ITALIANO

Genetica mendeliana. Estensione dell’analisi mendeliana. Le basi cromosomiche dell’ereditarietà. Associazione genica e ricombinazione negli eucarioti. Variazioni del numero e della struttura dei cromosomi. Organizzazione del genoma. Mutazione, riparazione del DNA e ricombinazione. Definizione del concetto di gene. Regolazione dell'espressione genica nei procarioti. Regolazione dell'espressione genica negli eucarioti. Elementi trasponibili. Applicazione delle tecniche del DNA ricombinante allo studio dei geni e genomi. Genetica dei caratteri complessi. Genetica di Popolazioni.

-Pierce B. A. Genetica. Zanichelli. II edizione.
-Binelli G e Ghisotti. GENETICA. EdiSES. II edizione.
-Griffiths AJF. GENETICA Principi di analisi formale. Zanichelli. VIII edizione
-Russel P. J. Genetica Un approccio molecolare. Pearson. VI edizione
-Snustad and Simmons. Principi di Genetica. EdiSES. V edizione

I file pdf delle diapositive mostrate durante il corso sono disponibili al seguente link:
https://uninadue.sharepoint.com/sites/docenti/FLAVIA_CERRATO_059127/SitePages/Home%20Page.aspx

OBIETTIVI FORMATIVI. Il corso di Genetica si propone di fornire agli studenti le conoscenze fondamentali e gli strumenti concettuali necessari per comprendere i meccanismi dell'ereditarietà, la struttura e la funzione del materiale genetico, e le basi molecolari della variabilità biologica, secondo i descrittori di Dublino di seguito articolati.
CONOSCENZA E COMPRENSIONE. Lo studente acquisirà una solida conoscenza dei principi della genetica classica (leggi di Mendel, interazioni geniche, associazione e ricombinazione), della genetica molecolare (organizzazione del genoma, variabilità del DNA, regolazione dell'espressione genica) e della genetica di popolazioni, nonché delle principali tecniche di analisi genetica.
CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE. Lo studente sarà in grado di applicare i principi teorici appresi per risolvere problemi numerici e tracciare alberi genealogici per determinare le modalità di trasmissione dei caratteri genetici, calcolare le frequenze di ricombinazione e costruire mappe geniche, applicare le equazioni di base della genetica di popolazioni (es. equilibrio di Hardy-Weinberg) per stimare frequenze alleliche e genotipiche.
AUTONOMIA DI GIUDIZIO. Lo studente svilupperà la capacità di analizzare criticamente dati genetici e sperimentali, distinguendo tra diversi modelli di ereditarietà o di regolazione genica e comprendere le potenzialità delle principali metodologie impiegate nella ricerca genetica e genomica.
ABILITÀ COMUNICATIVE. Lo studente sarà in grado di utilizzare correttamente la terminologia scientifica della genetica e di esporre con chiarezza i principali concetti teorici, discutendo problematiche genetiche con linguaggio appropriato.
CAPACITÀ DI APPRENDERE. Lo studente svilupperà capacità di apprendimento autonome che gli consentiranno di approfondire e aggiornare le proprie conoscenze nel campo della genetica, anche attraverso la consultazione critica della letteratura scientifica di settore.

Conoscenze fornite dai corsi di Biologia e Biochimica

L'insegnamento è articolato in:
-lezioni frontali
-esercitazioni per risolvere esercizi di analisi genetica
-lezioni laboratoriali per l’applicazione di tecniche per l’analisi del DNA.

Il raggiungimento degli obiettivi dell’insegnamento è certificato mediante il superamento di un esame con valutazione espressa in trentesimi.
L’esame si articola in una prova scritta e una prova orale, da sostenere nello stesso appello in date calendarizzate. Ciascuna prova è valutata in trentesimi e si intende superata con un punteggio minimo di 18/30.
La prova scritta, di carattere propedeutico alla prova orale, consiste nella somministrazione di un questionario di 15 domande a risposta multipla, della durata di 30 min. Sono ammessi alla prova orale gli studenti che hanno superato la prova scritta con 18/30. Sono esonerati dalla prova scritta gli studenti che hanno superato la prova in itinere durante lo svologimento delle lezioni.

