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Crescita e sviluppo degli organismi vegetali: ruolo dei meristemi come nicchie di cellule staminali. Morfogenesi ed organogenesi. Dallo sviluppo vegetativo a quello riproduttivo. Fattori endogeni ed esogeni coinvolti negli eventi di sviluppo. Basi molecolari delle diverse fasi dello sviluppo. Sistemi modello per la biologia e la biotecnologia.
Competenze specifiche: L'insegnamento concorre agli obiettivi formativi dell'Area delle discipline biologiche di base e morfofunzionali del Corso di Laurea, proponendosi di far acquisire allo studente appropriata comprensione dei processi molecolari, cellulari e morfogenetici che sottendono allo sviluppo delle piante superiori. Si propone inoltre di sviluppare nello studente la capacità di applicare le conoscenze acquisite per elaborare strategie di ricerca ed innovazione biotecnologica attraverso l’uso di tessuti, organi ed organismi vegetali. Competenze trasversali: Acquisizione di capacità critiche e di giudizio attraverso l’analisi di dati di letteratura e casi di studio proposti durante le lezioni e l’apprendimento cooperativo e collaborativo di semplici protocolli e metodiche sperimentali nelle attività di laboratorio.
Unità didattica I : Introduzione ed aspetti generali degli eventi di morfogenesi ed organogenesi. Breve riepilogo delle peculiarità dello sviluppo delle piante superiori: ontogenesi ricorrente e sviluppo indeterminato. Crescita e sviluppo: ruolo dei meristemi come nicchie di cellule staminali. Basi citofisiologiche e molecolari della proliferazione e distensione cellulare. Controllo del destino cellulare e differenziamento cellulare. Ruolo del signalling posizionale. Signalling a breve e lunga distanza. Ruolo dei sistemi modelli per l’integrazione delle conoscenze genetiche e molecolari negli eventi di sviluppo. Unità didattica II: Sviluppo embrionale e post-embrionale Network genetici, circuiti ormonali e processi cellulari coinvolti nello sviluppo dell’embrione e nella morfogenesi ed organogenesi di radice e germoglio (fusto e foglia) nel corso dello sviluppo post-embrionale. Unità didattica III: Dallo sviluppo vegetativo a quello riproduttivo La transizione fiorale: network genetici, circuiti ormonali e processi cellulari coinvolti. Interazioni tra fattori endogeni (ormoni, fattori di crescita, fotorecettori) ed esogeni (luce, fotoperiodo, vernalizzazione) nel controllo della transizione fiorale. Modello ABCDE dello sviluppo del fiore. Lo sviluppo e la maturazione del frutto: network genetici, circuiti ormonali e processi cellulari coinvolti. Unità didattica IV. Plasticità di sviluppo delle piante ed applicazioni biotecnologiche . Plasticità morfogenetica delle piante superiori e ruolo dei fattori ambientali nella modulazione del loro sviluppo. Coinvolgimento dei meccanismi epigenetici nella plasticità di sviluppo delle piante superiori. Specifici esempi di applicazioni biotecnologiche degli organismi vegetali con riferimento alla produzione di fitocomplessi e molecole bioattive d’interesse nutraceutico-salutistico, al potenziamento di tratti d’interesse agroindustriale, alla sostenibilità ambientale.
