Genetica

Genetica

04/10/2021

La genetica è la disciplina che studia l’ereditarietà dei caratteri, in generale questa disciplina è molto giovane (la data di nascita si fa risalire ai primi studi di Mendel 1860s).

All’inizio il povero Mendel viene molto criticato perché le sue teorie funzionano solo per caratteristiche che variano in maniera dicotomica. cioè nei.

Verso il 1920 si capisce che i geni hanno una precisa localizzazione (cromosomi) a questo punto si inizia con gli studi sull’ereditarietà fino ad arrivare nel 1950 a scoprire la struttura del DNA (Watson e Crick).

Negli ultimi anni si sono sviluppati meccanismi per sequenziare genomi a sempre un più basso costo.

Le branche della genetica

La genetica ha quattro branche principali:

• Genetica della trasmissione,
• Genetica molecolare (come sono organizzati i geni),
• Genetica di popolazione,
• Genomica (contenuto, evoluzione e funzione del genoma).

Tutti gli studi della genetica sono fatti su organismi modello per via delle loro caratteristiche peculiari:

• Alto numero di progenie,
• Brevi tempi generazionali,
• Bassi costi,
• Spazi limitati per l’allevamento.

Esempi: Escherichia coli, Saccharomyces cerevisiae, Drosofila, Arabidopsis taliana, Mus musculus, Caenorhabditis elegans, Homo sapiens.

Le biotecnologie

Le biotecnologie si basano su principi genetici per integrare le specie naturali nei processi industriali, singenici o transgenici. uno degli aspetti più controversi è la produzione di OGM.

Esempi. Vantaggi e svantaggi, (l’insulina).

• Il primo farmaco approvato è il Humulin per curare il diabete, questo farmaco serve per curare il diabete di tipo 1. Prima della sintesi il farmaco veniva estratto dal pancreas di suini e bovini.
• Per la prima volta sono stati ingegnerizzati gli zebrafish che codificano per una proteina fluorescente (uso condannato dalla comunità scientifica).
• Le piante modificate possono produrre vitamine o sostanze resistenti ai patogeni.

Oggi in tutta Europa è bandita la produzione la commercializzazione di organismi OGM, (esempio della vacca ogm che non può prendere la mastite) pag. 1.

06/10/2021

Tutte le cellule dell’organismo hanno tutta l’informazione genetica in grado di specificare tutti l’organismo (eccetto globuli rossi e le cellule del fegato).

La prova è il primo organismo clonato (Dolly) questo primo organismo era sano alla nascita e è arrivato fino in età adulta (anche se dopo invecchiava più velocemente).

Il genoma è l’insieme del materiale ereditario che caratterizza ciascun organismo.

Il materiale genetico è contenuto:

• Nei procarioti in un unico cerchio di DNA senza un nucleo,
• Negli eucarioti ci sono diverse molecole di DNA lineare concentrate e impacchettate nel nucleo (alcuni eucarioti hanno un contenuto aploide altri, più complessi e la maggior parte sono diploidi (soprattutto nel mondo vegetale gli eucarioti possono essere esaploidi, x-ploidi mannaggia (fragole commerciali) sono ottoploidi, banane tripoidi).

Due cromosomi si dicono omologhi se hanno gli stessi gene e nello stesso punto (autosomici).

Una molecola di DNA a doppia elica è un cromatidio, dopo la replicazione abbiamo un cromosoma dicromatidico, i prodotti della replicazione sono identici per sequenza e uniti dal centromero.

All’interno delle cellule eucarioti ci sono DNA fuori dal nucleo come, ad esempio, i DNA mitocondriali o i genomi circolari dei cloroplasti.

Il genoma, quindi, è l’insieme del materiale ereditario costituito da due o più cromosomi tipici di un organismo (le dimensioni dei genomi variano molto: virus decine di micron, batteri circa un millimetro, cromosomi umani sono di 2m sticazzi).

Replicazione e divisione cellulare

Per replicare il DNA ci sono gli appunti della Reddi:

• Si parla di scissione binaria nei procarioti.
• Nei lieviti c’è gemmazione quando la divisione è asimmetrica a livello del citoplasma.
• Nei procarioti la divisione dell’anello coincide un una introflessione della membrana e la divisione del citoplasma.

