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Oggetto:
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Biodiversità e biotecnologie animali

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ANIMAL BIODIVERSITY AND BIOTECHNOLOGY

Oggetto:

Anno accademico 2021/2022

Codice dell'attività didattica
SAF0083
Docenti
Prof. Alfredo Pauciullo (Affidamento interno)
Giustino Gaspa (Affidamento interno)
Corso di studi
[1707M21-002] SCIENZE ANIMALI - curr. Filiere zootecniche e qualità dei prodotti
Anno
1° anno
Periodo didattico
Secondo semestre
Tipologia
B - Caratterizzante
Crediti/Valenza
12
SSD dell'attività didattica
AGR/17 - zootecnica generale e miglioramento genetico
Modalità di erogazione
Mista/Blended
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Facoltativa
Tipologia d'esame
Orale
Prerequisiti
Nozioni di biologia generale e genetica, con particolare riguardo alla struttura e funzione degli acidi nucleici, ai cicli cellulari, e ai concetti di base del miglioramento genetico.

Basic knowledge of biology and genetics, with particular regard to the structure and function of nucleic acids, cell cycles, and genetic improvement.

Oggetto:

Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

I contenuti dell'insegnamento si inseriscono nell'area di apprendimento zootecnica e delle produzioni animali e hanno collegamenti con altre discipline dell'area, quali quelle relative alle modalità di allevamento e alla qualità dei prodotti.

L'insegnamento concorre alla realizzazione dell'obiettivo formativo del corso di studi in Science Animali fornendo allo studente le conoscenze di genetica avanzata necessarie per salvaguardare specie e razze animali come entità dinamiche, applicando gli strumenti più idonei alle diverse situazioni che generano i fattori di rischio per la biodiversità animale. Fornisce inoltre conoscenze teoriche e pratiche sulle più moderne biotecnologie animali per la gestione genetica della biodiversità animale, con particolare riferimento alle tecniche biomolecolari connesse all'ottimizzazione delle produzioni animali e alla salvaguardia delle specie a rischio. 

The contents of the course are part of the animal science area and are linked to other subjects of the area, including breeding systems and quality of the productions.

The course of Animal biodiversity and bio-technology contributes to the realisation of the educational objective of the Master degree in Animal Science by providing to the students advanced genetic knowledge necessary to safeguard the animal species and breeds as dynamic entities, applying the most suitable tools to the various situations that create risk factors for the animal biodiversity. It also provides theoretical and practical knowledge on the most modern animal biotechnologies for the genetic management of animal biodiversity, with particular reference to biomolecular techniques related to the optimisation of animal production and the protection of endangered species.

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Risultati dell'apprendimento attesi

 1. Conoscenze e capacità di comprensione

Al termine dell'insegnamento lo/la student* sarà in grado di:

- descrivere il concetto di biodiversità, di evoluzione cariologica e speciazione;

- riconoscere le modalità di azione e gli effetti delle principali forze evolutive (selezione, mutazione, migrazione, deriva genetica);

- classificare i marcatori e il loro impiego nei programmi di gestione delle biodiversità;

- calcolare i coefficienti di parentela e consanguineità e illustrarne le applicazioni pratiche nella gestione delle popolazioni a rischio e nei programmi di selezione;

- identificare le strategie di salvaguardia e di conservazione più idonee;

- identificare le principali specie zootecniche dai bandeggi strutturali e replicativi;

- descrivere le tecnologie high-throughput per identificare i geni che controllano i caratteri produttivi e riproduttivi degli animali in produzione zootecnica;

- identificare ed applicare le metodologie di genetica e genomica strutturale e funzionale per l'analisi del genoma ai fini di migliorare l'efficienza della selezione;

- utilizzare le principali risorse bioinformatiche utili ai fini dell'analisi, gestione e conservazione della biodiversità genetica animale.