La prova orale ha una durata media di 20 minuti e consiste in un colloquio articolato in: i) domande di carattere generale: per valutare la padronanza dei concetti fondamentali e l'estensione delle conoscenze acquisite; ii) approfondimenti tematici: per verificare la capacità di analisi critica e il rigore metodologico; iii) collegamenti interdisciplinari: per saggiare l'abilità dello studente nel connettere i diversi argomenti del corso in una visione d'insieme.
La valutazione finale sarà espressa in trentesimi e calcolata come media ponderata dei punteggi conseguiti: 50% per la prova scritta e 50% per la prova orale.
Criteri per l’attribuzione del voto:
<18 Non superato: lo studente non dimostra risultati coerenti con i descrittori di conoscenza e comprensione, applicazione, giudizio, comunicazione e capacità di apprendere.
18-21 Livello sufficiente: lo studente raggiunge i descrittori di base relativi alla conoscenza e comprensione dei contenuti fondamentali e mostra una prima capacità di applicazione in contesti semplici.
22-24 Livello pienamente sufficiente: lo studente soddisfa i descrittori di conoscenza e comprensione applicate, mostrando capacità di applicare concetti chiave correttamente e iniziare ad analizzare criticamente situazioni pertinenti ai temi dell’insegnamento.
25-26 Livello buono: lo studente dimostra autonomia di giudizio nel valutare e confrontare scenari pertinenti, applica conoscenze in modo efficace e comunica risultati con chiarezza, riflettendo competenze più consolidate.
27-29 Livello molto buono: lo studente soddisfa in modo avanzato i descrittori dei cinque ambiti, con padronanza dei contenuti, capacità di valutare criticamente casi complessi e solide abilità comunicative.
30 Livello eccellente: lo studente eccelle in tutti i descrittori di Dublino, con capacità di apprendere in modo continuo e creativo, conoscenza approfondita, applicazione sicura e critica, comunicazione efficace e dimostra elevata qualità sia nella prova scritta che in quella orale.
La lode può essere attribuita quando lo studente dimostra, oltre a quanto sopra, particolare originalità, approfondimento nella discussione orale, superando le aspettative.

La frequenza alle lezioni è obbligatoria, con un massimo del 25 % di assenze consentite
Materiale di supporto:
- i file pdf delle diapositive mostrate durante il corso sono disponibili online:
https://uninadue.sharepoint.com/sites/docenti/FLAVIA_CERRATO_059127/SitePages/Home%20Page.aspx
Durante il corso gli studenti avranno la possibilità di sostenere una prova scritta, valida ai fini dell’esame, basata sugli esercizi degli argomenti già trattati al corso.
Il docente è disponibile per ricevimento studenti nei giorni indicati nella scheda dell’insegnamento e, su richiesta, anche in altri momenti da concordare via email.

