Formulário para apresentação de disciplina

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1 Formulário para apresentação de disciplina Sigla da disciplina: LGN5703 Nome da disciplina Citogenética Cytogenetics Citogenética Em qual idioma a disciplina será ministrada?: Português Inglês Programa/Área: Genética e Melhoramento de Plantas Nº da área: Validade inicial (Ano/Semestre): 2017/2 Nº de créditos: 8 Carga horária semanal (horas): Aulas Teóricas: 3 Aulas Práticas, Seminários e Outros: 2 Horas de Estudo: 3 Duração em semanas: 15 Docente(s) responsável(eis): 1. Mateus Mondin Docente USP n.º Docente USP n.º 3. Docente USP n.º Custos reais da disciplina: R$ (Apresentar, se pertinente, orçamento previsto para o exercício, em folha anexa) PROGRAMA OBJETIVOS Apresentar conceitos básicos de Citogenética aplicada ao melhoramento genético de plantas e suas implicações para a genômica, epigenômica, evolução, sistemática, biotecnologia e ecologia, envolvendo: 1) introdução à citogenética geral; 2) introdução à organização genômica e epigenética da cromatina e do cromossomo (sequências de DNA e proteínas cromossômicas - histônicas e não-histônicas); 3) comportamento mitótico e aplicações à biotecnologia; 4) comportamento meiótico e suas implicações para o melhoramento genético; 5) princípios citológicos e moleculares do mapeamento genético; 6) aberrações cromossômicas numéricas e estruturais, mecanismos de origem e consequências; 7) importância das aberrações cromossômicas para a evolução e mapeamento de genes nos cromossomos; 8) Mecanismos de recombinação, comportamento meiótico e mapeamento genético em espécies

2 poliplóides (princípios citogenéticos); 9) sistemas cromossômicos variantes decorrentes de partenogênese ou apomixia. Basic concepts of Cytogenetics applied to plant breeding are presented and their implications to genomics, epigenomics, evolution, systematic, biotechnology and ecology, covering: 1) Introduction to Cytogentics; 2) Introduction to genome organization, chromatin epigenetics and chromosome structure (DNA sequences and chromosomal proteins - histone and non-histone proteins); 3) mitotic behaviour and biotechnology applications; 4) meiotic behavior and applications to plant breeding; 5) Cytological and molecular principles of genetic mapping; 6)Structural and numerical chromosomal alterations, mechanism of origin and consequences; 7) Importance of the chromosomal alterations to evolution and gene mapping into the chromosomes; 8) Recombination mechanisms, meiotic behavior and genetic mapping in polyploid species (cytogenetic principles); 9) variant chromosomal systems from parthenogenesis and apomixis Presentar conceptos básicos de citogenética aplicada al fitomejoramiento y sus implicaciones en genómica, epigenómica, evolución, sistemática, ecología y biotecnología, los cuales implican: 1) Introducción a citogenética general; 2) introducción a la organización genómica y epigenética de la cromatina y del cromosoma (secuencias de ADN y proteínas cromosómicas - histónicas y no histónicas); 3) aplicaciones de comportamiento mitótico a la biotecnología; 4) comportamiento meiótico y sus implicaciones en el mejoramiento genético; 5) principios citológicos y moleculares del mapeamiento genético; 6) aberraciones cromosómicas numéricas y estructurales, mecanismos de origen y consecuencias; 7) importancia de aberraciones cromosómicas en la evolución y en el mapeamiento de genes en los cromosomas; 8) mecanismos de recombinación, comportamiento meiótico y mapeamiento genético en especies poliploides (principios citogenéticos); 9) Sistemas cromosómicos variantes como resultado de partenogénesis o apomixis. JUSTIFICATIVA A correta aplicação dos métodos de seleção de genótipos superiores depende diretamente do entendimento do comportamento dos cromossomos durante os processos de divisão celular - mitose e meiose. Além disso, a citogenética integra o nível molecular (genômica e epigenética) com o nível fenotípico (do indivíduo aos sistemas). A citogenética por si mesma é a expressão fenotípica da organização do genoma e suas indexações epigenéticas. Os mecanismos evolutivos atuam diretamente sobre a organização dos genomas alterando sua estrutura, comportamento e número de genes, com consequências diretas aos fenótipos e portanto, para a manipulação dos germoplasmas. O conhecimento citogenético torna-se uma ferramenta indispensável à Biologia Geral, com aplicações diretas ao Melhoramento Genético, a Biotecnologia, a Conservação e a exploração e prospecção da Biodiversidade das espécies. The correct application of selection approaches for superior genotypes is directly dependent of the chromosome behavior during the process of cell division - mitosis and meiosis. Moreover, cytogenetics is the connection between the molecular level (genomics and epigenetics) and phenotypic level (from individual to biosystems). Cytogenetics by itself is the phenotypic expression of the genome organization and its epigenetic indexing. The evolutionary machinary acts directly in the genome organization promoting changes in the structure, behavior and the number of genes, with direct consequences to phenotype and thus, to germplasm manipulation. The cytogenetic knowledge is an important and indispensable tool for General Biology, with direct applications to Plant Breeding, Biotechnology and Biodiversity conservation, exploration and prospection. La correcta aplicación de métodos de selección de genotipos superiores depende directamente de la comprensión del comportamiento de los cromosomas durante los procesos de división celular - mitosis y meiosis. Además, la citogenética integra el componente molecular (genómico y epigenético) con el componente fenotípico (del individuo a los sistemas). La citogenética es la expresión fenotípica de la organización del genoma y su indexación epigenética. Los mecanismos evolutivos actúan directamente sobre la organización de los genomas alterando su estructura, comportamiento, y número de genes, con consecuencias directas en los fenotipos, y consecuentemente, el manejo de los germoplasmas. El conocimiento citogenético se convierte en una herramienta indispensable en la Biología General, con aplicaciones directas en el Mejoramiento Genético, Biotecnología, Conservación, Exploración y Explotación de la Biodiversidad de especies.s

