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Oggetto:
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Interazioni tra piante, microrganismi e ambiente

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Interactions among Plants, Microorganisms and the Environment

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Anno accademico 2023/2024

Codice attività didattica
MFN1202
Docenti
Silvia Perotto
Valentina Fiorilli
Corso di studio
[f008-c508] LM in Biologia dell'Ambiente (Classe LM-06)
Anno
2° anno
Periodo
I semestre
Tipologia
Caratterizzante
Crediti/Valenza
7
SSD attività didattica
BIO/01 - botanica generale
Erogazione
Tradizionale
Lingua
Italiano
Frequenza
Facoltativa
Tipologia esame
Scritto ed orale
Prerequisiti

Conoscenza delle caratteristiche generali degli organismi viventi, in particolare procarioti, funghi e organismi vegetali, dell'organizzazione delle molecole biologiche, principi di microscopia.
Conoscenza dell'organizzazione generale delle cellule e dei tessuti vegetali.
Conoscenze di base del metabolismo degli organismi viventi e delle piante.
Nozioni elementari di biologia molecolare.

Knowledge of the general characteristics of living organisms, especially
prokaryotes, fungi and plants, including the organization of biological
molecules, the principles of microscopy.
Knowledge of the general organization of cells and plant tissues.
Basic knowledge of the metabolism of living organisms and plants.
Basics of Molecular Biology
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Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

Il corso si inserisce negli obiettivi generali del corso di laurea magistrale e si propone di fornire agli studenti una panoramica delle principali associazioni piante-microorganismi, che saranno analizzate dal punto di vista evolutivo, ecologico, anatomico, cellulare e molecolare. Alla fine del corso lo studente dovrebbe avere appreso le nozioni e le metodologie per identificare
i) la pianta come nicchia specializzata di comunità microbiche;
ii) le simbiosi e il loro significato ecologico e applicativo, anche in un'ottica di biosostenibilità, e
iii) alcuni dei meccanismi e dei fattori ambientali che influenzano le risposte delle piante a microrganismi benefici e antagonisti. Le lezioni illustreranno delle tecniche “omics” applicate allo studio della biodiversità microbica.

The course aims to provide students with an overview of the main associations between microorganisms and plants, which will be analyzed from the evolutionary, ecological, anatomical, cellular and molecular perspectives.
At the end of the course the student should have learned the concepts and methodologies to identify:
i) the plant as a specialized niche of microbial communities;
ii) the symbiosis and their ecological significance and application, also in terms of biosustainability, and
iii) some of the mechanisms and environmental factors that influence plant responses to beneficial and non beneficial microorganisms.
Lectures will also describe some "omics" approaches to the study of the microbiome.

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Risultati dell'apprendimento attesi

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE
Al termine del corso lo studente dovrà dimostrare di avere compreso la diversità  delle interazioni pianta-microrganismi per quanto riguarda la natura dei partner, lo sviluppo e la morfologia dell'associazione, gli scambi metabolici, i meccanismi di interazione e il significato ecologico e/o applicativo, in condizioni naturali e alterate.

CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE
Attraverso esercitazioni di laboratorio facoltative, lo studente avrà modo di osservare e intervenire direttamente su alcuni sistemi sperimentali.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO
Attraverso la lettura critica e l'esposizione di articoli scientifici, lo studente dovrà dimostrare di aver acquisito capacità nella valutazione, interpretazione e rielaborazione di dati di letteratura

ABILITÀ COMUNICATIVE
Attraverso la presentazione in pubblico, individualmente o in gruppo, dei risultati di una elaborazione su articoli scientifici recenti, lo studente dovrà dimostrare di saper organizzare un discorso in modo chiaro e sintetico, supportandolo con strumenti informatici.

CAPACITA’ DI APPRENDERE
Le conoscenze acquisite rappresentano uno strumento per ulteriori approfondimenti metodologici e di conoscenza sulle interazioni piante-microrganismi e la loro rilevanza negli ambienti naturali e antropici.



KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING
The student should acquire knowledge on the diversity of plant-microbe
interactions in natural and altered conditions.

