Corso di laurea: Biotecnologie agrarie Programmazione per l'A.A. 2021/2022

Caratteristiche generali degli insetti. Metodi di controllo degli artropodi dannosi. Il genoma degli insetti. Manipolazione genetica delle piante per la difesa dagli insetti. GMO & insects. Bacillus thuringiensis. Arhtropod-induced plant defences. Analysis of gut-content of insects. Sviluppo delle molecole insetticide. Resistenza degli insetti ai fitofarmaci. Artropodi vettori di agenti fitopatogeni. Artropodi vettori di parassiti animali. Biotecnologie applicate ai microrganismi entomopatogeni. Sterile Insect Technique. Bioinformatica applicata agli studi entomologici. Insects, food, feed and waste. Semiochimici. RNAi and Genome editing in Entomology. Metodi d’indagine molecolare impiegati nel riconoscimento delle specie. Tecniche di laboratorio per lo studio degli insetti.

Gullan P.J., Cranston P.S., 2006 – Lineamenti di Entomologia. Zanichelli
Pennacchio F. e AA.VV., 2014 – Gli insetti e il loro controllo. Liguori Editore
Vinciskas A., 2011 – Insect Biotechnology. Springer
Ricerche su argomenti di Biotecnologie entomologiche pubblicate su riviste specializzate (fornite dal docente)
Dispense fornite dal docente

I metaboliti secondari e loro importanza nella fisiologia della pianta.

Composti fenolici: via dell’acido scichimico e degli aminoacidi aromatici. Biosintesi dei fenoli semplici. Biosintesi della lignina. Cumarine. Stilbeni, dibenzili, benzochinoni, naftochinoni e antrachinoni. Biosintesi dei fenoli complessi: flavonoidi e tannini.

I terpenoidi

Via dell’acido mevalonico e la biosintesi dell’isoprene.

Monoterpeni, sesquierpeni, diterpeni, triterpeni, tetraterpeni, politerpeni.

Metaboliti secondari contenenti azoto

Gli alcaloidi. Alcaloidi nicotinici e tropanici. Alcaloidi isochinolinici. Alcaloidi indolici. Glucosidi cianonegetici. I glucosinolati. Aminoacidi non proteici.

I metaboliti secondari e gli ormoni vegetali nell'adattamento delle piante agli stress:

Adattamento agli stress abiotici.

Adattamento agli stress biotici.

1- Buchanan B.B., Gruissem W e Jones R.L -Biochimica e Biologia Molecolare delle Piante- Zanichelli.

2- Lehninger, Nelson, Cox – Principi di Biochimica – Zanichelli

3- Maffei – Biochimica vegetali – Piccin

4- Raven, Evert, Eichhorn – Biologia delle piante - Zanichelli

5 -Taiz, Zeiger – Fisiologia vegetale – Piccin

6 - Paul M.Dewick – Chimica, Biosintesi e Bioattività delle Sostanze Naturali- PICCIN

I prodotti di origine animale: evoluzione dei consumi ed importanza relativa dei prodotti certificati (DOP, bio, ecc). Richiami sui sistemi di produzione animale. Qualità del latte e della carne: richiami di fisiologia; relazione tra sistema di allevamento e qualità dei prodotti.
Tracciabilità e rintracciabilità: definizioni e cenni sulle normative europee. Rintracciabilità e autenticazione.
Autenticazione del sistema di allevamento e/o dell’area geografica di produzione.

Cenni sui metodi di analisi statistica dei dati
Classificazione dei marcatori: diretti, indiretti e fisici
I marcatori: carotenoidi, vitamina E, terpeni e altri composti organici volatili, acidi grassi, isotopi stabili. Cenni su altri marcatori.
Fonti di variabilità dei marcatori negli alimenti zootecnici.
Metabolismo dei marcatori negli animali domestici.
Cenni su alcuni metodi analitici: analisi ed elaborazione di dati spettrocolorimetrici sperimentali; determinazione degli acidi grassi: dall’estrazione del grasso alla identificazione e quantificazione tramite GC; determinazione dei composti volatili: dall’estrazione alla identificazione e quantificazione tramite GC-MS.