 

2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Alla fine dell'insegnamento lo/la student* sarà in grado di:

- interpretare i risultati di simulazioni informatiche su popolazioni sottoposte a differenti forze evolutive;

- analizzare una matrice di parentela ed identitifcare gli accoppiamenti più idonei al contenimento della consanguineità;

- utilizzare gli strumenti molecolari per l'identitifcazione e l'analisi della variabilità genetica;

- identificare le categorie di rischio di una popolazione;

- allestire una coltura cellulare di linfociti e costruire un cariotipo a partire da metafasi bandeggiate di una delle principali specie di interesse zootecnico (bovino, suino, bufalo, pecora, capra);

- estrarre DNA a partire da tessuto animale e sviluppare protocolli per le tecniche di biologia molecolare acquisite;

- utilizzare le conoscenze acquisite per l'approfondimento autonomo di aspetti relativi al campo specifico al quale lo studente si dedicherà nell'ambito dell'attività professionale;

- utilizzare la terminologia tecnico-scientifica specifica in modo adeguato. 

 

 

1. Knowledge and understanding skills

At the end of the course the student will be able to:

- describe the concept of biodiversity, karyological evolution, and speciation;

- recognize the way of action and the effects of the main evolutionary forces (selection, mutation, migration, genetic drift);

- classify markers and their use in the biodiversity management programs;

- calculate the coefficients of kinship and consanguinity and illustrate its practical applications in the management of endangered populations and in the selection programs;

- identify the most appropriate conservation strategies;

- identify the main animal species from the structural and replicating banding;

- describe high-throughput technologies to identify genes that control the productive and reproductive characteristics of animals in animal production;

- identify and apply the genetic techniques, the structural and functional genomic methodologies for the genome analysis to improve the selection efficiency;

- use the main bioinformatics resources useful for the analysis, management and conservation of the animal genetic biodiversity.

 

2. Ability to apply knowledge and understanding

At the end of the course the student will be able to:

- explain the results of computer simulations on populations subjected to different evolutionary forces;

- analyze a matrix of kinship and identify the most suitable mating to reduce the consanguinity;

- use molecular methods for the identification and the analysis of genetic variability;

- identify the risk categories of a population;

- set up a lymphocyte cell culture and create a karyotype from a banded metaphase of one of the main farm animal species (bovine, pig, buffalo, sheep, goat);

- isolate DNA from an animal tissue and develop protocols for the studied molecular techniques;

- use the appropriate technical-scientific terminology.

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Modalità di insegnamento

L'insegnamento comprende 120 ore di attività articolate approssimativamente in 80 ore di lezioni frontali, svolte con modalità interattive volte a stimolare il coinvolgimento degli/delle student* in varie forme, e 40 ore di esercitazione. Sono previste presentazioni power point individuali su articoli scientifici forniti durante l'insegnamento e lavori di gruppo. Le esercitazioni consistono in attività svolte a gruppi in aula informatica (uso di software e database specifici, fogli di calcolo per l'analisi dei dati, ecc...) e in laboratorio. Tutte le attività prevedono la partecipazione attiva dello/a student* nella raccolta ed elaborazione di dati, analisi ed interpretazione di risultati di laboratorio, discussione di casi studio, ecc.... E' inoltre prevista la visita ad una azienda zootecnica e/o centro genetico.

Le modalità di insegnamento illustrate richiedono, da parte dei frequentanti, una partecipazione costante alle lezioni. 

In caso di emergenza sanitaria, la modalità di erogazione della didattica avverrà anche in modalità e-learning attraverso le piattaforme Webex e Moodle.

The course is made of 120 hours of teaching approximately organized in 80 hours of lectures, carried out with interactive modes designed to stimulate student participation in different ways, and 40 hours of the practice exercise. Students will prepare individual PowerPoint presentations based on scientific articles provided during teaching, as well as they will work in groups. The practice exercises consist of activities carried out in the computer classroom (use of specific database and software, data analysis, etc.)  and in the laboratory by groups of students. All activities will be organized to promote the active participation of the student in the collection and processing of data, in the analysis and interpretation of laboratory results, discussion of case studies, etc. It is also planned to visit a farm and/or a genetic center.

This teaching method requires the constant attendance of the lectures. 

