- Oggetto:
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ZOOLOGIA EVOLUTIVA CON LABORATORIO
- Oggetto:
EVOLUTIONARY ZOOLOGY AND LABORATORY
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Anno accademico 2015/2016
- Codice dell'attività didattica
- MFN0427
- Docente
- Dott. Piero Cervella
- Corso di studi
- Scienze Biologiche D.M. 270
- Anno
- 3° anno
- Periodo didattico
- II semestre
- Tipologia
- Affine o integrativo
- Crediti/Valenza
- 8
- SSD dell'attività didattica
- BIO/05 - zoologia
- Modalità di erogazione
- Tradizionale
- Lingua di insegnamento
- Italiano
- Modalità di frequenza
- Lezioni facoltative e esercitazioni obbligatorie
- Tipologia d'esame
- Scritto ed orale
- Prerequisiti
- Zoologia Generale - Biologia Molecolare e Genetica - Anatomia ComparataZoology - Molecular Biology and Genetics - Comparative Anatomy
- Oggetto:
Sommario insegnamento
- Oggetto:
Obiettivi formativi
Finalità dell’insegnamento è di consentire allo studente di comprendere i fondamenti teorici e alcune metodologie pratiche della biologia evoluzionistica.
Gli studenti dovranno essere in grado di discutere criticamente le varie metodologie di indagine e di applicarle correttamente ai diversi problemi di carattere genetico-biomolecolare, popolazionistico, tassonomico ed evolutivo.
Nel corso delle attività pratiche lavoreranno allo stereomicroscopio e in laboratorio biomolecolare. Dovranno acquisire la capacità di raccogliere e organizzare autonomamente i dati relativi alle attività di laboratorio e di interpretare e sintetizzare i risultati ottenuti. Acquisiranno rudimenti di elaborazione dei dati con software bioinformatici e svolgeranno ricerche bibliografiche utilizzando comuni motori di ricerca.
The aim of the course is to enable students to understand the theoretical fundamentals and some useful methodologies of evolutionary biology.
Students will learn to critically discuss the various methods of investigation and to apply them correctly to subjects at the genetic, biomolecular, population, taxonomic and evolutionary levels.
During laboratory activity they will work at the stereomicroscope and in a biomolecular laboratory. They will learn to autonomously collect and organize data related to laboratory activity. The students will acquire basic knowledge of data processing with bioinformatic softwares and of bibliographic search using common-use on-line databases.
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Risultati dell'apprendimento attesi
Gli studenti avranno compreso i fondamenti teorici e alcune metodologie pratiche della biologia evoluzionistica.Gli studenti avranno acquisito la capacità di discutere criticamente le varie metodologie di indagine; di applicarle correttamente ai diversi problemi di carattere genetico-biomolecolare, popolazionistico, tassonomico ed evolutivo. Nel corso delle attività di laboratorio gli studenti acquisiranno dimestichezza con le basilari metodiche e con i principali strumenti e apparecchiature utilizzati in un laboratorio biomolecolare. Avranno inoltre acquisito rudimenti di elaborazione dei dati con software di bioinformatica.
L’esame delle a volte discordanti ipotesi e teorie elaborate per interpretare e spiegare i processi evolutivi aiuterà gli studenti a considerare criticamente gli argomenti affrontati
Si tenterà di stimolare la discussione comune su alcuni argomenti appropriati. La lettura comune di passi di articoli scientifici emblematici aiuterà a sviluppare le abilità comunicative. Ulteriore incentivo verrà dallo svolgimento delle attività di laboratorio in piccoli gruppi (max. 2-3 persone).
Students will be able to understand the theoretical fundamentals and basic practical methodologies of evolutionary biology.
Students will be able to critically discuss the various methods of investigation; to apply them correctly to subjects at the genetic, biomolecular, population, taxonomic and evolutionary levels. During the laboratory activities they will become familiar with the basic methods, instrumentation and equipment used in a biomolecular laboratory. They will also acquire basic knowledge of data processing and bioinformatics softwares.