Negli eucarioti ci sono meiosi e mitosi:

• La mitosi è la divisione asessuata e avviene negli organismi unicellulari e nelle cellule somatiche degli organismi pluricellulari.
• La meiosi produce cellule con la metà corredo cromosomico materno e metà paterno durante la fecondazione si ricostruisce la situazione diploide (caratterizzata da 2 divisioni successive separate da un’interfase senza replicazione del DNA).

Quando i cromosomi sono poliploidi ci sono più combinazioni e quindi modi diversi di separazione che sono generalmente equiprobabili (quindi con 2n = 4 si hanno 4 diverse possibilità) questo processo prende il nome di assortimento casuale degli omologhi durante la meiosi (con 23 coppie si hanno 8 milioni di possibilità). pag. 2

Oltre all’assortimento casuale c’è la ricombinazione, questo meccanismo ci garantisce un aumento della variabilità che quindi è un vantaggio a livello ambientale.

08/10/2021

La meiosi si divide in tre modelli:

• Gametica, la meiosi animale più nota dove solo i gameti sono aploidi.
• Sporofitica, nelle felci metà della vita è aploide con una struttura intermedia capace di foto sintetizzare.
• Zigotica, tipico dei lieviti e delle muffe, passano la maggior parte della loro vita allo stadio aploide e sono diploidi soltanto nella riproduzione (quindi non hanno sesso).

Relazione che esiste tra geni e organismo

A seconda del carattere il fenotipo viene condizionato in misura diversa dai geni e dall’ambiente (la capacità di produrre pigmento è solo genetica mentre nei fenicotteri, ad esempio, prendono il colore rosa solo perché mangiano dei gamberi (nel gatto siamese una mutazione è dipendente dall’ambiente specialmente dalla temperatura del corpo quindi le zone più calde sono bianche mentre le più fredde sono scure).

La costituzione genetica di un organismo viene detta genotipo mentre il fenotipo sono le caratteristiche visibili determinate dall’interazione tra genotipo e ambiente.

Principi dell’ereditarietà

L’uomo ha cercato sempre di ottenere le caratteristiche che più gli piacevano dal un mondo naturale facendo selezioni artificiali senza sapere bene cosa stava facendo (metodo molto utilitaristico).

Mendel riesce a comprendere attraverso il metodo scientifico che i caratteri sono ereditabili grazie anche alla statistica. Prende la pianta di pisello con varietà facilmente identificabile, tempo di generazione brave, progenie numerosa, possibilità di programmare gli incroci (puoi prelevare il polline da un fiore per fecondare un oocita di un’altra).

I caratteri alternativi sono cose come la forma del seme, il colore del seme, colore del fiore, forma del baccello… tutti caratteri dicotomici.

Prima di iniziare gli esperimenti Mendel creò linee pure così da stabilizzare li carattere fisso dopodiché passò all’esperimento vero e proprio quindi incrociò la piante con le due linee pure “opposte” così da vedere i risultati nella prole.

(P)= parentale (F1)= prima generazione (F2)= seconda generazione.

Negli esperimenti la F1 aveva sempre un fenotipo del genitore che prevarica quello dell’altro.

Nella F2 il fenotipo recessivo si presentava in 1 a 4 indipendentemente dai due sessi (incrocio reciproco). Da qui definì il termine dominante e recessivo.

Mendel quindi ipotizzò che dovevano esserci dei fattori presenti in coppie che nelle linee erano identici. pag. 3

Introduce il concetto di dominanza e recessività. Alla gametogenesi i fattori si dividono in modo casuale e si genera una progenie con i rapporti fenotipici che abbiamo osservato.

Gli individui omozigoti portano una coppia di alleli identici: dominante AA invece il recessivo è aa (anche se la terminologia non è universale) gli individui eterozigoti sono individui che portano alleli distinti (ibridi) quindi in totale possiamo avere AA, aa, Aa, aA.

Quindi secondo le leggi di Mendel posso prevedere i caratteri dei singoli incroci con lo schema apposito (quadrato di Punnett).

Si può determinare il genotipo se il fenotipo è dominante? Si può fare con un reincrocio o test-cross, un incrocio con un omozigote recessivo quindi alla fine avrò 50% e 50% se il genitore era davvero eterozigote.

Negli anni 90 si è spiegato il perché di molte varianti dicotomiche che aveva considerato Mendel (es i piselli sono composti da amido che si forma per effetto di un enzima che nel seme liscio è attivo mentre nel seme rugoso l’enzima non funziona e questo fa sì che si disidrati. Nel 2000 hanno capito il motivo dei fiori rosa e bianchi creando dei transgenici con fiori bianche un po’ colorati grazie alla fucilazione con oro e geni funzionante).