In case of sanitary restrictions, the teaching method will be offered also in e-learning using Webex and Moodle platforms.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

L'esame consiste in un colloquio orale sugli argomenti oggetto delle lezioni e delle esercitazioni e nel riconoscimento di una specie animale da allevamento a partire dal suo cariotipo. Inoltre, allo scopo di verificare la capacità di approfondimento e le abilità comunicative, viene proposto agli studenti l'allestimento di una presentazione individuale su un articolo scientifico a scelta dello studente ed inerente il programma svolto. Il lavoro viene esposto durante le ultime ore di esercitazione del corso e concorre alla valutazione finale dello studente durante la prova orale. Nel complesso sarà valutata la capacità di organizzare discorsivamente le conoscenze acquisite, la capacità di ragionamento critico, la qualità dell'esposizione e la competenza nell'uso del lessico specifico proprio dell'insegnamento. Il voto finale è espresso in trentesimi. Si ritiene superato l'esame se lo studente raggiunge un punteggio minimo di 18/30.

La modalità di svolgimento dell'esame potrà subire modifiche in relazione alla situazione sanitaria (COVID-19) e, in tal caso, essere svolto su piattaforma Moodle. Se sarà necessario passare a tale modalità, si impartirà un quiz a risposta multipla costituita da 30 domande a risposta multipla di cui una sola vera. Ad ogni risposta esatta verrà attribuito 1 punto fino ad un massimo di 30/30. 

The exam consists of an oral interview on the subjects developed during the lectures and the laboratory activities, furthermore, it is requested the identification of an animal species starting from its karyotype. In addition, In order to verify the knowledge and communicative skills, the students will prepare an individual PowerPoint presentation analyzing a scientific paper object of the course program. Powerpoints will be presented during the last hours of the course and they will contribute to the final student assessment during the oral exam. Overall, the ability to talk about the acquired knowledge, the critical thinking ability, the exposure quality, and the expertise in the use of a specific lexicon will be evaluated during the oral examination. The final assessment is a score based on 30 points. To pass the exam the student has to reach a minimum score of 18/30.

Considering the sanitary emergency for COVID-19, it is possible a different assessment way by moodle platform. In this case, a multiple-choice test will be done with 30 questions (only one is right). One point is given for each right answer and the potential final score is 30/30. 

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Attività di supporto

Ricevimento: tutti i giorni previo appuntamento da concordare

Consulting: every day upon appointment 

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Programma

Origine della biodiversità. Evoluzione cariologica delle specie. Definizione di popolazione e di razza. Genetica di popolazione e fattori che influiscono sulla variabilità genetica. Mutazione, migrazione, selezione. Simulazioni con il software Allele A1. Grandezza della popolazione. Deriva genetica. Simulazioni con il software PopG. Bottleneck. Founder effect. Misura della variabilità. Calcolo delle frequenze alleliche. Verifica dell’equilibrio di Hardy-Weinberg. Variabilità entro razza: grado di eterozigosi, diversità allelica, n. effettivo di alleli, alleli privati. Variabilità fra razze: distanze genetiche, alberi filogenetici, statistiche F. Software per analisi di genetica di popolazione: Popgen32. Consanguineità. Alberi genealogici. Coeff. di parentela e coeff. di consanguineità: significato e modalità di calcolo. Effetti della consanguineità sui caratteri qualitativi e quantitativi. Gestione della biodiversità. Cause di riduzione e motivazioni per la salvaguardia. Categorie di rischio. Criteri per scegliere le razze da salvaguardare. Ne e fattori che la condizionano: rapporto sessi, varianza delle famiglie, fluttuazioni, intervallo fra generazioni. Come aumentare Ne. Strategie di conservazione. In situ. Prodotti tradizionali, rintracciabilità. Ex situ. Tipi di germoplasma da conservare e relativi vantaggi e svantaggi: seme, ovocellule, embrioni, tessuti, DNA. Ex situ live. Scelta della strategia da utlizzare. Regolamenti CE sulla salvaguardia della biodiversità. 

Genoma e cromosomi.  Colture cellulari e bandeggi, Sister Chromatide Exchanges, microdissezione cromosomica e preparazione di sonde cromosoma specifiche. Fluorescent In Situ Hybridization (FISH), Comparative Genomic Hybridization (CGH) e karyomapping . Maturazione in vitro di ovociti (IVM) e analisi delle aneuploidie su metafasi e cellule germinali.  Geni, marcatori e genoma. Sequenziamento tradizionale e Next Generation Sequencing: metodi di isolamento cellulare, lisi cellulare ed estrazione del DNA, amplificazione del genoma con metodologie MDA, WGA e DOP. Metodi ed applicazioni del sequenziamento del trascrittoma.  

