polo San Rossore Aula A 09.00-11.00 2 36

RNA e trascrizione genica. Esperimenti di Volkin e Astrachan.

Differenze tra DNA e RNA.

Il dogma centrale della biologia e le sue (limitate) eccezioni.

Definizione di gene e evoluzione del concetto di gene. Protein-coding genes e geni per I non-coding RNAs.

Trascrizione genica nei procarioti. Orientamento del filamento di DNA da trascrivere. Senso di polimerizzazione (sintesi) dell’RNA.

Orientamento dei geni sul cromosoma. Filamento codificante e filamento stampo.

Le sequenze di DNA e RNA devono essere scritte dal 5’ al 3’. Ragionare sulle sequenze e sulle loro corrispettive complementari e antiparallele.

Reversione e complementazione di una sequenza di DNA.

Inizio della trascrizione. Promotori, sequenze consensus dei promotori. Complesso chiuso. Ruolo del fattore sigma. Complesso aperto.

Allungamento dell’RNA in sintesi. Struttura di un mRNA procariota.

Terminazione della trascrizione. Meccanismo intrinseco, meccanismo mediato dal fattore rho e dalle sequenze rut.

Tipi di RNA polimerasi. Differenze tra procarioti e eucarioti nella trascrizione genica.

Inizio della trascrizione negli eucarioti. Il ruolo del CTD della RNA polimerasi.

Il problema della predizione dei siti di legame per i fattori di trascrizione nei promotori eucarioti.

Alcuni esempi per comprendere la relazione tra mutazione e fenotipo. Mutazioni che alterano l’inizio della trascrizione.

Qui Slides 10 scaricabili

19 02/05/2024 Gi Polo San Rossore Aula A 08.30-10.30 2 38

Inizio, maturazione e terminazione della trascrizione negli eucarioti.

Esempi di mutazioni che inflluenzano i processi di capping, splicing, poliadenilazione (gli esempi specifici riportati dalla letteratura scientifica

ma non illustrati dal Griffiths sono solo proposti come approfondimento per meglio chiarire i concetti esposti, non saranno richiesti alla

prova di esame).

20 06/05/2024 Lu Polo San Rossore Aula A 09.00-11.00 2 40

21 09/05/2024 Gi Polo San Rossore Aula A 08.30-10.30 2 42

22 13/05/2024 Lu Polo San Rossore Aula A 09.00-11.00 2 44

23 16/05/2024 Gi Polo San Rossore Aula A 08.30-10.30 2 46

24 20/05/2024 Lu Polo San Rossore Aula A 09.00-11.00 2 48

25 23/05/2024 Gi Polo San Rossore Aula A 08.30-10.30 2 50

26 27/05/2024 Lu Polo San Rossore Aula A 09.00-11.00 2 52