APPLYING KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING
Through laboratory practicals, the student has the opportunity to observe
and directly manipulate some experimental systems

JUDGEMENT
Evaluation, interpretation and revision of literature data.

COMMUNICATION SKILLS
The student presents to an audience, individually or in groups, a review
of recent scientific articles.

LEARNING ABILITY
The acquired knowledge represents a tool for further methodological and knowledge studies on plant-microbe interactions and their importance in natural and anthropic environments.

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Programma

Introduzione generale. (6h)

Le interazioni nel mondo del vivente e la loro rilevanza sui servizi ecosistemici

Le simbiosi come caso specifico di interazione: definizioni, funzioni acquisite, significato ecologico ed evolutivo. Ruolo delle simbiosi trofiche nei cicli biogeochimici.

Studio delle interazioni tra piante e microrganismi: dal rapporto a due al microbiota. Il contributo dei progetti di sequenziamento.


Le simbiosi azotofissatrici. (16h)

Inquadramento generale e basi biochimiche e dell’azotofissazione. Descrizione delle più importanti associazioni azotofissatrici illustrando per ciascuna di esse le tappe di formazione, il livello di integrazione cellulare, le interazioni metaboliche e gli aspetti ecologici.
- Noduli radicali delle leguminose: organismi coinvolti e caratteristiche generali della simbiosi.

Segnali molecolari nella fase extraradicale. Processo di organogenesi e colonizzazione della pianta ospite. Azotofissazione e scambi metabolici.
- Attinorize: organismi coinvolti e caratteristiche generali della simbiosi. Confronto con la simbiosi nelle leguminose
- Associazioni piante - cianobatteri. Organismi coinvolti e caratteristiche generali della simbiosi. Confronto con la simbiosi nelle leguminose.

Interazioni tra funghi e organismi vegetali. (24h)

Descrizione delle più importanti associazioni tra organismi fotosintetici e funghi, illustrando per ciascuna di esse gli organismi coinvolti e le caratteristiche generali della simbiosi, le tappe di formazione e i meccanismi di segnalazione, il livello di integrazione cellulare, le interazioni metaboliche e gli aspetti ecologici e applicativi.

- La simbiosi lichenica: i licheni nel monitoraggio ambientale

- Gli endofiti fungini: endofiti nella resistenza a stress
La simbiosi micorrizica: caratteristiche generali e descrizione in dettaglio delle diverse tipologie di micorrize. Ectomicorrize ed ectoendomicorrize, aspetti ecologici del wood-wide-web. Endomicorrize: micorrize arbuscolari, delle Orchidee, delle Ericales. Interazione tra funghi micorrizici e batteri nel suolo e nella rizosfera. Applicazioni in agricoltura e nel recupero ambientale.

Attività di laboratorio: 10 ore (Morfologia e Biologia molecolare)

Microbiota vegetale e Global Change. (8h)

Concetto di microbiota e microbioma. Importanza delle interazioni con le comunità microbiche: dalla salute umana all'ecologia vegetale. Moderne metodologie per studiare la diversità tassonomica e funzionale delle comunità batteriche e fungine che interagiscono con le piante.

Ruolo del microbiota nelle interazioni tra piante e ambiente in condizioni di stress ambientale.

Dinamiche del microbiota e delle interazioni con la pianta ospite nell’ottica del global change

Lettura, presentazione e discussione di dati di letteratura

General introduction. (6h)

Biological interactions among living beings and their relevance to ecosystem services.

Symbioses as a specific case of interactions: definitions, acquired functions, ecological and evolutionary significance. Role of trophic symbioses in biogeochemical cycles.

Study of interactions between plants and microorganisms: from the pairwise relationship to the microbiota. The contribution of sequencing projects.

Nitrogen-fixing symbioses. (16h)

General background and biochemical and nitrogen-fixing bases.

Description of the most important nitrogen-fixing associations illustrating for each the stages of formation, level of cellular integration, metabolic interactions, and ecological aspects.