11/10/2021

• Genotipo = costituzione genetica di un organismo.
• Fenotipo = viene determinato dall’interazione genotipo ambiente.
• Aploide = situazione cromosomica con un solo cromosoma (tipico degli eucarioti semplici) poliploidi).
• Diploide = due copie per ciascun cromosoma.
• Locus = il sito specifico in un cromosoma in cui è localizzato un gene.
• Gene = regione del genoma che specifica per una particolare proteina e viene riconosciuta dalle varianti alleliche.
• Allele = una, due o più varianti per un singolo gene distinguibili per il loro fenotipo.
• Omozigote = due varianti alleliche identiche.
• Eterozigote = due varianti alleliche diverse.

Regola del prodotto, la probabilità che due eventi indipendenti si verifichino è data dal prodotto delle probabilità dei singoli eventi.

Regola della somma, la probabilità che si verifichino 2 eventi che si escludono a vicenda è data dalla somma delle loro singole probabilità.

In un incrocio diibrido si considerano due caratteri provenienti da 2 linee pure, la F1 ovviamente si avranno solo i caratteri dominanti per la F2 i fa una griglia più grande e le proporzioni di un quarto, un quarto, un quarto e un quarto.

Quindi significa che la trasmissione di caratteri è indipendente una dall’altra (durante la formazione di gameti la segregazione di una coppia di alleli è indipendente da quella di altre coppie) ovviamente i geni che andiamo a considerare devono essere presenti in cromosomi diversi.

13/10/2021

pag. 4

Nel 1902 venne proposta la teoria cromosomica della eredità (Sutton e Boveri) e dice sostanzialmente che i geni sono localizzati sui cromosomi. Si è capito grazie all’analogia tra meiosi e la gametogenesi (alleli in coppie e cromosomi in coppie, sia alleli che cromosomi segregano in meiosi, segregazione indipendente nei cromosomi omologhi).

Le prove a favore di questa teoria: in alcune specie una variazione del numero di cromosomi determina il sesso dell’individuo.

Drosofila e Morgan

Drosofila e Morgan (insetto dotato di dimorfismo sessuale).

Morgan isola un maschio con l’occhio bianco e inizia a fare degli incroci con femmine dall’occhio rosso. Si ottiene F1 con occhio rosso, accoppia individui fra loro e ricompare in proporzione ¼ l’occhio bianco ma la cosa strana è che non ci sono femmine a occhio bianco. Quindi dopo altri esperimenti incrocia una femmina occhi bianchi con un maschio occhi rossi e tutti i figli maschi hanno occhi bianchi (eredità crociata).

Quindi dopo molti esperimenti Morgan capisce che il gene che condiziona il carattere “colore dell’occhio” è presente sull’X e quindi nei maschi eterozigoti veniva lasciato libero di esprimersi.

A X e Y non si applica il termine omozigoti perché il maschio in mancanza del gene omologo sull’Y manifesta immediatamente il gene che c’è sull’X. I cromosomi sessuali si dicono quindi emizigoti (il genotipo determina direttamente il fenotipo).

In molti animali il sesso eterogametico è quello femminile al contrario dell’uomo (lepidotteri, uccelli e serpenti che non sono temperatura dipendenti)???????

Il signor Bridge studente non laureato inizia a studiare la drosofila, vuole capire perché non c’è eredità crociata, studia la progenie eccezionale e dimostra che questa progenie è legata al numero super di cromosomi (guarda le slide e soprattutto il libro).

Morgan essendo un inglese ha dei problemi con le cose normali e quindi indica le mutazioni con una lettera secondo il fenotipo e un – se invece una mutazione è dominante si indica con la lettera e un + ??????? guarda la slide ????????

Determinazione del sesso nei vari organismi

Determinazione del sesso nei vari organismi: in alcuni organismi sono importanti le condizioni ambientali in altri sono importanti i geni. Nella determinazione del sesso ambientale il sesso viene definito dopo il concepimento, (che è diffusa in tutti i taxa) gli stimoli ambientali sono (temperatura, fotoperiodo, disponibilità di cibo).

Es: nella Crepidula formicata (una specie di gasteropode) gli animali sono impilati con le conchiglie l’uno sopra l’altro e i maschi sono solo i più in alto nella pila di conchiglie così ogni volta che arriva nuova gente i più bassi sono femmine. Tra i vertebrati la determinazione del sesso avviene spesso per temperatura (tartarughe con alta T femmine mentre il contrario maschi, la temperatura controlla l’attività di enzimi coinvolti nel metabolismo del testosterone).

