Corso di laurea: Biotecnologie agrarie Programmazione per l'A.A. 2022/2023

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Generalità
sugli insetti: cenni di morfologia, anatomia e fisiologia, con particolare
attenzione ai sistemi nervoso, digerente, secretore e riproduttore e alla
regolazione della risposta immunitaria.

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Gli insetti e
le piante: effetti negativi e dannosità.

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Tecniche di
laboratorio (con particolare attenzione alle tecniche di olfattometria e di
antennografia) e di allevamento per lo studio degli insetti fitofagi e dei loro
nemici naturali.

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Aspetti di
base sulle strategie di controllo degli insetti dannosi: cenni sui mezzi
agronomici, fisici, meccanici, biologici e chimici. Il controllo biologico (BC)
e integrato (IPM) degli insetti nocivi.

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Il genoma
degli insetti. Metodi d’indagine molecolare impiegati nel riconoscimento delle
specie. Bioinformatica applicata agli studi entomologici.

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Etologia ed
ecologia chimica degli insetti: semiochimici. Sistemi di difesa naturale delle
piante: Volatile Organic Compounds (VOCs) e relativi studi di laboratorio. Interazioni
pianta-insetto: difese naturali delle piante indotte da Artropodi (Arhtropod-induced
plant defences).

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Virus e
batteri entomopatogeni. Bacillus
thuringiensis. Biotecnologie applicate ai microrganismi entomopatogeni.

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Manipolazioni
genetiche delle piante per la difesa dagli insetti dannosi. GMO e insetti. Valutazione
di aspetti ecotossicologici e gestione della resistenza.

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Strategie
genetiche e autocide di controllo degli insetti dannosi. Sterile Insect
Technique (SIT).

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Sviluppo di
molecole insetticide. Resistenza degli insetti agli insetticidi: basi genetico-molecolari;
gestione della resistenza.

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RNAi e Genome
editing in entomologia agraria.

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Insetti
vettori e trasmissione di agenti fitopatogeni. Tecniche molecolari per lo
studio delle interazioni insetti vettori – agenti fitopatogeni.

1.
Gullan P.J., Cranston P.S., 2006 – Lineamenti di Entomologia. Zanichelli.

2.
Pennacchio F. (ed.), 2014 – Gli insetti e il loro controllo. Liguori
Editore.

3.
Vinciskas A. (ed.), 2011 – Insect Biotechnology. Springer.

4.
Presentazioni PowerPoint delle lezioni, fornite dal docente attraverso la
piattaforma Studium.

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










ALTRO MATERIALE DIDATTICO

http://studium.unict.it

Concetti di base su struttura
e funzioni di acidi nucleici e proteine. 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. Genomica e trascrittomica. RNAseq. Epigenomica. Elettroforesi
bidimensionale delle proteine e proteomica. 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

1.
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.

2.
Tracciabilità e rintracciabilità: definizioni e cenni sulle
normative europee. Rintracciabilità e autenticazione.

3.
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, acidigrassi, 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: i) analisi ed elaborazione di dati spettrocolorimetrici sperimentali;
ii) determinazione degli acidi grassi: dall’estrazione del grasso alla identificazione
e quantificazione tramite GC; iii) determinazione dei composti volatili: dall’estrazione
alla identificazione e quantificazione tramite GC-MS; iv) determinazione della
vitamina E: dall’estrazione alla identificazione e quantificazione tramite
HPLC.

1.Cassandro M., Mele
M., Trevisi E. (ed.) 2010. Sicurezza e tracciabilità nei sistemi di produzione
del latte. Aracne editrice s.r.l., Roma.

2. Secchiari P. (a cura di) 2014. Alimenti di origine animale e
salute. Fondazione Iniziativezooprofilattiche e zootecniche. Brescia, n. 95.o Altro materiale didattico: Articoli
scientifici tratti da riviste internazionali; diapositive
commentate durante le lezioni e le altre attività.. Questo materiale
didattico, fonte di studio complementare ai testi di riferimento, viene
inserito nella piattaforma Studium durante lo svolgimento del corso. Nella
piattaforma Studium vengono inseriti anche altri articoli scientifici proposti
per un approfondimento.