- Legumes root nodules: organisms involved and general characteristics of symbiosis.

Molecular signals in the extraradical phase. Organogenesis process and colonization of the host plant. Nitrogen fixation and metabolic exchanges.

- Actinorhiza: organisms involved and general characteristics of symbiosis. Comparison with symbiosis in leguminous plants.

- Plant-cyanobacteria associations. Organisms involved and general characteristics of symbiosis. Comparison with symbiosis in leguminous plants.

Interactions between fungi and plant organisms. (24h)

Description of the most important associations between photosynthetic organisms and fungi, explaining for each the organisms involved and general characteristics of symbiosis, stages of formation and signaling mechanisms, level of cellular integration, metabolic interactions, and ecological and application aspects.

- Symbiosis in lichens: lichens in environmental monitoring

- Fungal endophytes: endophytes in stress resistance

- Mycorrhizal symbiosis: general characteristics and detailed description of different types of mycorrhizae. Ectomycorrhizae and ectoendomycorrhizae, ecological aspects of wood-wide-web. Endomycorrhizae: arbuscular mycorrhizae, of Orchids, Ericales. Interaction between mycorrhizal fungi and bacteria in the soil and rhizosphere. Applications in agriculture and environmental restoration.

Laboratory activities: 10 hours (Morphology and Molecular Biology).

Plant Microbiota and Global Change. (8h)

Concept of microbiota and microbiome. Importance of interactions with microbial communities: from human health to plant ecology. Modern methodologies to study taxonomic and functional diversity of bacterial and fungal communities interacting with plants.

Role of the microbiota in plant-environment interactions under conditions of environmental stress.

Dynamics of the microbiota and host-plant interactions from the perspective of global change.

Reading, presentation, and discussion of literature data

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Modalità di insegnamento

Questo insegnamento prevede lezioni frontali e seminari, cui si aggiungono attività di laboratorio e la presentazione di una revisione scientifica da parte degli studenti.

Tutte le lezioni si terranno in presenza.

The course includes in-class lectures and seminars and a laboratory experience. Students will also present a review of scientific papers.

All lessons will be delivered in presence.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

L’apprendimento viene verificato attraverso una prova scritta e un colloquio orale.
PROVA SCRITTA - La prova scritta è costituito da 10 domande (principalmente domande a risposta aperta, con riconoscimento di schemi e immagini). Le domande  intendono valutare le conoscenze acquisite sugli argomenti sul modulo 1, che tratta delle interazioni mutualistiche. Il tempo a disposizione è di circa 90 minuti. Il voto finale è espresso in 30esimi.

COLLOQUIO ORALE -Il colloquio orale consiste in una discussione sulle risposte date dallo studente nella prova scritta, e in 1-2 domande sugli argomenti trattati nel modulo 2 sulle interazioni piante-antagonisti e piante-ambiente. Oltre alle conoscenze specifiche sul secondo modulo, il colloquio intende valutare la capacità di ragionamento e il livello di approfondimento della materia. Il voto finale tiene conto della valutazione della prova scritta e del colloquio orale.

Verification of learning is carried out through a written test and an oral discussion.

WRITTEN TEST. The written test consists of about 10 questions (mainly open questios, that may include description of schemes and images). These questions aim to verify knowledhe and understanding on the topics of the first module on mutualistic interactions. Duration of the written test is about 90 minutes and may take place on the Moodle platform.

ORAL DISCUSSION. The answers provided by the student in the written test will be discussed in a colloquium. The oral part will focus on the interactions between plant and antagonists and between plant and the environment (module 2). The final score will take into account the evaluation of the written test and of the oral discussion. The final mark is expressed on a scale of 30.

Testi consigliati e bibliografia

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Non essendoci testi specifici, il materiale per la preparazione dell'esame sarà caricato sulla piattaforma Moodle.

As there are no specific textbooks, the material for the exam will be loaded on the Moodle platform



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Orario lezioniV

Nota: Consultare la tabella degli orari pubblicata sull'apposita pagina.

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    Ultimo aggiornamento: 09/10/2023 19:20
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