Esercitazioni: utilizzo di software dedicati, analisi di banche dati, fogli di calcolo per l'elaborazione dei dati. Analisi per evidenziare il polimorfismo del DNA

Biodiversity. Karyologic evolution of the species. Origin of biodiversity. Population and breed definition. Population genetics and factors affecting variability. Mutation, migration, selection. Computer simulations using Allele A1 software. Population size, genetic drift. Computer simulations using PopG software. Bottleneck, founder effect. Describing diversity. Census: data collection, aims. Phenotypic description: data collection. Qualitative traits: frequency distribution. Quantitative traits: descriptive statistics, correlation, regression. Partioning of phenotypic variance. Heritability: meaning and estimating procedures. Genetic description. Polymorphism. Types of markers: visible, protein, molecular. Mitochondrial DNA. PCR-RFLP technique. Procedure to analyse a specific mutation. Genome. basic of sequencing. Genetic maps, physical maps. Measuring variability. allele frequencies. hardy-Weinberg equilibrium. Within-breed variability: heterozygosity, allele diversity, effective number of alleles, private alleles. Between-breed variability: genetic distances, phylogenetic trees, F statistics. Inbreeding. pedigrees. Inbreeding and kinship coefficients: meaning and calculation. Inbreeding effects on qualitative and quantitative traits. Managing biodiversity. causes of reduction and reasons for conservation. Risk categories. Criteria for selecting breeds for conservation. Ne and affecting factors: sex ratio, family variance, size change over generations, generation interval. How to increase Ne. Conservation strategies: In situ. Links between products and breeds, traceability. Ex situ. Types of germplasm, advantages and disadvantages: semen, oocytes, embryos, somatic cells, DNA. Ex situ live. Choosing the conservation strategy. CE regulations on biodiversity conservation.

Genome and chromosomes. Cell cultures and banding, Sister Chromatide Exchanges, chromosomal microdissection and preparation of chromosome specific probes. Fluorescent In Situ Hybridization (FISH), Comparative Genomic Hybridization (CGH), and Karyo-mapping. In vitro maturation (IVM) and aneuploidy analysis on metaphase and germ cells. Genes, markers and genomes. Traditional sequencing and Next Generation Sequencing: cell lysis and DNA isolation, genome amplification with MDA, WGA and DOP. Methods and use of transcriptome sequencing.

Practical activity: computer simulations, analysis of databases, spreadsheets for data processing, laboratory work for DNA analysis.

Testi consigliati e bibliografia

Oggetto:

Frankham R., Ballou J.D., Briscoe D.A. Fondamenti di genetica della conservazione. 2006. Zanichelli. ISBN978-88-08-17018-7

 

Avise J. C. Molecular markers, natural history and evolution. 1994. Springer US. ISBN 978-1-4615-2381-9

 

Higgs P.G., Attwood T.K. Bionformatics and molecular evolution. 2004. Blackwell Publishing. ISBN 9781405106832.

 

Articoli di AA vari (forniti dal docente).

Siti internet di interesse:

http://dad.fao.org/

http://efabis.tzv.fal.de/

http://www.aia.it

http://www.assonapa.it

http://www.associazionerare.it/

 

 

Frankham R., Ballou J.D., Briscoe D.A. Fondamenti di genetica della conservazione. 2006. Zanichelli. ISBN978-88-08-17018-7

Avise J. C. Molecular markers, natural history and evolution. 1994. Springer US. ISBN 978-1-4615-2381-9

 

Higgs P.G., Attwood T.K. Bionformatics and molecular evolution. 2004. Blackwell Publishing. ISBN 9781405106832.

Publications given during the course.

Websites of interest:

http://dad.fao.org/

http://efabis.tzv.fal.de/

http://www.aia.it

http://www.assonapa.it

http://www.associazionerare.it/



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Note

Le modalità di svolgimento dell'attività didattica potranno subire variazioni in base alle limitazioni imposte dalla crisi sanitaria in corso. In ogni caso è assicurata la modalità a distanza per tutto l'anno accademico.

According to the Covid-19 emergency situation, slight changes in the teaching and examination mode may occur. In this case online teaching will be guaranteed.

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Ultimo aggiornamento: 27/09/2021 15:31
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