1. 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.2. Tracciabilità e rintracciabilità: definizioni e cenni sulle normative europee. Rintracciabilità e autenticazione.3. 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: i) analisi ed elaborazione di dati spettrocolorimetrici sperimentali; ii) determinazione degli acidi grassi: dall’estrazione del grasso alla
identificazione e quantificazione tramite GC; iii) determinazione dei composti volatili: dall’estrazione alla identificazione e quantificazione tramite
GC-MS; iv) determinazione della vitamina E: dall’estrazione alla identificazione e quantificazione tramite HPLC.

- 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 Iniziative zooprofilattiche e zootecniche. Brescia, n. 95.- Altro materiale didattico: Articoli scientifici tratti da riviste internazionali; diapositive commentate durante le lezioni e le altre attività.. Questo materiale
didattico, fonte di studio complementare ai testi di riferimento, viene inserito nella piattaforma Studium durante lo svolgimento del corso. Nella
piattaforma Studium vengono inseriti anche altri articoli scientifici proposti per un approfondimento.

Miglioramento genetico dei caratteri quantitativi di interesse zootecnico. 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” Terza edizione. Editore Zanichelli.


Articoli scientifici selezionati,
pubblicati su riviste scientifiche internazionali, lediapositive
commentate durante le lezioni e le altre attività verrannoforniti agli
studenti in aula e residisponibili su Studium.

Il corso ha i contenuti dei corsi di Biotecnologie
fitopatologiche o Patologia vegetale molecolare che interessano le interazioni
molecolari ospite/patogeno e con il microbioma; 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. Nel 2022 è stato
pubblicato un libro di testo che è utile per l’apprendimento e per seguire le
lezioni.

1. Patologia vegetale
molecolare. M. Reverberi - M. Ruocco - L. Covarelli - L.
Sella 2022, 690 pp. Piccin ISBN 978-88-299-3141-5Il testo è stato pubblicato di recente e
sarà utilizzato per molti degli argomenti. Il grado di approfondimento sarà definito
dalla docente nel corso delle lezioni. Per coloro che necessitano di ulteriori
informazioni di base è possibile consultare anche presso le biblioteche
dipartimentali i seguenti testi:-
Matta A., Buonaurio R., Favaron F., Scala A., Scala F. 2017. Fondamenti di
patologia vegetale (2aedizione), 490 pp. Patron editore
ISBN9788855533829-
Belli G. (2012) Elementi di Patologia Vegetale. Piccin Nuova Libraria,
Padova. 2nda edizione 454 pp.

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.

PardossiA.,Prosdocimi GianquintoG.,SangamariaP., Incrocci L.,2018. Orticoltura. Principi e pratica.Edagricole-New Business Mediapratica.Edagricole-New Business MediaBarcaccia G., Falcinelli M., 2019.Genetica e Genomica. Vol. 3: Genomica e biotecnologie genetiche. Liguori Editore.Marzi V., De Mastro G.2008. Piante Officinali. Mario Adda Editore, BariSansavini S., Ranalli P., 2012. Manuale di Ortofrutticoltura. EdagricoleAppunti e schemi delle lezioni forniti dal docente.

La biologia riproduttiva delle piante da frutttoPeculiarità della biologia delle piante arboreeDal miglioramento genetico classico a quello modernoColture in vitro per il vivaismo e il miglioramento genetico delle piante arboree da fruttoConservazione del germoplasma frutticoloVariazione somaclonale e selezione in vitroIngegneria genetica: applicazioni e prospettive di impiego per transgenesi, cisgenesi e genome editing per le piante da fruttoMarcatori biochimici e molecolari nell’identificazione di genotipi, negli studi di filogenesi, nella realizzazione di mappe genetiche, nell’identificazione di geni per le piante arboreeBioinformatica applicata per caratteri utili per le piante arboreeObiettivi di miglioramento genetico per le principali specie frutticole