Il dimorfismo sessuale a base genetica:

• Gli scarafaggi e le cavallette hanno il maschio con un solo gene sessuale e la femmina con due.
• Gli uccelli hanno il gene più piccolo (W) nella femmina.
• In Drosofila e nei mammiferi il maschio ha il gene più piccolo (Y).
• Nelle api e vespe le regine hanno il corredo cromosomico completo, le operaie sono uova non fecondate, i maschi idem mentre se la regina feconda con gli spermi le cellule uovo può generare un’altra regina.

pag. 5

15/10/2021

In drosofila la determinazione del sesso gli individui con XX sono femmine (anche XXY) se invece XY (o anche X0) sono maschi.????

Da questo la teoria del bilanciamento numero di X diviso il numero di complementi aploidi autosomici.????

I geni determinanti per la distinzione del sesso sono attivati in modo differenziale e a cascata, i geni coinvolti nella distinzione del sesso sono sia nei cromosomi sessuali che su quelli autosomici (codifica quindi per un fattore di splicing coinvolto nella maturazione di specifici RNA).

(sta cosa non la sto capendo quindi boh)

Determinazione del sesso nei mammiferi

Si è confermato l’effetto dominante della Y, se c’è Y l’individuo è un maschio.

Le varianti sono:

• Con 47 cromosomi e XXY maschi alla nascita (sindrome di Klinefelter) generalmente sterili e caratteristiche sessuali secondarie di tipo femminile.
• X0 femmine alla nascita 45 cromosomi e X. (sindrome di Turner) È probabile che questo tipo di aberrazione porta a una morte in utero immediata. Anche questi soggetti sono sterili (possibili disturbi cognitivi).

In tutti i mammiferi X e Y sono eteromorfi con Y generalmente povero di geni (fatti in modi diverso), X e Y hanno regioni esclusive mentre verso i telomeri hanno regioni omologhe (ci ricorda ancora una volta che il maschio è emizigote quindi si becca tutte le sfighe).

Nei mammiferi il cromosoma Y codifica per un gene l’SRY che stimola le gonadi embrionali a differenziarsi in testicoli mentre se questo gene non c’è le gonadi si distinguono in ovario (si è capito perché ci sono femmine che però sono XY con il gene mancante).

Compensazione di dosaggio dei geni associati al cromosoma X

È un meccanismo che viene messo in atto per eguagliare il tasso medio di trascrizione dei geni autosomici rispetto a quello dei geni che si trovano nei cromosomi sessuali.

Nei maschi di Drosofila viene trascritto per due il contenuto dei geni sessuali, è stato isolato un fattore proteico chiamato male specific lethal (MSL) (???) mentre nei mammiferi si inibisce un X e quindi viene letteralmente condensato e non verrà mai trascritto (si chiama corpo di Barr si può notare al microscopio).

L’inattivazione dell’X avviene già il sedicesimo giorno, può riguardare sia l’X di origine paterna che quello di origine materna (quindi nell’adulto le regioni con un X o l’altro sono a mosaico).

In che modo avviene? Riguarda tutti i geni X? pag. 6

Un X produce un RNA non codificante che andrà a super condensare l’altro cromosoma. quindi tanta tanto roba il corpo.

Poi durante l’oogenesi tutti e due gli X sono riattivati (umano).

Non si sa eh ma forse dei geni dell’X condensato vengono comunque espressi perché certe malattie genetiche ci sono anche se la malattia è sul gene condensato.

18/10/2021

Parleremo solo di caratteri mendeliani (due varianti alternative una di queste responsabile di patologie chiare) (facciamo questo perché è più semplice).

La genetica patologica si fa risalire agli studi di Garrod sull’alcaptonuria (catabolismo della tirosina).

I soggetti sono affetti da dolori articolari e urine nere, all’interno di questa famiglia c’erano soggetti con la stessa patologia, oggi sappiamo che questa patologia è autosomica recessiva.

Gli alleli dominanti per le malattie sono rari perché si esprimono sempre e su di essi agisce la selezione naturale quindi i portatori sono più probabilmente eterozigoti.

Solitamente le patologie dominanti sono dal punto di vista genetico sono meno gravi delle patologie recessive (spesso queste patologie si manifestano nell’età adulta quindi dopo aver pr