1. Genetica mendeliana. Mitosi,meiosi e loro significato in genetica-Il metodo mendeliano-Le leggi di Mendel: segregazione ed assortimento indipendente-Reincrocio-Corrispondenza tra leggi di Mendel, mitosi e meiosi.
2. Estensione dell’analisi mendeliana. Allelia multipla. Dominanza incompleta. Codominanza. Interazione tra geni e rapporti mendeliani atipici. Alleli letali. Penetranza ed espressività. Effetti dell’ambiente. Genotipo e fenotipo:norma di reazione-Nozione di calcolo delle probabilita’ e test del chi quadro.
3. Le basi cromosomiche dell’eredita’. Teoria cromosomica dell’eredita’-Eredita’associata agli eterocromosomi-Cromosomi sessuali-Eterocromatizzazione facoltativa –Determinismo genetico e fenotipico del sesso-Mendelismo nell’uomo-Alberi genealogici.
4. Associazione genica e ricombinazione negli eucarioti. Esperimenti di Morgan e Bridges sull’associazione-Associazione e crossing-over-Costruzione delle mappe genetiche. Mappatura per reincrocio a due punti e tre punti - Calcolo della distanza tra due geni e tra gene e centromero mediante l’analisi delle tetradi.
5.Variazioni del numero e della struttura dei cromosomi. Struttura dei cromosomi. Cariotipo. Centromeri e telomeri. Cambiamenti della struttura dei cromosomi. Cambiamenti del numero dei cromosomi.
Organizzazione del genoma. Impacchettamento del DNA nei cromosomi. Il nucleosoma e gli istoni. Centromeri e telomeri. Eterocromatina ed eucromatina. Dimensioni del genoma. DNA ripetitivo e famiglie geniche. 6. Mutazione, riparazione del DNA e ricombinazione. Definizioni e classificazione delle mutazioni. Mutazioni somatiche e germinali. Mutazioni geniche. Reversioni e soppressioni. Dominanza e recessività. Tassi di mutazioni. Agenti mutageni e loro meccanismo d’azione. Test di Ames per l'identificazione delle sostanze mutagene. Ipotesi di Lamark e Darwin sull’origine della variabilità fenotipica. Test di fluttuazione ed esperinento del replica-plating. Cause delle mutazioni spontanee. Principali meccanismi di riparo del DNA. La ricombinazione omologa. Modello di Holliday.
7. Definizione del concetto di gene. Garrod e l’alcaptonuria. Beadle e Tatum e l’ipotesi “un gene-un enzima”. L’emoglobina S. Definizione dell’unità di struttura e di funzione del genoma. Colinearità tra gene e proteina. Il test di complementazione.
8. Regolazione dell'espressione genica nei procarioti. Regolazione genica nei procarioti. Geni ad espressione costitutiva e geni regolati. Sistemi inducibili e sistemi reprimibili. Regolazione positiva e regolazione negativa. Modello di Jacob e Monod per la regolazione dell'operone lac. Fattori regolativi agenti in trans ed elementi agenti in cis. Repressione da cataboliti. L’operone Trp e l’attenuazione.
9. Regolazione dell'espressione genica negli eucarioti. Differenziamento cellulare ed espressione genica negli eucarioti. Regolazione della trascrizione. Promotori ed enhancers. Fattori basali della trascrizione. Attivatori e repressori. Organizzazione della cromatina e del nucleosoma. Ruolo delle modificazioni istoniche e della metilazione del DNA nel controllo della trascrizione. L’inattivazione del cromosoma X. L’imprinting genomico. Altre tappe di possibile controllo dell'espressione genica negli eucarioti.
10. Elementi trasponibili. Scoperta degli elementi trasponibili. Sequenze di inserzione. Trasposoni Batterici. Elementi trasponibili negli eucarioti. Retrotrasposoni
11. Genetica dei caratteri complessi. Caratteri quantitativi. Ipotesi multi-genica. Modello “soglia”. Studi sui gemelli.
12. Genetica di Popolazioni. Popolazione mendeliana. Frequenze alleliche. Panmissia. Equilibrio di Hardy-Weinberg. Applicazioni della legge. Processi che influenzano le frequenze alleliche e la variabilità genetica. La mutazione. La deriva genetica. La migrazione. La selezione naturale. La fitness. Sovradominanza o vantaggio dell'eterozigote. Incroci non casuali.
13. Applicazione delle tecniche del DNA ricombinante allo studio dei geni e genomi. Ibridazione e sonde molecolari. Polimorfismi molecolari e loro uso per gli studi di linkage. Clonaggi posizionale. Micro-arrays. Analisi mutazioni. DNA fingerprinting.

Attività di laboratorio: tipizzazione di RFLPs mediante PCR-RE. Reazione di PCR per amplificare due diversi polimorfismi a singolo nucleotide. Digestione dei prodotti di PCR con enzimi di restrizione. Elettroforesi su gel di agarosio.

Italian

Mendelian genetics and its extension. Chromosome basis of inheritance. Genetic linkage and recombination. Structural and copy number variations of the chromosomes. Genome organization. Mutations, DNA repair and recombination. Structural and functional definition of the gene. Gene regulation in prokaryotes. Gene regulation in eukaryotes. Transposable elements. Application of recombinant. Application of recombinant DNA of the study of genes and genomes. Complex traits. Principles of Population Genetics.

