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BIOLOGIA DELLE POPOLAZIONI ED EVOLUZIONISTICA

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POPULATION AND EVOLUTIONARY BIOLOGY

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Anno accademico 2015/2016

Codice dell'attività didattica
SVB0026
Docente
Dott. Piero Cervella
Corso di studi
Scienze Biologiche D.M. 270
Anno
2° anno
Periodo didattico
II semestre
Tipologia
Affine o integrativo
Crediti/Valenza
5
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
Zoology - Molecular Biology and Genetics

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Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

Questo insegnamento ha lo scopo di fornire agli studenti alcune nozioni di base sulla genetica di popolazioni, evidenziando le interazioni tra i processi evolutivi basilari (mutazione, selezione naturale, deriva genetica, inincrocio, ricombinazione, flusso genico) nel modellare la struttura genetica e le traiettorie evolutive delle popolazioni naturali.

Le attività pratiche verranno svolte in laboratorio biomolecolare. Gli studenti dovranno inoltre 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 disponibili on-line.

This course is designed to provide students with a general introduction to population genetics, which examines the interaction of basic evolutionary processes (including mutation, natural selection, genetic drift, inbreeding, recombination, and gene flow) in modeling  the genetic composition and evolutionary trajectories of natural populations.

Laboratory activities will be carried out in a biomolecular laboratory. Students will learn to autonomously collect and organize data related to laboratory activity. They will acquire basic knowledge of data processing with dedicated softwares available on-line.

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Risultati dell'apprendimento attesi

Gli studenti avranno compreso i fondamenti teorici e alcune metodologie pratiche della biologia e genetica delle popolazioni naturali.

 Gli studenti avranno acquisito la capacità di discutere criticamente le varie metodologie di indagine; di applicarle correttamente ai diversi problemi di carattere genetico- popolazionistico, tassonomico ed evolutivo. Nel corso delle attività di laboratorio gli studenti acquisiranno dimestichezza con alcune metodiche e con i principali strumenti e apparecchiature utilizzati in un laboratorio biomolecolare. Avranno inoltre acquisito rudimenti di elaborazione dei dati.

 L’esame delle a volte discordanti ipotesi e teorie elaborate per interpretare e spiegare i processi popolazionistici 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 biology and genetics of natural populations.

 The students will be able to critically discuss the various methods of investigation; to apply them correctly to subjects at the population, taxonomic and evolutionary levels. During the laboratory activities students will become familiar with some basic methods, instrumentation and equipment used in a biomolecular laboratory. They will also acquire basic knowledge of data processing.

 Discussion about the distinct and sometimes conflicting opinions or theories developed to interpret and explain the population 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 32 ore di lezioni frontali e in 14 ore di attività di laboratorio.

Il laboratorio è obbligatorio e consiste nell’ottenimento e nell’analisi di alcuni marcatori genetici in policheti di allevamento (Opryotrocha diadema).

La frequenza ai laboratori e alle attività di esercitazione non può comunque 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 32 hours of frontal lessons (attendance is non-mandatory) and 14 hours of mandatory laboratory work.

During laboratory activity students wiil obtain and analyse some molecular genetic markers in reared polychaetes (Opryotrocha diadema).

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 consiste in una prova scritta, della durata di 1 ora, così articolata:

- 4 domande aperte, scelte fra gli argomenti principali svolti a lezione; a ciascuna risposta sarà attribuito un punteggio tra 0  e 5

- 2 problemi di genetica di popolazioni;  a ciascun problema  sarà attribuito un punteggio tra 0 e 2.5

- relazione scritta sulla attività di laboratorio, valutata tra 0 e 5 punti.

A richiesta dello studente la votazione ottenuta potrà essere migliorata con una prova orale della durata massima di 30 minuti.

The exam consists of a written test, lasting one hour, articulated in:

- 4 open questions; each answer scores 0-5 marks

- 2 problems of population genetics to solve; each problem scores 0-2.5 marks

- a written report on the laboratory activity, scored 0-5 marks.