3 CONTEÚDO/EMENTA - Bases da Citogenética. Aspectos gerais dos cromossomos durante os ciclos mitótico e meiótico, da estrutura da cromatina e da organização molecular dos cromossomos. Introdução aos mecanismos de indexação epigenética. - Comportamento meiótico. Meiose e recombinação, ligação genética e permuta. Mapas genético e citológico. Métodos de mapeamento genético em plantas e animais. Anormalidades meióticas e suas consequências para a fertilidade. - Aberrações cromossômicas estruturais, deficiências, duplicações, inversões e translocações. Origem, efeitos fenotípicos, comportamento meiótico e suas consequências genéticas. Importância para a Evolução, Melhoramento e para o Mapeamento Genético. Segmental Genome Duplication (SGD). - Aberrações cromossômicas numéricas, aneuploidia, autopoliploidia e alopoliploidia. Origens e consequências genéticas. Importância para a Evolução e Melhoramento. Obtenção e utilização de aneuplóides para o mapeamento genético. - Whole Genome Duplication (WGD) e tipos de poliploidia. Poliplóides artificiais. Expressão gênica e silenciamento em polipóides. Alterações da expressão gênica e epigenética como consequência da duplicação dos genomas. - Sistemas reprodutivos variantes, partenogênese, apomixia. Citogenética, Evolução e Biotecnologia. Estudos de casos envolvendo os princípios abordados. Parte Prática: Análise de cromossomos de plantas e animais. Análise do número de quiasmas e anomalias da meiose em milho. Análise de aberrações cromossômicas em plantas. Mapeamento físico de genes ribossomais e sequências repetitivas por Hibridação Molecular In Situ Fluorescente de espécies de interesse dos alunos inscritos. Imunodetecção de proteínas cromossômicas e da metilação do DNA. Introdução a Bioinformática aplicada à Citogenética. - Introduction to Cytogenetics. General overview of chromosomes behavior during cell cycles - mitosis and meiosis, chromatin strcuture and molecular organization of the chromosomes. Introduction to epigenetic indexing mechanism. - Meiotic behavior. Meiosis and recombination, linkage and crossing-over. Genetic and Cytological Maps. Genetic mapping approaches in plant and animals. Meiotic instabilities and their consequences to fertility. - Alterations in chromosome structure - deficiencies/deletions, duplications, inversions and translocations. Origin, phenotypic effects, meiotic behavior and its genetic consequences. Segmental Genome Duplication (SGD) - Alterations in chromosome numbers - aneuploidy, autopolyploidy and allopolyploidy. Origin and genetic consequences. Importance in the evolution and for breeding. Aneuploidy applied to genetic mapping. - Whole Genome Duplication (WGD) and types of poliploidy. Artificial polyploids. Gene expression and silencing in polyploids. Gene expression and epigentic alterations as consequences of genome duplication. - Diversity in reproductive systems, parthenogenesis and apomixis. Cytogenetics, Evolution and Biotechnology. Study of cases covering the main subjects. Practicals: chromosome analysis in plant and animals. Chiasma and meiotic instability analysis in maize. Chromosomal alterations in plants. Physical mapping of ribosomal genes by Fluorescent Molecular in situ Hybridization. Immunodetection of chromosomal proteins and DNA methylation. Introduction to bioinformatic applied to cytogenetics. - Bases de la Citogenética. Aspectos generales de los cromosomas durante los ciclos mitóticos y meióticos de la estructura de la cromatina y organización molecular de cromosomas. Introducción a los mecanismos de indexación epigenéticos. - Comportamiento meiótico. Meiosis y recombinación, ligación genética y permuta. Mapas genéticos y citológicos. Métodos para la cartografía genética en plantas y animales. Anormalidades meióticas y sus consecuencias en la fertilidad. - Aberraciones cromosómicas estructurales, deficiencias, duplicaciones, inversiones y translocaciones.