Le lezioni frontali (per complessivi 5CFU) sono erogate in aula attraverso proiezione di presentazioni power-point, che vengono messe a disposizione degli studenti, e l’utilizzo della lavagna tradizionale. Le lezioni sono integrate con la presentazione e discussione di dati di letteratura e casi di studio correlati all’attività di ricerca del docente. Nel corso delle lezioni frontali verrà stimolata costantemente la partecipazione attiva degli studenti, attraverso quesiti e considerazioni sugli argomenti in svolgimento, al fine di sondarne il livello generale di preparazione e stimolare interesse e domande di approfondimento. Nelle esercitazioni di laboratorio (per complessivi 1CFU) gli studenti, singolarmente o in gruppo, vengono guidati dal docente e dagli eventuali tutor all’utilizzo di tecniche ed all’applicazione di protocolli correlati allo studio di aspetti cellulari e molecolari inerenti la biologia dello sviluppo delle piante, con particolare riferimento ai casi di studio analizzati. Per gli aspetti cellulari gli studenti saranno introdotti all’osservazione guidata al microscopio confocale in vivo (ad esempio esperimenti su campioni che esprimono marcatori fluorescenti - GFP). Sulle esercitazioni di laboratorio gli studenti saranno invitati a presentare una relazione. Nel caso in cui, per motivi di sicurezza sanitaria, le lezioni debbano essere erogate a distanza, le attività didattiche si svolgeranno in modalità sincrona, con eventuali momenti in presenza, attraverso piattaforma ed indicazioni definite a livello di Ateneo; le esercitazioni pratiche in laboratorio saranno sostituite da video-tutorial on-line nelle quali il docente illustrerà i protocolli sperimentali, le attrezzature e i risultati.
Si procederà ad una valutazione continua dell’apprendimento attraverso: - discussione/commenti in aula sugli argomenti in svolgimento cui gli studenti sono chiamati a partecipare, al fine di fare emergere eventuali difficoltà/carenze e monitorare progressivamente il processo di apprendimento. - verifiche in itinere facoltative alla fine di ogni modulo didattico, o a metà dello svolgimento del programma. La verifica consiste in una prova scritta (durata 2 ore) a domande aperte e avrà una votazione in trentesimi per ogni singolo argomento/modulo didattico. Le verifica servirà prioritariamente allo studente per stimare il proprio grado di apprendimento. Nel caso in cui la votazione riportata sia superiore a 20/30, a scelta dello studente, la prova potrà valere come esonero, limitamente agli argomenti/moduli superati che non saranno quindi oggeto di esame finale. In tal caso la votazione ottenuta nelle prove in itinere farà media con il voto ottenuto nella prova finale. L'esame finale si svolgerà in forma orale su motivata esigenza dello studente o del docente potrà svolgersi anche in forma scritta previo debito preavviso. In forma orale, l’esame consiste in un colloquio sugli argomenti trattati nelle diverse unità didattiche e sulle attività di laboratorio. Verranno poste una/due domanda per unità didattica . In forma scritta verranno sottoposte allo studente uno/due argomenti per ogni unità didattica, sotto forma di domanda a risposta aperta e lunghezza prefissata. Nelle risposte gli studenti potranno avvalersi di schematizzazioni grafiche. La durata della prova sarà di 3h. In entrambi i casi, alla valutazione finale concorrono tutte le domande e, ovescelto dallo studente, le verifiche superate. Nell’attribuzione del punteggio espresso in trentesimi, verranno valutate la proprietà del linguaggio scientifico usato, la chiarezza espositiva, il livello di approfondimento delle nozioni acquisite e la capacità di ragionamento e di collegamento tra esse. L’esame è considerato superato se verrà raggiunta una valutazione sufficiente (18/30) in ciascuna unità didattica. La valutazione sarà sufficiente se lo studente ha acquisito i contenuti minimi del programma e li espone in modo semplice ma corretto e con proprietà di linguaggio. Una valutazione eccellente (30/30 e lode) sarà data allo studente che ha conoscenza ampia ed approfondita dei contenuti del programma e dimostra ottime capacità di sintesi e di collegamento tra I diversi argomenti. Nel caso in cui, per motivi di sicurezza sanitaria, gli esami debbano essere erogati a distanza, la prova finale (orale) si svolgerà attraverso piattaforma ed indicazioni definite a livello di Ateneo.
- Altamura, Biondi, Colombo, Guzzo. Elementi di biologia dello sviluppo delle piante. EdiSES, Napoli- Smith, Coupland, Dolan, -Haberd, Jones, Martin, Sablowski, Amey – Biologia delle piante . Zanichelli- Bologna - Pasqua G. Biologia Cellulare e Biotecnologie vegetali – Piccin- Padova - Appunti delle lezioni - Materiale didattico utilizzato dal docente nelle lezioni frontali, che verrà messo a disposizione degli studenti
Nel definire metodologie didattiche e di valutazione ci si avvale dell’opinione di altri docenti di Biologia vegetale dell’Unical, quali Bruno Leonardo, Chiappetta Adriana e Cozza Radiana.