-Pierce B. A. Genetica. Zanichelli. II edition
-Binelli G e Ghisotti. GENETICA. EdiSES. II edition.
-Griffiths AJF. GENETICA Principi di analisi formale. Zanichelli. VIII edition.
-Russel P. J. Genetica Un approccio molecolare. Pearson. VI edition
Snustad and Simmons. Principi di Genetica. EdiSES. V edition.


Slides of lectures are available in pdf format on the following web site:
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LEARNING OBJECTIVES. The Genetics course aims to provide students with the fundamental knowledge and conceptual tools required to understand the mechanisms of heredity, the structure and function of genetic material, and the molecular basis of biological variation, in accordance with the Dublin Descriptors outlined below.
KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING.
Students will acquire a solid understanding of the principles of classical genetics (Mendelian inheritance, gene interactions, linkage and recombination), molecular genetics (genome organization, DNA variation, and regulation of gene expression), and population genetics, as well as the main techniques used in genetic analysis.
APPLYING KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING. Students will be able to apply the theoretical principles learned to solve numerical problems and construct pedigree charts in order to determine patterns of inheritance for genetic traits, calculate recombination frequencies and build gene maps, and apply the basic equations of population genetics (e.g., Hardy-Weinberg equilibrium) to estimate allele and genotype frequencies.
MAKING JUDGEMENTS. Students will develop the ability to critically analyze genetic and experimental data, distinguishing between different inheritance models or gene regulation mechanisms, and understand the potential of the key methodologies used in genetic and genomic research.
COMMUNICATION SKILLS. Students will be able to use the scientific terminology of genetics accurately and communicate the main theoretical concepts clearly, discussing genetic issues using appropriate scientific language.
LEARNING SKILLS. Students will develop independent learning skills that will enable them to deepen and continuously update their knowledge in the field of genetics, including through the critical reading and evaluation of the relevant scientific literature.

Knowledges by the courses of Biology and Chemical biology

The course includes:
- front desk lectures
-practice to solve exercises of genetic analysis
- laboratory approaches of DNA analysis.

Achievement of the course learning objectives is certified through passing an exam, graded on a scale of thirty (30).
The exam consists of a written test and an oral test, both to be taken during the same exam session, on scheduled dates. Each test is graded on a scale of thirty and is considered passed with a minimum score of 18/30.
The written test, which is a prerequisite for the oral test, consists of a 15-item multiple-choice questionnaire, with a duration of 30 minutes. Only students who have passed the written test with a score of 18/30 are admitted to the oral test. Students who have already passed the mid-term test administered during the course are exempt from the written test.
The oral test has an average duration of 20 minutes and consists of an interview structured as follows: i) general questions, to assess the student's command of fundamental concepts and the breadth of the knowledge acquired; ii) in-depth thematic questions, to verify the student's ability for critical analysis and methodological rigor; iii) interdisciplinary connections, to test the student's ability to link the different topics of the course into an overall view.
The final grade will be expressed on a scale of thirty and calculated as a weighted average of the scores obtained: 50% for the written test and 50% for the oral test.
Grading criteria:
<18 Fail: the student does not demonstrate results consistent with the descriptors of knowledge and understanding, application, judgement, communication, and learning skills.
18–21 Sufficient level: the student meets the basic descriptors relating to knowledge and understanding of the fundamental content and shows an initial ability to apply it in simple contexts.
22–24 Fully sufficient level: the student meets the descriptors of applied knowledge and understanding, showing the ability to correctly apply key concepts and beginning to critically analyze situations relevant to the course topics.
25–26 Good level: the student demonstrates independent judgement in evaluating and comparing relevant scenarios, applies knowledge effectively, and communicates results clearly, reflecting more consolidated competences.
27–29 Very good level: the student meets the descriptors of all five areas at an advanced level, with mastery of the content, the ability to critically evaluate complex cases, and strong communication skills.
30 Excellent level: the student excels in all the Dublin descriptors, demonstrating the ability to learn continuously and creatively, comprehensive knowledge and understanding, confident and critical application of knowledge, and effective communication skills, while achieving an outstanding standard in both the written and oral examinations.
Honours (cum laude) may be awarded when, in addition to the above, the student demonstrates exceptional originality, depth of analysis in the oral discussion, and performance that exceeds expectations.