4 Origen, efectos fenotípicos, el comportamiento meiótico y consecuencias genéticas. Importancia para la evolución, mejora y para el mapeo genético. Segmentaria duplicación del genoma (SGD). -Aberraciones cromosómicas numéricas, aneuploidía, alopoliploidía y autopoliploidía. Orígenes y consecuencias genéticas. Importancia en la Evolución y el Mejoramiento. Obtención y utilización de aneuploides para mapeamiento genético. - Whole Genome Duplication (GTD) y tipos de poliploidía. Poliploides artificiales. Expresión génica y silenciamiento en polipoides. Alteraciones en la expresión génica y epigenética como consecuencia de la duplicación de genomas. - Sistemas reproductivos variantes, partenogénesis, apomixis. Citogenética, evolución y biotecnología. Estudios de casos que involucran los principios abordados. Parte práctica: Análisis de cromosomas en plantas y animales. Análisis de número de quiasmas y deficiencias de la meiosis en maíz. Análisis de aberraciones cromosómicas en plantas. Mapeamienot físico de genes ribosomales y secuencias repetitivas por Hibridación Molecular In Situ Fluorescente en especies interés por parte de los estudiantes inscritos. Inmunodetección de proteínas cromosómicas y metilación de ADN. Introducción a la Bioinformática aplicada a la Citogenética. Bibliografia: ALBERTS, B.; A. JOHNSON; J. LEWIS; M. RAFF; K.ROBERTS & P. WALTER. Molecular Biology of the Cell. London : Garland, 2002 (4ª ed.) APPELS R., MORRIS R., GILL B.S., MAY C.E. Chromosome Biology. Spring-Verlag BASS H.W., BIRCHLER J.A. Plant Cytogenetics: Genome Structure and Chromosome Function (Plant Genetics and Genomics: Crops and Models). Spring-Verlag BURNHAM, C.R. Discussion in Cytogenetics.. 2a ed., Burgerss Publ. Company GUPTA, P.K. ; T. TSUCHIKA (eds). Chromosome Engineering in Plants: Genetics, Breeding and Evolution. Amsterdan : Elsevier, KUSH, G.S. Cytogenetics of Aneuploids. New York : Academic Press SINGH, R. J. Plant Cytogenetics. Boca Raton : CRC Press SWANSON, C.P.; T. MERS e W.J. YOUNG. Cytogenetics. New Jersey : Prentence-Hall SYBENGA, J. Cytogenetics is Plant Breeding. Berlin : Springer-Verlag TURNER, B. Chromatin and gene regulation. Molecular Mechanisms in Epigenetics. Oxford: Blackwell CRITÉRIOS DE AVALIAÇÃO (máximo 160 caracteres) Apresentação de seminário e revisão bibliográfica. Provas teóricas. Análise de exercícios práticos. Seminar presentations and bibliographic review. Theoretical exams. Analysis of practical exercises. Presentación de seminarios y revisión bibliográfica. Pruebas teóricas. Análisis de ejercicios prácticos.

5 Observações: