Corso di Bioinformatica Vegetale

Lezione 1 • Dogma Centrale nei Sistemi Vegetali

Traccia la replicazione del DNA, la trascrizione e la traduzione con caratteristiche regolatorie specifiche delle piante. Collega i processi molecolari ai tipi di dati bioinformatici a valle.

Lezione 2 • Organizzazione e Complessità del Genoma Vegetale

Esamina i livelli di ploidia, gli elementi ripetitivi e la variazione delle dimensioni del genoma tra le specie vegetali. Prepara gli studenti alle sfide dell'assemblaggio e dell'annotazione del genoma vegetale.

Lezione 3 • Organismi Modello Chiave delle Piante

Introduce Arabidopsis, riso, mais e pomodoro come sistemi di riferimento per gli studi bioinformatici. Evidenzia le risorse genomiche e i database di comunità per ciascuna specie.

Lezione 1 • Database Biologici e Recupero Dati

Passa in rassegna i principali database genomici vegetali e i metodi di accesso programmatico ai dati. Gli studenti possono recuperare sequenze, annotazioni e dati di espressione in modo efficiente.

Lezione 2 • Riga di Comando Linux per la Bioinformatica

Insegna la navigazione del file system, l'elaborazione del testo e lo scripting di shell, essenziali per i flussi di lavoro bioinformatici. Consente direttamente agli studenti di eseguire pipeline di genomica vegetale sui server.

Lezione 3 • Python e R per Dati Biologici

Introduce lo scripting Python e il calcolo statistico con R per l'analisi e la visualizzazione di dati biologici. Fornisce le basi di programmazione utilizzate in tutte le analisi successive.

Lezione 1 • BLAST e Metodi di Ricerca Euristica

Insegna le varianti di BLAST, la regolazione dei parametri e l'interpretazione dell'output per interrogazioni di sequenze vegetali. Consente l'identificazione rapida di omologhi in ampi database di genomi vegetali.

Lezione 2 • Algoritmi di Allineamento a Coppie

Spiega gli algoritmi di Needleman-Wunsch e Smith-Waterman con le matrici di punteggio. Fornisce le basi algoritmiche per tutte le analisi a valle basate sull'allineamento.

Lezione 3 • Ricerche di Profili e Basate su Domini

Introduce i modelli di Markov nascosti e Pfam per rilevare domini proteici vegetali conservati. Estende la sensibilità della ricerca oltre i metodi a coppie per sequenze divergenti.

Lezione 1 • Tecnologie di Sequenziamento per Genomi Vegetali

Confronta le piattaforme di sequenziamento a letture brevi, lunghe e Hi-C per progetti di genomi vegetali. Informa la selezione della tecnologia in base alla complessità del genoma e agli obiettivi del progetto.

Lezione 2 • Genomica Comparativa e Analisi di Sintenia

Applica MCScan e SynMap per rilevare blocchi sintenici conservati tra genomi vegetali. Rivela relazioni evolutive e supporta studi sulle famiglie geniche.

Lezione 3 • Annotazione Genica Strutturale e Funzionale

Insegna la predizione ab initio, l'annotazione basata su evidenze e l'assegnazione funzionale dei geni vegetali. Produce modelli genici con significato biologico per le analisi a valle.

Lezione 4 • Identificazione e Mascheramento delle Ripetizioni

Affronta l'identificazione degli elementi trasponibili e il mascheramento delle ripetizioni, critici per l'annotazione del genoma vegetale. Le ripetizioni non mascherate causano false predizioni geniche e devono essere gestite per prime.

Lezione 1 • Analisi dell'Espressione Differenziale

Applica DESeq2 e edgeR per identificare cambiamenti di espressione statisticamente significativi tra le condizioni vegetali. I risultati sono normalizzati, filtrati e visualizzati per l'interpretazione biologica.

