EVOLUZIONE MOLECOLARE
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2015/2016
- Docente
- SILVIA GHIROTTO
- Crediti formativi
- 6
- Percorso
- Biologia evoluzionistica e genetica
- Periodo didattico
- Primo Semestre
- SSD
- BIO/18
Obiettivi formativi
- OBIETTIVI FORMATIVI
L'obiettivo principale del corso consiste nel fornire agli studenti le basi per comprendere e descrivere le dinamiche dei cambiamenti evolutivi a livello molecolare, l'entità e il significato di cambiamenti intra e inter-specifici, le forze che guidano e indirizzano i processi evolutivi, e l'effetto di diversi meccanismi molecolari sull'evoluzione a lungo termine dei genomi, dei geni, e dei loro prodotti. Gli studenti saranno inoltre guidati nella lettura critica di recenti lavori che si occupano dello studio dell' evoluzione molecolare di diversi organismi e nella discussione di alcuni casi-studio.
Le capacità acquisite permetteranno agli studenti di leggere meccanismi biologici e molecolari in chiave evoluzionistica, di comprendere e fare previsioni su quali forze evolutive abbiano giocato un ruolo fondamentale nel plasmare i pattern biologici osservati. Prerequisiti
- Sebbene non siano richieste propedeuticità formali, lo studente deve avere le conoscenze di base di genetica, matematica, biostatistica, e una conoscenza delle nozioni di base della genetica di popolazioni.
Contenuti del corso
- Il corso è strutturato in lezioni teoriche frontali, 48 ore di lezione didattica corrispondente a 6 CFU.
Introduzione. Cos'è l'evoluzione molecolare e che cosa studia.2h
Le molecole di base che costituiscono la vita. Breve ripasso dei concetti di base di genetica. Le differenze tra genotipo e fenotipo, i geni, il codice genetico, i diversi tipi di marcatori molecolari.4h
Evoluzione del genoma. Architettura di base del genoma eucariote e differenze tra le diverse specie. Struttura e funzione dei geni, regolazione dell'espressione genica e modificazioni epigenetiche. Come si originano nuovi geni. Eventi di duplicazione genomica (ipotesi 2R e 3R).4h
Basi di biologia evoluzionistica. Che cos'è l'evoluzione biologica. Teorie pre-Darwiniane. Breve storia biografica di Charles Darwin e il viaggio del Beagle. Com'è nata la teoria dell'evoluzione di Darwin e le sue caratteristiche fondamentali. Evoluzione per variabilità e selezione naturale. Condizioni biologiche per l'azione della selezione naturale e introduzione al concetto di fitness Sintesi moderna. Evidenze dell'evoluzione Darwiniana in diverse discipline, dalla genetica alla biologia molecolare. 4h
I geni nelle popolazioni. Definizione di equilibrio di Hardy Weinberg e popolazione ideale. Quali sono le condizioni biologiche perché le popolazioni rispettino l'equilbrio di Hardy Weinberg. Come si misura questa condizione. Descrizione dei fenomeni popolazionistici che rompono questo equilibrio, con particolare attenzione a
Selezione Naturale. Concetto di fitness e di adattamento all'ambiente. Definizione di coefficiente di selezione e calcolo delle frequenze alleliche attese alla generazione successiva in caso di selezione naturale per diversi modelli di dominanza 6h
Deriva Genetica: Natura stocastica di genetica ed evoluzione. Come cambiano le frequenze alleliche nel tempo per effetto del campionamento. Concetto di dimensione effettiva.4h
Sostituzione Genica. Probabilità di fissazione di un allele in caso di deriva genetica o slezione naturale. Tempo atteso di fissazione di un allele in caso di deriva genetica o selezione naturale. Frequenza di fissazione di nuovi alleli in caso di deriva genetica o selezione naturale. 4h
Dalle popolazioni alle specie: basi di ricostruzioni filogenetiche. Relazioni fra le specie: dalla sistematica alla genetica molecolare. Dati genetici usati per studiare la filogenesi molecolare. Concetto di antenato comune e di sequenze omologhe. Differenze tra paralogia e ortologia. Costruzione di alberi filogenetici.4h
Calcolo della distanza genetica e modelli di sostituzione nucleotidica. Definizione e stima della distanza genetica tra due sequenze. Calcolo della proporzione di siti diversi. Correzione della distanza molecolare per processi che non sono direttamente osservabili. Definizione di modelli di sostituzione nucleotidica e descrizione di alcuni di quelli più usati e dei loro parametri. Descrizione di esempi applicati che dimostrano l'importanza di queste correzioni per un corretto calcolo della distanza molecolare tra sequenze di specie diverse. 6h
Variazione nei tassi di sostituzione nucleotidica. Osservazioni empiriche di variazioni genomiche del tasso di sostituzione. Differenze nel tasso di sostituzione non sinonima e sinonima, differenze nel tasso di sostituzione in regioni codificanti (o funzionali) e in regioni non codificanti (o non funzionali). Definizione di vincolo funzionale. Esempio applicato alla molecola alfaA-cristallina di Spalax ehrenbergi.4h
Selezione positiva o darwiniana. Come si stima la selezione positiva. Il Test di McDonald-Kreitman. Calcolo della significatività del test tramite Chi Quadro. Esempi applicati. Stima di dN/dS con metodi approssimati e di massima likelihood. Confronto di diversi modelli di evoluzione molecolare tramite likelihood ratio test. Esempi applicati. 6g Metodi didattici
- Il corso è strutturato in lezioni teoriche frontali, 48 ore di lezione didattica corrispondente a 6 CFU. Le lezioni si svolgono settimanalmente in aula e l'esposizione avviene mediante l'utilizzo di diapositive su power point e della lavagna classica.
Modalità di verifica dell'apprendimento
- L'obiettivo della prova d'esame consiste nella verifica del livello di comprensione e conoscenza degli argomenti del corso, e della capacità di ragionamento. L'esame consiste in un elaborato scritto con una valutazione espressa in trentesimi. L'elaborato comprende 14 domande vero o falso (0.5 punti a domanda, totale 7 punti), 3 domande a risposta multipla (1.5 punti a domanda, totale 4.5 punti), un esercizio (6.5 punti), 3 domande aperte (5 punti a domanda, totale 15 punti). L'esame si ritiene superato con un minimo di 18 punti.
Testi di riferimento
- Schemi e figure fornite dal docente.
Capitoli provenienti dai seguenti libri di testo:
Fundamentals of Molecular Evolution di Dan Graur e Wen-Hsiung Li, SINAUER
L'evoluzione di Douglas J Futuyma, Zanichelli
Evoluzione, modelli e processi a cura di Marco Ferraguti e Carla Castellacci, PEARSON
