Parte I - Piante modello per le biotecnologie vegetali. Sistemi di espressione transgenica nelle piante. Espressione stabile o transitoria. Transplastomica. Vettori virali. Trasferimento di geni multipli nelle piante.Metodi classici di modificazione genetica delle piante. - Analisi della funzione genica: approcci di genetica diretta e inversa nelle piante. Mutagenesi per inserzione nelle piante. Sovraespressione e silenziamento. Peculiarità dei meccanismi di silenziamento vegetali. Dai mutanti alle piante transgeniche di interesse biotecnologico. Variabilità genetica naturale come fonte di caratteristiche di interesse biotecnologico. TILLING ed ecoTILLING. - La genomica strutturale e funzionale nello studio delle specie vegetali di interesse agronomico - “Genome editing”. Parte II - Metabolismo secondario delle piante. Fenoli, terpenoidi, alcaloidi e altri metaboliti secondari contenenti azoto. Tossine. Attrattori e deterrenti alimentari. Molecole di interesse biotecnologico. Aspetti genetici del metabolismo secondario: ridondanza e sub-funzionalizzazione genica ed enzimatica; evoluzione convergente. Tappe limitanti. - Sostanze di riserva nelle piante: carboidrati, proteine e lipidi. Caratteristiche, biosintesi, meccanismi e siti cellulari di accumulo. Meccanismi di regolazione. Biosintesi di polisaccaridi non-amidacei. Metodi di analisi. I lipidi, le proteine di riserva e le fibre di origine vegetale nella nutrizione umana, nelle tecnologie alimentari e industriali. - Compartimentalizzazione metabolica tissutale, cellulare e subcellulare. Formazione dei metaboloni e channelling metabolico. Traffico vescicolare e secrezione. - Manipolazione della localizzazione cellulare di enzimi, proteine e metaboliti. Ingegneria di vie metaboliche vegetali in organismi eterologhi. Piante come bioreattori. Biotrasformazioni. Basi del “molecular farming” per la produzione di molecole di interesse biotecnologico. - Genomica chimica in biologia vegetale. Chimica “click”. Genomica a singola cellula. Introduzione alla proteomica e alla metabolomica. La spettrometria di massa biologica e le sue applicazioni all’identificazione delle proteine e metaboliti vegetali di interesse biotecnologico. Strumenti bioinformatici nell'analisi proteomica. Analisi proteomica quantitativa; studio delle modifiche post-traduzionali; proteomica di interazione. Discussione sull’analisi proteomica in piante con genomi non sequenziati. Integrazione di dati metabolomici e proteomici nella biologia dei sistemi vegetali.

Materiale didattico fornito tramite E-Learning (articoli, review, slides delle lezioni) - Biotecnologie Sostenibili - Galbiati et al. – EDAGRICOLE - Biotecnologie e Genomica delle Piante - Rao e Leone - Idelson-Gnocchi (acronimo BGP) - Biochemistry and Molecular Biology of Plants, - Buchanan, Gruissem e Jones, 2° ed., Wiley Blackwell