Attendance is mandatory, with a maximum of 25% of allowed absences
Supporting material:
- slides of lectures are available online in pdf format:
https://uninadue.sharepoint.com/sites/docenti/FLAVIA_CERRATO_059127/SitePages/Home%20Page.aspx
During the course, students will have the opportunity to take a written test, counting toward the final exam grade, based on exercises covering the topics already discussed in the course.
Office hours are held on the days indicated in the course syllabus; additional appointments may be scheduled by email upon request.

1. Mendelian genetics. Mitosis, meiosis and their meaning in genetics - The Mendelian method - Mendel's laws: segregation and independent assortment-Cross-Reincorporation between Mendel's laws, mitosis and meiosis.
2. Extension of the Mendelian analysis. Multiple alleles. Incomplete dominance. Codominance. Interaction between genes and atypical Mendelian relationships. Lethal alleles. Penetrance and expressiveness. Environmental effects. Genotype and phenotype: reaction norm - Concept of calculation of the probabilities and test of 2.
3. The chromosomal bases of inheritance. Chromosomal theory of inherited inheritance - associated with heterochromosomes - Sexual chromosomes - facultative heterochromatization - Genetic and phenotypic determinism of sex - Mendelism in man - Family trees.
4. Gene association and recombination in eukaryotes. Experiments by Morgan and Bridges on association-association and crossing-over-construction of genetic maps. Two point and three point re-cross mapping - Calculation of the distance between two genes and between gene and centromere through the analysis of the tetrads.
5. Variations in the number and structure of chromosomes. Chromosome structure. Karyotype. Centromeres and telomeres. Changes in the structure of chromosomes. Changes in the number of chromosomes.
Genome organization. Packaging of DNA in chromosomes. The nucleosome and histones. Centromeres and telomeres. Heterochromatin and euchromatin. Genome size. Repetitive DNA and gene families.
6. Mutation, DNA repair and recombination. Definitions and classification of mutations. Somatic and germline mutations. Gene mutations. Reversions and suppressions. Dominance and recessivity. Rates of mutations. Mutagenic agents and their mechanism of action. Ames test for the identification of mutagenic substances. Lamark and Darwin hypothesis on the origin of phenotypic variability. Fluctuation test and replication experience. Causes of spontaneous mutations. Main DNA repair mechanisms. Homologous recombination. Holliday model.
7. Gene definition. Garrod and the alkaptonuria. Beadle and Tatum hypothesis” one gene-one enzyme”. The S Hemoglobin. The structural and functional unit of the genome. Collinearity of the gene and protein. The complementation test.
8. Regulation of gene expression in prokaryotes. Operons. Gene regulation in prokaryotes. Genes with constitutive expression and regulated genes. Inducible systems and repressible systems. Positive adjustment and negative adjustment. Jacob and Monod model for the regulation of the lac operon. Regulatory factors acting in trans and elements acting in cis. Catabolite repression. The Trp operon and attenuation.
9. Regulation of gene expression in eukaryotes. Main differences in gene expression between prokaryotic and eukaryotic organisms. Regulation of transcription in eukaryotes. Promoters and enhancers. Basal transcription factors. Transcriptional factors. Organization of chromatin and nucleosome. Role of histone modifications and DNA methylation in transcription control. X-chromosome inactivation. Post-transcriptional control of eukaryotic gene expression. The microRNAs.
10. Transposable elements. Discovery of the transposable elements. Insertion sequences. Bacterial transposons. Transposable elements in eukaryotes. Retrotransposons.
11. Principles of population genetics and quantitative genetics.
12. Allele frequencies. Hardy-Weinberg law. Mutation, migration, natural selection, genetic drift and inbreeding. Quantitative and multifactorial characters.
13. Application of recombinant DNA techniques to the study of genes and genomes. Hybridization and molecular probes. Molecular polymorphisms and their use for linkage studies. Positional cloning. Micro-arrays. Mutations analysis. DNA fingerprinting.

Laboratory activity: RFLP typing by PCR-RE. PCR amplification of polymorphic single nucleotide variants. Digestion with restriction enzymes. Electrophoresis analysis on agarose gel. Genotype frequency determination. Data analysis: check of Hardy Weinberg conditions.