ARGOMENTI Unità didattica I: introduzione ed aspetti generali degli eventi di morfogenesi ed organogenesi Breve riepilogo delle peculiarità dello sviluppo delle piante: ontogenesi ricorrente e sviluppo indeterminato. Crescita e sviluppo: ruolo dei meristemi come nicchie di cellule staminali. Basi citofisiologiche e molecolari della proliferazione e distensione cellulare. Controllo del destino cellulare e differenziamento cellulare. Ruolo del signaling posizionale. Signaling a breve e lunga distanza. Ruolo dei sistemi modelli per l’integrazione delle conoscenze genetiche e molecolari negli eventi di sviluppo. MATERIALE: LEZIONI: 6 ESERCITAZIONI: 12 ARGOMENTI Unità didattica II : Sviluppo embrionale e post-embrionale Processi cellulari, circuiti ormonali e network genetici coinvolti nella morfogenesi ed organogenesi di : embrione, radice e germoglio (fusto e foglia). MATERIALE LEZIONI: 12 ESERCITAZIONI: 4 STUDIO: 26 ARGOMENTI Unità didattica III: Dallo sviluppo vegetativo a quello riproduttivo La transizione fiorale e lo sviluppo del fiore: processi cellulari, circuiti ormonale e network genetici. Interazioni tra fattori endogeni (ormoni, fattori di crescita, fotorecettori) ed esogeni (luce, fotoperiodo, vernalizzazione) nel controllo della transizione fiorale. Lo sviluppo del frutto: processi cellulari, circuiti ormonale e network genetici. MATERIALE LEZIONI: 16 ESERCITAZIONI: 2 LABORATORIO: 2 STUDIO: 34 ARGOMENTI Unità didattica IV. Plasticità di sviluppo delle piante ed applicazioni biotecnologiche . Plasticità morfogenetica della pianta e ruolo dei fattori ambientali nella modulazione dello sviluppo delle piante. Coinvolgimento dei meccanismi epigenetici nella plasticità di sviluppo.Specifici esempi di applicazioni biotecnoliche degli organismi vegetali in relazione a piante d’interesse salutistico, agro-industriale., ambientale. MATERIALE LEZIONI: 6 ESERCITAZIONI: 2 LABORATORIO: 2 STUDIO: 12 TESINE: 4 ESAME: 10
Plant growth and development: role of meristems as stem cell niche. Plant morphogenesis and organogenesis. From vegetative to reproductive phase. Endogenous and exogenous factors involved in plant development. Molecular bases of plant developmental phases. Model system for biological studies and plant biotechnologies implementation.
Knowledge of plant cell structure and metabolism. Knowledge of plant life processes. Basic knowledge of plant development phases
Specific skills The students will achieve proper understanding of the molecular, cellular and morphogenesis-related processes which underlie plant development. As such, the course will contribute to the educational objectives expected by biology degree in the field of morphological and functional disciplines. The course also aims to develop student’s capability to apply the knowledge derived from the study of plant developmental biology for designing research strategies and biotechnological innovation based on the use of plant tissue, organ, organism. Cross-sectional skills Critical thinking and judgement acquired through the analysis of literature data and study cases during the lectures and the collaborative and cooperative work carried out along the laboratory activities.