1) Sansavini et al 'Arboricoltura generale' Pàtron Editore (per il miglioramento genetico tradizionale)2)Rosa Rao e Antonietta Leone "Biotecnologie e Genomica delle Piante" Idelson-Gnocchi Editore oppure ilBarcaccia G., Falcinelli M. “Genetica e genomica” vol II e III. Liguori editore3)Appunti del docente4) Articoli monografici su riviste di settore indicati durante il corsoAltri testi utili: Approfondimenti su Galbiati et al., 'Biotecnologie sostenibili' Edagricole Editore

1. Definizione di "Bioprocessi" e campi di applicazione2. Classificazione dei prodotti ottenibilimediante l'applicazione di un bioprocesso3. Il fermentatore e i substrati utilizzabili a livello indrustriale4. Classificazione dei processi fermentativi5. Casi studio riguardantii l'ottenimentodi prodotti mediante applicazione di un bioprocesso

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

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

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. Concetti di base della genetica batterica e effetti che tali scoperte hanno sullo sviluppo delle biotecnologie.

Testo 1 Brock – Biologia dei Microrganismi –Microbiologia generale, ambientale e industriale - 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

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).

Il
docente fornisce su Studium tutte le slide utilizzate per trattare in aula
tutti gli argomenti previsti nel programma, al fine di fornire una guida per lo
studio individuale. Inoltre sono consigliati i seguenti testi, fermo restando
la libertà di consultare qualsiasi altro testo inerente gli argomenti trattati:1. Casa R. – Agricoltura di
precisione. Metodi e tecnologie per migliorare l'efficienza e la sostenibilità
dei sistemi colturali – Edagricole - Edizioni Agricole di New Business Media
srl. Milano. (ISBN 978-88-506-5510-6).2. Misturini R. – Precision farming.
Strumenti e tecnologie per un'agricoltura evoluta – Edagricole - Edizioni
Agricole di New Business Media srl. Milano. (ISBN 978-88-506-5587-8).3. Basso B., Sartori L., Bertocco M.
– Agricoltura di precisione. Concetti teorici e applicazioni pratiche –
Edizioni L'Informatore Agrario SpA. Verona. (ISBN 978-88-7220-229-9).4. Bertocco M. – Agricoltura di
precisione. Guida pratica all’introduzione in azienda – Edizioni L'Informatore
Agrario SpA. Verona. (ISBN 978-88-7220-283-8).5. Zhang Q, Pierce F.J. – Agricultural
Automation: Fundamentals and Practices – CRC Press - Taylor & Francis Group. Boca Ratom, FL.
(ISBN978-1-4398-8057-9).6. Prassler E., Zöllner M., Bischoff
R., Burgard W., Haschke R., Hägele M., Lawitzky G., Nebel B., Plöger P., Reiser U. – Towards Service Robots
for Everyday Environments – Springer. (ISBN 978-3-642-25116-0).7. Rodríguez N. – Advanced Mechanics in
Robotic Systems – Springer. (ISBN 978-0-85729-588-0).8. Bocci E., Caffarelli A., Villarini
M., D'Amato A. –
Sistemi a biomasse: progettazione e valutazione economica. Impianti di
generazione di calore ed elettricità – Maggioli Editore. Rimini (ISBN 978-88-3875-969-7).

















9. Appunti di lezione.

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 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.A5.La filiera biotecnologica.Caratteristiche delle imprese science-based. Evoluzione del comparto biotech italianoA6. I network per l'innovazione biotecnologica. modelli. Fondamenti di teoria delle reti di imprese .Innovazione scientifica e innovazione imprenditoriale

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 25A5.Acemoglu D & Aghion P. & Griffith R. & Zilibotti F., 2010. "Vertical Integration and Technology: Theory and Evidence," Journal of the European Economic Association, MIT Press, vol. 8(5), pages 989-1033, 09.A6.Oliver A.L. (2004), On the duality of competition and collaboration: network-based knowledge relations in the biotechnology industry, Scandinavian Journal of Management, Volume 20, Issues 1–2, 2004, Pages 151-171