Discussion about the distinct and sometimes conflicting opinions or theories proposed to interpret and explain the evolutionary processes will help students to critically consider the topics addressed.
Students will be encouraged and stimulated to engage on debates on some appropriate arguments from seminal scientific papers. The class reading of excerpts of emblematic scientific articles will help to develop communication skills. Additional incentive will be the carrying out of laboratory work in small interactive groups (max. 2-3 persons).
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Modalità di insegnamento
L’insegnamento è tenuto in italiano con diapositive e materiale didattico supplementare in inglese. Il libro di testo suggerito è in inglese.
L’insegnamento si articola in 48 ore di lezioni frontali e in 28 ore di attività di laboratorio.
Il laboratorio è obbligatorio e prevede una prima parte di allevamento e di osservazione allo stereomicroscopio di policheti (4 ore).
Nella seconda parte (24 ore) gli studenti frequenteranno il laboratorio biomolecolare, svolgendo praticamente le procedure volte all’ottenimento e alla caratterizzazione di alcuni loci genomici correlati alla funzione riproduttiva nei policheti.
La frequenza ai laboratori e alle attività di esercitazione non può essere inferiore al 70% delle ore previste.
The course will be taught in italian, with slides and supplementary material in english. The suggested textbook is also in english.
The course consists of 48 hours of frontal lessons (attendance is non-mandatory) and 32 hours of mandatory laboratory work.
The first part of the laboratory (4 hours) will consist in rearing polychaete populations and observing them at the stereomicroscope. During the second part (24 hours), some genomic loci related to reproductive functions in polychaetes will be obtained, purified, cloned, sequenced and characterized by simple bioinformatic analyses.
Attendance of laboratory and practical activities cannot be less than 70% of the scheduled hours.
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Modalità di verifica dell'apprendimento
L’esame consisterà in una prova scritta, della durata di 1 ora, nella quale bisognerà rispondere a 5 domande aperte, scelte fra gli argomenti principali svolti a lezione. Ciascuna risposta è valutata 0-5 punti. La votazione massima ottenibile sarà di 25/30.
Ulteriori 5 punti verranno assegnati valutando (con punti da 0 a 5) una relazione scritta sull’attività di laboratorio.
A richiesta dello studente la votazione ottenuta potrà essere migliorata con una prova orale della durata massima di 30 minuti.
The exam will consist of a written test, lasting one hour: students must respond to 5 open questions, chosen among the main topics of the lectures. Each answer is ranked 0-5 marks. The top grade is 25/30.
Additional 5/30 marks (from 0 to 5 ) will be awarded evaluating a written report on the laboratory activity.
At the student's request the final score can be improved by an oral examination lasting up to 30 minutes.
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Programma
Lezioni frontali
- Breve storia del pensiero evoluzionista (6 ore).
- L'evoluzionismo contemporaneo come studio dell'evoluzione dei geni, dei genomi e delle specie (2 ore).
- Evoluzione della biodiversità: diversità e divergenza in ambito micro- e macroevolutivo (4 ore).
- Meccanismi molecolari responsabili della diversità e della divergenza genetica. Dinamiche deterministiche (selezione naturale e sessuale) e stocastiche (deriva genetica, effetto fondatore, effetto collo di bottiglia) (6 ore).
- Metodi di detezione dell’intervento della selezione naturale o della deriva genetica su geni e tratti genomici. Evidenze di selezione naturale a livello molecolare. Esempi di geni sottoposti a selezione naturale e sessuale (6 ore).
- Evoluzione per trasposizione. Ruolo degli elementi genetici mobili nel modellare i genomi e nel modificare l'espressione genica. La disgenesi degli ibridi in Drosophila melanogaster (4 ore).
- Cenni di EvoDevo (4 ore).
- Teoria genetica della selezione naturale: selezione direzionale, stabilizzante, divergente, bilanciante, frequenza-dipendente (4 ore).
- Selezione naturale e adattamento: meccanismi e livelli di selezione. Evoluzione dei caratteri fenotipici. Lo studio dei QTL (4 ore).