Ist Unit: Introduction and overall aspects of plant morphogenesis and organogenesis Overview of peculiar features of plant development: indeterminate growth and continuous ontogenesis . Growth and development: role of meristems as stem cell niche. Cyto-physiological and molecular bases of cell proliferation and elongation. Control mechanisms of cell fate and differentiation. Positional signalling. Short- and long-distance signalling. Model system for integrating genetic and molecular knowledge into plant developmental processes. 2nd Unit: Embryogenesis and post-embryonic development Genetic networks, hormone circuitries and cellular processes involved in the embryo development and in the morphogenesis and organogenesis of root and shoot (stem and leaf) during post-embryonic development. 3rd Unit: From vegetative to reproductive development Floral transition: genetic networks hormone circuitries and cellular processes. Interaction between endogenous factors (hormones, growth factors, photoreceptors) and exogenous stimuli (light, photoperiod, vernalization) in controlling floral transition. ABCDE model of flower development. Fruit development and ripening: genetic networks. hormone circuitries and cellular processes. 4th Unit: Plant growth plasticity and biotechnological applicative aspects. Morphogenetic plasticity of higher plants and role of environmental factors in modulating their development. Involvement of epigenetic mechanisms in plant growth plasticity. Specific cases of plant-based biotechnologies with focus on the production of healthy phytocomplexes and bioactive molecules, the enhancement of traits of agro-industrial interest, the environment sustainability
Lectures (5FCU) in the class-room will be handled through powerpoints and by using the blackboard. Lectures will be integrated through the presentation and discussion of literature data and case studies related to teacher’s research activities. During the lectures the teacher will promote the involvement of students through specific questions in order to test the level of knowledge and stimulate follow-up questions. In the practices (1CFU), students will be guided, either individually or as a group, to the use of specific techniques and protocols appropriate to the study of cellular and molecular processes related to plant development, with focus on the analysed case studies. For cellular aspects students will be introduced to the piloted use of confocal microscope in vivo (for example experiments on samples expressing fluorescent markers - GFP). A report on each practice will be required from the students. In case of distance teaching, the lectures will be delivered through e-learning platform according with indications provided by the University. Laboratory activities will be replaced by video tutorial in which the Professor will illustrate the experimental protocols, the equipments and results.
A continuous assessment of the learning level will be performed through: - comments/discussion promoted in the class-room during lectures in order to highlight any learning problems; - intermediate evaluations carried out at the end of each teaching unit or at mid-class: a written test (test duration: 2 h), dealing with open question on the main covered topics, will be proposed to the students. Evaluation (expressed in thirtieths) will be given for each topic/unit. The test will be helpful to the student for a self-evaluation. If obtained marks exceed 20/30, according to student’s choice, the test could have value for the final evaluation and the topics positively evaluated in the intermediate test will not be part of final exam. In such case the marks obtained in the intermediate test will contribute to the average mark of the final exam. The final exam is conducted in oral form; on justified requirement by students or teacher’s demand, the final exam can take place in written form. In oral form, the exam will consist into an interview on the topics covered in lectures and lab activities. It will include one/two question for each teaching unity . In the written form the exam will consist of a test including one/two open question at fixed length for each teaching unit. Students could use schemes and graphs in answering to the questions. The duration of the test is 3 hours. In both forms, all the questions contribute to the final vote, including those proposed in the intermediate tests if passed and accepted by student. In the evaluation of student’s interview/written test it will be considered the correct use of scientific language, the deepness of acquired knowledge, the clarity and authority, the ability of reasoning and linking the different themes. Exam is passed if a sufficient evaluation (18/30) is reported in each teaching units. Sufficient evaluation will be given to students which acquired the minimum contents of the program and exposes them in a simple but correct manner and with correct language. An excellent evaluation (30/30 cum laude) will be given to students which reached a broad, detailed and deep knowledge of the topics developed in the program and exhibits excellent skills of synthesis and connection between the different thematic units. In the event of a health emergency, considering the impossibility to perform exams in classroom, the oral exam will be conducted online using the e-learning platform following the University Guidelines
- Altamura, Biondi, Colombo, Guzzo. Elementi di biologia dello sviluppo delle piante. EdiSES, Napoli - Smith, Coupland, Dolan, Haberd, Jones, Martin, Sablowski, Amey – Biologia delle piante . Zanichelli- Bologna - Pasqua G. Biologia Cellulare e Biotecnologie vegetali – Piccin- Padova - Notes of the course. - Teaching material used by the teacher in the lectures
In defining the methods and criteria for the evaluation of learning, it will be in consideration the opinions of other plant biology teachers of the University of Calabria such as Bruno Leonardo, Chiappetta Adriana and Cozza Radiana