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 ed esercitazioni 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 practical exercises in the 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 farmaceutica

Prerequisites

Basic knowledge of general chemistry, organic chemistry, plant biology and pharmaceutical 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 oral 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

Biotecnologie tradizionali. Influenza dei fattori endogeni ed esogeni. Selezione ed inviduazione di razze chimiche o chemotipi, ibridazione (intraspecifica ed interspecifica), mutazioni, poliploidia (auto e allopoliploidi), manipolazione dei livelli di ploidia mediante colchicina. Riproduzione vegetativa e sessuale. Coltura in vitro di cellule vegetali e tecniche relative. Allestimento di colture in laboratorio: l'espianto, il mezzo di coltura, l'ambiente, i regolatori di crescita (ormoni vegetali naturali e di sintesi). Principali tipi di colture in vitro. Colture di cellule indifferenziate: colture di callo, colture in sospensione o di cellule immobilizzate, coltura di protoplasti. Colture d’organo: coltura di radici, “Hairy roots” , coltura di germogli. Tecniche di propagazione in vitro: Micropropagazione, Organogenesi, Embriogenesi. Conservazione ex situ del germoplasma. Produzione di principi attivi in colture di cellule ed organi; strategie per incrementare la produzione di metabolici secondari in sistemi in vitro. Tecniche di coltura su scala industriale. Biotrasformazioni. Ingegneria genetica e tecnologia del DNA ricombinante. Strategie fondamentali di manipolazione ed analisi del gene: enzimi di restrizione; vettori molecolari per il trasferimento ed il clonaggio del DNA; RNA antisenso. Trasferimento ed integrazione di geni esogeni nelle cellule vegetali: impiego di Agrobatteri, metodi chimico-fisici. Geni reporter (marcatori di selezione positiva o negativa). Principali applicazioni biotecnologiche. Applicazioni biotecnologiche per la produzione di metaboliti secondari in alcune specie vegetali (Artemisia annua, Catharanthus roseus, Panax ginseng, Taxus sp, Camptotheca acuminata, Atropa belladonna, Hypericum perforatum, Aesculus hippocastanum Applicazioni biotecnologiche per il miglioramento degli aspetti nutrizionali. Specie vegetali resistenti a funghi, batteri, virus ed insetti, agli erbicidi, allo stress da salinità, alla maturazione precoce dei frutti.

Course Syllabus

Traditional Biotechnologies. Factors affecting the content and quality of active principles. Selection, hybridization, mutations and polyploidy for genetic improvement of medicinal plants. Vegetative and sexual reproduction. Innovative Biotechnologies: In vitro plant cell, tissue and organ cultures: Culture media. Plant growth regulators. Aseptic culture techniques. Growth chamber. Explant, isolated cells and protoplasts preparation. 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: Transformation techniques: Agrobacterium-mediated transformation systems; Direct gene transfers. Selection systems. Reporter genes. Main applications: Resistance to bacteria, fungi, viruses, insects; resistance to herbicides; transgenic plants as bioreactors for the production of secondary metabolites. The application of biotechnology for the production of secondary metabolites in medicinal plants (Artemisia annua, Catharanthus roseus, Panax ginseng, Taxus sp, Camptotheca acuminata, Atropa belladonna, Hypericum perforatum, Aesculus hippocastanum).