Cassandro M., Mele M., Trevisi E. (ed.) 2010. Sicurezza e tracciabilità nei sistemi di produzione del latte. Aracne editrice s.r.l., Roma.
Secchiari P. (a cura di) 2014. Alimenti di origine animale e salute. Fondazione Iniziativezooprofilattiche e zootecniche. Brescia, n. 95.

Genetica dei caratteri quantitativi. Principali biotecnologie della riproduzione e analisi citogenetiche dei riproduttori.Analisi genomica degli animali domestici. Esempi di geni maggiori e di geni candidati nelle produzioni animali, QTLs e Marker Assisted Selection (MAS).I DNA-Chip. Principi di selezione genomica. Caratterizzazione e conservazione della biodiversità zootecnica. Genetica di popolazione e struttura genetica delle popolazioni animali. Sicurezza e tracciabilità genetica delle produzioni animali.

1. Barcaccia, Falcinelli “Genetica e genomica- VOL III "Genomica e biotecnologie genetiche." Seconda edizione accresciuta - ” Liguori Editore;

2. Pagnacco “Genetica animale. Applicazioni zootecniche e veterinarie” Casa Editrice Ambrosiana.

La manipolazione degli acidi nucleici. Southern e Northern blots. Marcatori molecolari ed analisi genomica. PCR qualitativa e quantitativa. Tecniche e vettori di clonaggio. La trasformazione genetica dei procarioti. Preparazione e analisi di genoteche. La tecnologia del DNA microarray e Ibridizzazione sottrattiva. Metodi di sequenziamento degli acidi nucleici. RNAseq. La trasformazione genetica degli eucarioti. Cisgenesis e Intragenesis. Genome editing. Vettori di espressione e proteine di fusione. Il DNA ricombinante nell’industria agroalimentare.

1) Biochimica e biologia molecolare: Principi e Tecniche, Wilson K., Walker J., ed. Raffaello Cortina (ottava edizione).

2) Rao R., Leone A., Biotecnologie e genomica delle piante, Idelson-Gnocchi ed.

3) Articoli scientifici forniti dal docente

Il corso ha i contenuti dei corsi di Biotecnologie fitopatologiche o Patologia vegetale molecolare che interessano le interazioni molecolari ospite/patogeno; geni di patogenicità e virulenza; genetica delle interazioni con la pianta; tecnologie di difesa basate sull’interferenza con i parassiti e sull’induzione delle difese della pianta; biologia dei microrganismi antagonisti e biofitofarmaci; sviluppo di biomolecole o geni per applicazioni biotecnologiche; strategie per lo sviluppo e applicazione di tecniche molecolari per la diagnosi e per la caratterizzazione dei microrganismi associati alle piante. Non è disponibile un libro di testo specifico né in italiano né in inglese aggiornato, il docente pertanto segue la traccia del testo consigliato per sviluppare gli approfondimenti ma anche per fonire alcuni fondamenti di patologia vegetale.

1. Matta A., Buonaurio R., Favaron F., Scala A., Scala F. 2017. Fondamenti di patologia vegetale (2a edizione), 490 pp. Patron editore ISBN9788855533829

In questo testo sono presenti quasi tutti gli argomenti ma non con il grado di approfondimento richiesto devono essere integrati con i pdf delle lezioni. Sono presenti tutti i fondamenti di di Patologia vegetale e ottime definizioni.

Gli Studenti che nel corso di laurea triennale hanno utilizzato il testo Belli G. (2012) Elementi di Patologia Vegetale. Piccin Nuova Libraria, Padova. 2nda edizione 454 pp. possono utilizzarlo come traccia di studio al posto del testo 1.

Altri testi utilizzati dal docente per preparare le lezioni:

Dickinson M. (2004) Molecular Plant Pathology. BIOS Scientific Publ., London, 256 pp. (libro ben organizzato per lo studio dell'interazione ospite-patogeno, il testo sebbene datato è utile per la terminologia in inglese)

Agrios G (2005) Plant Pathology. 5th Edition. Academic Press, New York, 952 pp. (Libro di patologia vegetale; meccanismi di resistenza delle piante chimici e morfologici)

Iaccarino M. et al. (2006). Microrganismi Benefici per le Piante. IDELSON-GNOCCHI, Napoli, 208 pp. (Capitolo sui microrganismi antagonisti)

V.M. Sellitto I Microrganismi Utili in Agricoltura. EDAGRICOLE. ISBN8850655886.