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

  • La teoria darwiniana incontra la genetica mendeliana. La “Sintesi moderna” (4 ore).
  • Il concetto di popolazione e di “pool genico”. La legge dell’equilibrio genetico di Hardy-Weinberg. Frequenze geniche e genotipiche nelle popolazioni. Popolazioni all’equilibrio di H-W. Eccezioni al principio di H-W (4 ore).
  • La selezione darwiniana. Selezione naturale negli organismi aploidi e diploidi. Equilibri in regimi di codominanza, sovradominanza, sottodominanza. Casi particolari: selezione sessuale, selezione di parentela, epistasi  (4 ore).
  • La deriva genetica. Variazioni stocastiche nelle frequenze alleliche.  Loci multipli e la teoria dello “Shifting balance” di Wright  (4 ore).
  • La teoria neutrale dell’evoluzione molecolare. “Orologi molecolari” (2 ore).
  • Tassi di evoluzione molecolare. Inferenza evolutiva basata su modelli di sostituzione sinonima – non-sinonima (2 ore).
  • Caratteri quantitativi (QTL) ed ereditabilità  (4 ore).
  • I marcatori genetici. Allozimi. Marcatori a singolo locus (microsatelliti, inserzioni di retroelementi, Barcoding). Marcatori multi-locus (RAPD, AFLP, MS-AFLP, TID, RAD, SNPs) (4 ore).
  • La filogenesi molecolare. Metodi di inferenza fenetici, cladistici, massima-verosimiglianza, bayesiani  (4 ore).

Laboratorio

  • Norme di comportamento e di sicurezza in laboratorio. 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).
  • Allestimento di una reazione di AFLP: restrizione enzimatica, ligazione degli adattatori, pre-amplificazione, amplificazione selettiva (4 ore).
  • Preparazione di un gel denaturante di poliacrilammide. Migrazione elettroforetica delle reazioni di AFLP. Colorazione del gel mediante silver-staining (4 ore).
  • Osservazione dei risultati. Analisi dei dati mediante software dedicati  (2 ore).

Lecture Schedule

  • Darwinian theory meets Mendelian genetics. The “Modern synthesis” (4 hours).
  • The population and “genetic pool” concepts. The Hardy–Weinberg principle. Genic and genotypic frequencies in populations. Populations at the H-W equilibrium. Exceptions to the H-W principle (4 hours).
  • Darwinian Selection. Selection in haploid and diploid organisms.  Equilibria with codominace, overdominance, underdominance, mutation. Special cases: sexual selection, kin selection, epistasis (4 hours).
  • Genetic Drift. Stochastic changes in allele frequencies. Multiple loci and Wright's Shifting Balance theory (4 hours).
  • The neutral theory of molecular evolution. Molecular clocks (2 hours).
  • Rates of molecular evolution. Evolutionary inferences based on patterns of synonymous and non-synonymous substitutions (2 hours).
  • Quantitative Traits Loci (QTL) and heritability (4 hours).
  • Molecular genetic markers. Allozymes. Single-locus markers (microsatellites, retroelement insertion polymormphism, Barcoding). Multi-locus markers (RAPD, AFLP, MS-AFLP, TID, RAD, SNPs). Recent advances in molecular methods (4 hours).
  • Molecular phylogeny. Phenetic, cladistic, maximum-likelyhood and bayesian methods of inference (4 hours).

Laboratory  Schedule

  • Rules of conduct and safety in the laboratory. Genomic DNA extraction from a few individuals of O.diadema by means of commercial kits. Observation of DNA by agarose gel electrophoresis (4 hours).
  • Set-up an AFLP reaction: restriction digestion, ligation of adapters, pre-amplification, selective amplification (4 hours).
  • Prepare a denaturing polyacrylamide gel. Electrophoretic migration af AFLP reactions. Detection of bands by silver-staining (4 hours).
Comments on the results obtained. Analysis of data using dedicated softwares (2 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 9781936221172
The material used for the course for the most part is taken from articles published in scientific journals, made available to students. As a reference text

Zimmer & Emlen - Evolution: Making Sense of Life (2013) Roberts and Company Publishers ISBN 9781936221172

is suggested.



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Orario lezioni

GiorniOreAula
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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Ultimo aggiornamento: 20/05/2016 11:05
Location: https://biologia.campusnet.unito.it/robots.html
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