- Concetti di specie. Meccanismi di speciazione. Barriere riproduttive pre- e post zigotiche (4 ore).
- Coevoluzione e le interazioni tra specie in evoluzione (4 ore).
Laboratorio
- Norme di comportamento e di sicurezza in laboratorio. Allevamento di Ophryotrocha diadema e di altre specie congeneriche (4 ore).
- Estrazione di DNA genomico da alcuni individui di O.diadema mediante kit commerciali. Osservazione dei risultati ottenuti mediante elettroforesi su gel di agaroso (4 ore).
- Amplificazione mediante PCR di 3 loci correlati con la funzione riproduttiva (4 ore).
- Purificazione su gel di agaroso dei prodotti ottenuti. Allestimento ligazione in vettore plasmidico (4 ore).
- Preparazione delle piastre e dei terreni. Trasformazione di batteri competenti. Piastamento delle trasformazioni (4 ore).
- Screening mediante PCR delle colonie ricombinanti (2 ore).
- Miniprep plasmidiche dei ricombinanti (2 ore).
- Analisi delle sequenze ottenute mediante software di uso comune (utilities NCBI, BLASTX, MEGA6) (4 ore).
Lecture Schedule
- Brief history of evolutionary thought (6 hours).
- Contemporary evolutionism as the study of the evolution of genes, genomes and species (2 hours).
- Evolution of biological diversity: diversity and divergence in the micro- and macroevolutionary meaning (4 hours).
- Molecular mechanisms responsible for the genetic diversity and divergence. Deterministic (natural and sexual selection) and stochastic (genetic drift, founder effect, bottleneck effect) dynamics (6 hours).
- Methods for detecting the intervention of natural selection or genetic drift on genes and genomic variability. Evidences of natural selection at the molecular level. Examples of genes subjected to natural or sexual selection (6 hours).
- Evolution by transposition. The role of mobile genetic elements in shaping genomes and altering gene expression. Hybrid dysgenesis in Drosophila melanogaster (4 hours).
- Outline of EvoDevo (4 hours).
- Genetic theory of natural selection: stabilizing-, directional-, disruptive-, balancing-, frequency-dependent-selection (4 hours).
- Natural selection and adaptation: mechanisms and levels of selection. Evolution of phenotypic traits. Quantitative trait loci (4 hours).
- Species concepts. Mechanisms of speciation. Pre- and postzygotic reproductive barriers (4 hours).
- Coevolution and interactions among species (4 hours).
Laboratory Schedule
- Rules of conduct and safety in the laboratory. Rearing of Ophryotrocha diadema and some other congeneric species (4 hours).
- Genomic DNA extraction from a few individuals of O.diadema by means of commercial kits. Observation of DNA by agarose gel electrophoresis (4 hours).
- PCR amplification of 3 loci related to reproductive functions (4 hours).
- Agarose-gel purification of amplicons. Set-up of ligations in plasmid vector (4 hours).
- Preparation of bacteriological media (broth and Petri dishes). Transformation of competent E.coli strain. Plating of transformants (4 hours).
- Screening by PCR of recombinant colonies (2 hours).
- Plasmid minipreps of recombinants (2 hours).
- Sequence analysis with common-use bioinformatic softwares (NCBI utilities, BLASTX, MEGA6) (4 hours).
Testi consigliati e bibliografia
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Il materiale utilizzato per il corso è tratto per la massima parte da articoli pubblicati su riviste scientifiche, reso disponibile agli studenti.
Come testo di riferimento si consiglia:
Zimmer & Emlen - Evolution: Making Sense of Life (2013) Roberts and Company Publishers ISBN 9781936221172The material used for the course for the most part is taken from articles published in scientific journals, made available to students. As a reference textZimmer & Emlen - Evolution: Making Sense of Life (2013) Roberts and Company Publishers ISBN 9781936221172
is suggested.
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Orario lezioni
Giorni Ore Aula Lezioni: dal 29/02/2016 al 10/06/2016 Nota: Consultare la tabella degli orari pubblicata sull'apposita pagina.
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Note
Curriculum Ecologico Ambientale
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