Giunchedi et al. (2007) Elementi di Virologia vegetale. Piccin Nuova Libraria, Padova, 333 pp. (generalità sui virus e replicazione virale)

Verranno inquadrate le principali colture da orto e da fiore ed i loro relativi prodotti finali; di questi saranno esaminate le caratteristiche intrinseche e le principali cause che ne condizionano la resa e la qualità.

Saranno trattate le tecniche di propagazionein vitrodelle principali colture,nonché le tecnologie innovative per la conservazione del germoplasmaex situ.

Verranno illustrati gli obiettivi primari del miglioramento genetico e la loro realizzazione attraverso l’applicazione delle biotecnologie.

1- Genetica e Genomica. Vol. 3: Genomica e biotecnologie genetiche. G. Barcaccia, M. Falcinelli. Liguori Editore.

Argomenti


Riferimenti testi




1


Biotecnologie e bioprocessi: definizione e campi di applicazione.

Microrganismi utilizzati nelle applicazioni biotecnologiche ed industriali


Testo 1 - Testo 2 - Materiale fornito dal docente




2


Prodotti ottenibili dalle biotecnologie microbiche: biomasse microbiche, prodotti di estrazione da biomasse, metaboliti secondari, ecc.


Testo 1 - Materiale fornito dal docente




3


I substrati colturali: composizione dei terreni colturali e gestione delle materie prime

Il fermentatore


Testo 1 - Materiale fornito dal docente




4


Crescita dei microrganismi: curva di crescita, fattori che influenzano la crescita, valutazione dello sviluppo microbico,


Testo 1 - Testo 2 - Materiale fornito dal docente




5


Classificazione delle fermentazioni, colture batch, fed-batch e continua


Testo 1 - Materiale fornito dal docente




6


Accumuli metabolici d’interesse industriale

Procedure per l’ottenimento di metaboliti microbici


Testo 1 - Materiale fornito dal docente




7


Isolamento dei prodotti di fermentazione: recupero e purificazione


Testo 1 - Materiale fornito dal docente




8


Tecniche di immobilizzazione di cellule microbiche: attiva e passiva


Testo 1 - Materiale fornito dal docente




9


Tecnologie enzimatiche: classificazione degli enzimi, enzimi in soluzione ed immobilizzati, impiego degli enzimi nell’industria


Testo 2 – Testo 3 - Materiale fornito dal docente




10


Uso delle biotecnologie per la produzione e/o trasformazione degli alimenti (prodotti complessi)


Testo 1 - Testo 2 – Testo3- Materiale fornito dal docente




11


Casi studio di processi e prodotti industriali per l’ottenimento di: biomasse microbiche, acidi organici, etanolo, ecc.


Testo 1 -Testo2 - Testo3- Materiale fornito dal docente




12


Esercitazioni in laboratorio


Materiale fornito dal docente

Testo 1. M. Manzoni. “Microbiologia Industriale”. Casa Editrice Ambrosiana.

Testo 2. Michele M. Bianchi. ‘’Chimica e Biotecnologia delle fermentazioni’’-. Edizioni Nuova Cultura

Testo 3. C. Gigliotti - R. Verga. “Biotecnologie Alimentari”. Piccin Editore

Microrganismi di interesse biotecnologico. I microrganismi come "cell factory" per la produzione di beni e servizi. Ricerca e sviluppo nei processi industriali screening e ottimizzazione dei processi produttivi. Produzione di antibiotici e di amminoacidi. Problematiche ambientali e applicazioni dei microrganismi a salvaguardia dell’ambiente. Miglioramento genetico di microrganismi impiegati nell’industria alimentare. Messa a punto di starter microbici per l’ottimizzazione delle fermentazioni alimentari. Fornire agli studenti i concetti di base della genetica batterica e gli effetti che tali scoperte hanno sullo sviluppo delle biotecnologie.

Testo 1 Brock – Biologia dei Microrganismi – Ed Pearson

Testo 2 Glick BR, Pasternak JJ. - Biotecnologia Molecolare- Principi e applicazioni del DNA ricombinante- Ed Zanichelli

Testo 3 Donadio S, Marino G. Biotecnologie Microbiche – Ed CEA

Testo 4. Manzoni M, Microbiologia Industriale – Ed. CEA

La biologia riproduttiva delle piante da fruttto
Peculiarità della biologia delle piante arboree
Dal miglioramento genetico classico a quello moderno
Colture in vitro per il vivaismo e il miglioramento genetico delle piante arboree da frutto
Conservazione del germoplasma frutticolo
Variazione somaclonale e selezione in vitro
Ingegneria genetica: applicazioni e prospettive di impiego per transgenesi, cisgenesi e genome editing per le piante da frutto
Marcatori biochimici e molecolari nell’identificazione di genotipi, negli studi di filogenesi, nella realizzazione di mappe genetiche, nell’identificazione di geni per le piante arboree
Bioinformatica applicata per caratteri utili per le piante arboree
Obiettivi di miglioramento genetico per le principali specie frutticole

1) Sansavini et al 'Arboricoltura generale' Pàtron Editore

2) Barcaccia G., Falcinelli M. “Genetica e genomica” vol II e III. Liguori editore

3)Appunti del docente

4) Articoli monografici su riviste di settore indicati durante il corso

Altri testi utili: Approfondimenti su Galbiati et al., 'Biotecnologie sostenibili' Edagricole Editore

Rosa Rao e Antonietta Leone "Biotecnologie e Genomica delle Piante" Idelson-Gnocchi Editore

Nozioni sulla struttura e funzioni degli agroecosistemi
Cenni su biodiversita’ e conservazione del germoplasma
Miglioramento genetico delle colture erbacee
Piante geneticamente modificate (caratteri trasferiti, controllo genetico dei caratteri)
Efficienza d’uso dei nutrienti
Resistenza a stress ambientali
Produzione di biocarburanti da colture erbacee.
Phytoremediation di terreni inquinati.

Genomica e Biotecnologie Genetiche – Vol III (Barcaccia, Falcinelli). Liguori Editore
Biologia cellulare e Biotecnologie Vegetali (Pasqua G.). Piccin Editore
Biotecnologie sostenibili (Galbiati, Gentile, La Malfa, Tonelli). Edagricole Editore
Appunti del docente

Definizione dei termini “Precision Farming” e “Variable Rate Agriculture”. Strumenti per la raccolta di dati sulle condizioni del campo e processi decisionali. Introduzione ai controlli automatici. Sensori, controllori e attuatori. Automazione delle macchine agricole e di alcune operazioni colturali. Cenni di cartografia.Introduzione ai sistemi di localizzazione satellitare GNSS: GPS, DGPS, RTK-DGPS, sistemi per migliorarne la precisione basati su tecniche SBAS e GBAS. Robotica applicata all’agricoltura. Meccatronica. Utilizzo di velivoli automatici (APR) in agricoltura. Ottimizzazione delle risorse, riutilizzo delle biomasse, cenni sui bioreattori per la produzione di energia su piccola scala. Tipologie di impianti, sensori ed attuatori utilizzati e relativi principi di funzionamento, sistemi di controllo dei parametri funzionali del bio-processo. Caratteristiche costruttive, componenti, strutture e attrezzature annesse agli impianti di produzione di bio-energia. Cenni su altre tipologie di energie rinnovabili (idroelettrico, solare termico, fotovoltaico, eolico, geotermico).

1- Agricoltura di precisione. Guida pratica all’introduzione in azienda, Bertocco Matteo. Edizioni L’Informatore Agrario.

2- Agricoltura di precisione. Concetti teorici e applicazioni pratiche, Bertocco Matteo; Sartori Luigi; Basso Bruno. Edizioni L’Informatore Agrario.

3- Agricultural Automation: Fundamentals and Practices. Qin Zhang and Francis J. Pierce. CRC Press.

4- Towards Service Robots for Everyday Environments. Prassler E., et al.Springer.

5- Advanced Mechanics in Robotic Systems. Nestor Eduardo Nava Rodríguez.Springer.