Lezione 2 • Mappatura delle Letture e Quantificazione

Usa STAR e HISAT2 per l'allineamento consapevole dello splicing e featureCounts o Salmon per la quantificazione. Genera matrici di conteggio che servono come input per l'analisi dell'espressione differenziale.

Lezione 3 • Progettazione Sperimentale per RNA-seq

Tratta la replicazione biologica, la selezione dei tessuti e le strategie di preparazione delle librerie per l'RNA-seq vegetale. Una solida progettazione sperimentale previene fattori confondenti e massimizza la potenza statistica.

Lezione 4 • Arricchimento Funzionale e Analisi dei Pathway

Esegue l'arricchimento dei termini GO e l'analisi dei pathway KEGG su set di geni vegetali differenzialmente espressi. Traduce i risultati statistici in ipotesi biologiche meccanicistiche.

Lezione 1 • Mappatura a Letture Brevi per la Chiamata delle Varianti

Allinea le letture di risequenziamento a genomi vegetali di riferimento usando BWA-MEM e marca i duplicati. Produce file BAM pronti per l'analisi come input per il rilevamento delle varianti.

Lezione 2 • Annotazione delle Varianti e Impatto Funzionale

Annota le varianti con SnpEff e VEP per predire le conseguenze funzionali nei geni vegetali. Collega le varianti di sequenza a potenziali effetti fenotipici e geni candidati.

Lezione 3 • Chiamata di Varianti SNP e Indel

Applica GATK HaplotypeCaller e FreeBayes per rilevare SNP e indel nei genomi vegetali. Il filtraggio delle varianti garantisce chiamate ad alta confidenza per le analisi di popolazione a valle.

Lezione 4 • Struttura e Diversità di Popolazione

Usa PLINK, ADMIXTURE e PCA per caratterizzare la struttura genetica nelle popolazioni vegetali. Rivela la storia della domesticazione, i gruppi di miglioramento genetico e la variazione adattativa.

Lezione 1 • Legame dei Fattori di Trascrizione e Analisi dei Motivi

Identifica i siti di legame dei fattori di trascrizione utilizzando dati DAP-seq e la scoperta de novo di motivi. Collega le proteine regolatorie ai loro geni bersaglio nelle reti geniche vegetali.

Lezione 2 • Accessibilità della Cromatina e ATAC-seq

Elabora dati ATAC-seq per identificare regioni di cromatina aperta ed elementi regolatori nei genomi vegetali. Le mappe della cromatina aperta rivelano promotori ed enhancer attivi che controllano l'espressione genica vegetale.

Lezione 3 • ChIP-seq per Modificazioni Istoniche

Analizza dati ChIP-seq per mappare i marcatori istonici associati agli stati attivi e repressi della cromatina vegetale. I profili delle modificazioni istoniche contestualizzano la regolazione genica e la memoria epigenetica.

Lezione 1 • Orologio Molecolare e Datazione della Divergenza

Stima i tempi di divergenza utilizzando calibrazioni fossili e modelli di orologio molecolare rilassato. Il contesto temporale trasforma le filogenesi in linee temporali evolutive per i lignaggi vegetali.

Lezione 2 • Selezione Positiva ed Evoluzione Molecolare

Rileva i geni sotto selezione positiva utilizzando i rapporti dN/dS e i modelli branch-site. Identifica i geni vegetali che guidano l'adattamento agli stress ambientali e biotici.

Lezione 3 • Identificazione degli Ortologhi e Analisi delle Famiglie Geniche

Usa OrthoFinder per raggruppare le proteine vegetali in ortogruppi e analizzare l'evoluzione delle famiglie geniche. Le assegnazioni degli ortogruppi sono alla base di tutte le analisi comparative e filogenomiche.

Lezione 4 • Ricostruzione dell'Albero Filogenetico

Applica metodi di massima verosimiglianza e bayesiani per ricostruire alberi di specie e geni vegetali. Alberi accurati sono essenziali per interpretare i pattern evolutivi e le origini dei tratti.