Obiettivi Formativi

Il corso si propone di fornire allo studente le conoscenze di base delle biotecnologie vegetali e le loro applicazioni, con particolare riferimento alle piante medicinali ed alla produzione di composti bioattivi di interesse farmaceutico.

Learning Goals

The course aims to provide students with basic knowledge of plant cell biotechnologies and their applications, with particular emphasis on medicinal plants and biotechnological strategies for the production of bioactive compounds of pharmaceutical interest.

Metodi didattici

Lezioni frontali, supportate da presentazioni in PowerPoint, e lezioni teorico-pratiche in laboratorio, finalizzate all’acquisizione da parte degli studenti di alcuni protocolli di base per la coltura in vitro di cellule e tessuti vegetali.

Teaching Methods

Frontal lectures, supported by PowerPoint presentations, and theoretical-practical lectures in laboratory aimed at making students familiar with some basic protocols for the in vitro culture of plant cells and tissues.

Prerequisiti

Nozioni di base di chimica generale, chimica organica, biologia vegetale e botanica.

Prerequisites

Basic knowledge of general chemistry, organic chemistry, plant biology and botany.

Verifiche dell'apprendimento

L'esame, in forma orale, tenderà ad accertare le conoscenze acquisite dallo studente nel campo delle biotecnologie vegetali e delle possibili applicazioni nel settore specifico delle piante medicinali. La valutazione della preparazione finale terrà conto dell’impegno dimostrato durante il corso delle lezioni, del grado di preparazione raggiunto, della proprietà di linguaggio in relazione agli argomenti trattati e delle capacità espositive.

Assessment

The exam will enable to verify the level of knowledge and understanding achieved by the student in the field of plant biotechnologies, and the potential applications for the improvement of medicinal plants. The evaluation of the final preparation will take into account the commitment shown during the course of the lessons, the degree of preparation, the properties of language in relation to matters and presentation skills.

Programma del Corso

Introduzione alle Biotecnologie vegetali. Biotecnologie Tradizionali: Fattori che influenzano il contenuto e la qualità dei principi attivi delle piante medicinali. Selezione, ibridazione e mutazioni per il miglioramento genetico delle piante medicinali. Coltura idroponica. Coltura in vitro di cellule, tessuti ed organi vegetali: Preparazione di espianti, cellule singole e protoplasti. Mezzi di coltura. Fitoregolatori di crescita. Sterilizzazione. Camera di crescita. Colture su terreni solidi e liquidi. Caratteristiche delle colture di cellule vegetali. Propagazione in vitro delle piante: Micropropagazione, Organogenesi, Embriogenesi somatica. Colture aploidi. Coltura di protoplasti ed ibridazione somatica. Crioconservazione. Produzione di metaboliti secondari da colture di cellule e di organi. Strategie per incrementare la produzione di metaboliti secondari in sistemi in vitro. Tecniche di coltura su scala industriale: Bioreattori; Colture cellulari immobilizzate. Biotrasformazioni. Ingegneria genetica: Tecnologia del DNA ricombinante. Metodi di trasformazione genetica delle cellule vegetali: Sistemi di trasformazione mediati da Agrobacterium e da virus; Metodi chimico-fisici. RNA silencing. Sistemi di selezione. Geni reporter. Principali applicazioni: Resistenza a batteri, funghi, virus ed insetti, agli erbicidi, allo stress da salinità, alla maturazione precoce dei frutti; Miglioramento delle caratteristiche nutrizionali. Piante transgeniche come bioreattori per la produzione di proteine eterologhe. Piante medicinali transgeniche e loro produzione di metaboliti secondari.

Course Syllabus

Plant Biotechnologies: Introduction. Traditional Biotechnologies: Selection, hybridization, and mutations for genetic improvement of medicinal plants. Plant culture in hydroponics. In vitro plant cell, tissue and organ cultures: Explant, isolated cells and protoplasts preparation. Culture media. Plant growth regulators. Aseptic culture techniques. Growth chamber. Cultures in solid and liquid medium. Characteristics of plant cell cultures. In vitro propagation: Micropropagation, Organogenesis, Somatic embryogenesis. Haploid cultures. Protoplast culture and somatic hybridization. Cryoconservation. Production of secondary metabolites from plant cell cultures. Strategies for the improvement of secondary metabolites production by in vitro systems. Large-scale plant cell culture: Bioreactors, Immobilized cell systems. Biotransformations. Genetic engineering of plant cells. The recombinant DNA technology. Transformation techniques: Agrobacterium- and virus-mediated transformation systems; Direct gene transfers. RNA silencing. Selection systems. Reporter genes. Applications of transgenic plants: Resistance to bacteria, fungi, viruses, insects, herbicides, salt stress, and early maturation of fruits; Improved nutritional quality. Transgenic plants as bioreactors for the production of heterologous proteins. Medicinal transgenic plants and their production of secondary metabolites.