6- SISTEMI A BIOMASSE: PROGETTAZIONE E VALUTAZIONE ECONOMICA IMPIANTI DI GENERAZIONE CALORE ED ELETTRICITA'. Bocci Enrico; Caffarelli Alessandro; Villarini Mauro; D'amato Alessio Maggioli Editore.

7- Materiale didattico fornito durante le lezioni e disponibile sulla piattaforma Studium (https://studium.unict.it/dokeos/2021/courses/22191/index.php); tutti i testi consigliati sono disponibili presso la biblioteca di dipartimento.

A1. Introduzione al corso. La conoscenza biotecnologica come bene complesso. Ricerca agrobiotecnologica e beni comuni. Caratteristiche dei beni comuni: escludibili vs non-escludibili, rivali vs non-rivali. Tragedie dei commons e degli anticommons, la rilevanza sociale della ricerca scientifica.

A2. Differenti forme di diritti di proprietà intellettuale (IPRs) utilizzati per proteggere le innovazioni biotecnologiche con un speciale focus sulla protezione varietale delle piante e la protezione brevettuale. Accordi internazionali che regolano le varietà vegetali e i diritti degli agricoltori (atti UPOV e accordi TRIPs). Il sistema brevettuale in Europa e le controversie sull'implementazione della direttiva riguardante le innovazioni biotecnologiche. Il dibattito etico sul sistema brevettuale europeo sulle biotecnologie: l'esclusione di piante e animali.

A3.L'uso di biotecnologie in agricoltura e organismi geneticamente modificati (OGM). La legislazione UE sugli OGM: autorizzazione, tracciabilità ed etichettatura. Coesistenza di colture OGM con quelle convenzionali e biologiche. Il privilegio dell'agricoltore ed il privilegio del costitutore. Differenze sulla regolamentazione tra UE e USA. Accordi commerciali multilaterali. Movimenti transfrontalieri (protocollo di Cartagena sulla biosicurezza nell'ambito della regolamentazione europea).

A4. L'impatto delle biotecnologie sull'ambiente e la sua accettazione sociale. L'evoluzione delle politiche ambientali europee, obiettivi e principi. Principio di precauzione e valutazione del rischio.Convenzioni internazionali sull'ambiente e legami con le politiche di sviluppo sostenibile. Agenzie responsabili dell'attuazione delle politiche per i prodotti agricoli derivanti dalle biotecnologie.

Casi studio.

A1. Aguilar A. et al. (2012),Thirty years of European biotechnologyprogrammes: from biomolecularengineering to the bioeconomy, New Biotechnology Volume 00, Number 00

OECD (2009),The Bioeconomy to 2030: Designing a policy agenda

Rangnekar D. (2004),Can TRIPs deter innovation? The anticommons andpublic goods in agricultural research,Workshop on ‘Governanceof biodiversity as a global public good: bioprospection,intellectual property rights and traditional knowledge’

Ostrom E. (2008), Tragedy of the commons,The New Palgrave Dictionary of Economics, Second Edition

A2. Helfer L. R. (2004),Intellectual propertyrights in plant varieties,International legal regimesand policy options fornational governments, FAO Legal Office

European Commission (2016) Final Reportof the Expert Group on the development and implications of patent law in the field of biotechnology and genetic engineering,Ref. Ares 2258060,pp. 1-112

A3. European Commission (2006),EU policy on biotechnology, DG Environment Biotechnology

Marrapese M.,Matthews K. A. (2014), The Importance of AgriculturalBiotechnology in the Response to theEffects of Climate Change,Natural Resources & Environment Volume 29, Number 1

Lim Li Lin (2007),Cartagena Protocol on Biosafety,Biosafety First,chapter 26

A4.Löfstedt R. E. (2002),Precautionary Principles:General Definitions andSpecific Applications toGenetically ModifiedOrganisms,Journal of Policy Analysis and Management, Vol. 21, No. 3, 381–407

Levidow L, Carr S. (2007), EUROPEANISING ADVISORY EXPERTISE:The role of ‘independent, objective and transparent’scientific advice in agri-biotech regulation,Environment and Planning: Government and Politics, volume 25