La genetica del comportamento

Genetica

Sabato 2 febbraio 2019 12:22

I modelli animali nella genetica del comportamento

1. Esperimenti genetici di tipo quantitativo per studiare il comportamento animale

a) Studi di selezione: forniscono la prova più evidente delle influenze genetiche sui tratti comportamentali. Oltre ad una linea di controllo non selezionata, si sviluppano linee di animali con punteggi alti o bassi per determinate caratteristiche, es. attività dei topi in un campo aperto. La differenza tra linee ad alta e bassa attività aumenta in modo costante ad ogni generazione = ciò indica il coinvolgimento di più geni.

b) Studi su linee consanguinee: si basa sul confronto tra linee consanguinee ottenute dagli incroci di fratelli e sorelle per almeno 20 generazioni. Vantaggio: stesso patrimonio genetico, le differenze individuali sono dovute all'ambiente, es. cura materna.

2. Identificazione dei geni nei modelli animali

Sturtevant: inventa il metodo per mappare i geni sui cromosomi; scopre nel moscerino della frutta che un gene che altera il colore degli occhi influenza anche il comportamento riproduttivo. Questo è un esempio di associazione allelica = associazione tra un particolare allele e un fenotipo.

a) Mutazioni indotte: artificialmente con sostanze chimiche o raggi X. Anche se i tratti complessi sono spesso poligenici, controllati da più geni, anche la mutazione di un singolo gene può modificare il comportamento.

Pleiotropia = un gene controlla più caratteri fenotipici. La variazione è ereditabile nella sequenza di nucleotidi del DNA.

Es. Drosophila ha fototassi positiva, si muove verso la luce, e geotassi negativa, si muove contrariamente alla forza di gravità. Sono stati creati mutanti fototassi negativi o geotassi positiva. È possibile creare mosaici genetici: individui in cui un allele mutante è presente in alcune cellule dell'organismo ma non in altre.

b) Mutagenesi mirata (gene targeting): processo che modifica un gene allo scopo di alterarne la funzione. Il gene può essere disattivato (knock out) mediante la delezione di sequenze chiave del DNA, col risultato di impedire al gene di essere trascritto. Problema: il gene mutato rimane inattivo per tutta la vita dell'animale e sono messi in atto fenomeni di compensazione. Soluzione: generare knock out condizionali a carico di elementi regolatori, con mutazioni che consentono di attivare/disattivare l'espressione di un gene in qualsiasi momento della vita dell'animale.

c) Silenziamento genico: si basa sull'uso di small interfering RNA che inibiscono l'espressione di geni contenenti la loro stessa sequenza; agiscono legandosi all'mRNA complementare degradandolo. Perciò il s.g. è post-trascrizionale.

3. Loci per caratteri quantitativi (QTL)

I tratti comportamentali sono poligenici, ogni gene esercita un effetto minimo, e perciò distribuiti quantitativamente. I geni, che controllano i caratteri quantitativi (quantitative trait loci o QTLs), di solito non possono essere identificati individualmente.

È possibile tuttavia localizzare le regioni del genoma in cui questi geni si trovano (linkage mapping) e stimare quanta parte della variabilità totale si spiega con la variabilità dei QTL in ogni regione.

Per individuare i QTL si adoperano:

• Tecniche dell'analisi di linkage.
• Metodo dell'associazione allelica (associazione allele e carattere): si confronta la frequenza di marcatori del DNA in gruppi di animali che differiscono per un determinato carattere quantitativo.

Tale metodo è stato usato per studiare l'attività nel campo aperto (OFA = open field activity) dei topi. Una generazione F² di topi è stata ottenuta incrociando linee selezionate per alti o bassi livelli di attività nel campo aperto, con successivi accoppiamenti tra fratelli e sorelle per 30 generazioni. Ogni topo della F² ha una combinazione unica di alleli che derivano dai ceppi parentali perché in media si verifica una ricombinazione per ciascun cromosoma ereditato dalla F¹.

Dal confronto tra le frequenze degli alleli marcatori nei gruppi di topi più e meno attivi, si è visto che i QTL per l'attività nell'OFA si trovano in regioni dei cromosomi 1, 12, 15.

L'esito è l'identificazione del cromosoma su cui si trova un QTL.

Ceppi eterogenei: per determinare precisamente la posizione del locus, si possono utilizzare topi con cromosomi in cui ci sono state più ricombinazioni, nello specifico i topi derivati dagli incroci tra due o più linee consanguinee (ceppi eterogenei).

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Linee consanguinee ricombinanti: derivano da un incrocio F² tra due linee consanguinee; questo processo porta ad una ricombinazione di parti dei cromosomi delle linee parentali. Le linee RI (recombinant inbred) sono geneticamente stabili.

Omologia di sintenia: corrispondenza della localizzazione dei geni sullo stesso cromosoma in diverse specie animali, es. uomo e topo.

Capitolo 6

Il comportamento umano: natura e cultura

Genetica quantitativa e molecolare

La genetica quantitativa ha l'obiettivo di valutare quanto le differenze individuali siano attribuibili alla genetica e all'ambiente. Le ricerche di genetica quantitativa sul comportamento umano si basano su: studi sui gemelli (natura) e studi sulle adozioni (ambiente).

Studi sulle adozioni

L'adozione può essere considerata un esperimento dell'ambiente che crea dei parenti genetici e dei parenti ambientali:

• Genitori genetici: genitori che danno in adozione un figlio poco dopo la nascita.
• Genitori ambientali: genitori che adottano un bambino poco dopo la nascita.
• Fratelli genetici: figli di stessi genitori biologici adottati in età precoce da famiglie diverse.
• Fratelli ambientali: bambini geneticamente non correlati che crescono in uno stesso ambiente familiare.

Forniscono una stima del contributo genetico e del contributo dell'ambiente di crescita alle somiglianze dei membri di una famiglia.

Problemi negli studi sulle adozioni:

• Rappresentatività (correlata con la generalizzabilità dei risultati).
• Influenze ambientali prenatali.
• Adozioni aperte.
• Adozioni selettive.

Studi sui gemelli

La nascita dei gemelli è un esperimento della natura.

I gemelli MZ sono geneticamente identici (100% del patrimonio genetico); sono dello stesso sesso e la loro somiglianza fisica è più marcata.

I gemelli DZ condividono il 50% del patrimonio genetico, come due fratelli qualsiasi. Possono essere dello stesso sesso o di sessi diversi, si assomigliano meno fisicamente.

Per individuare la zigosità dei gemelli in modo scientifico si usano i marcatori del DNA.

Per un carattere che è influenzato geneticamente la somiglianza tra gemelli MZ deve essere più forte di quella riscontrata nei gemelli DZ. È possibile che la maggiore somiglianza però non sia dovuta alla genetica bensì all'ambiente. Secondo l'ipotesi degli ambienti equivalenti, le somiglianze causate dall'ambiente sono uguali per entrambi i tipi di gemelli cresciuti nella stessa famiglia.

Problema: rappresentatività e generalizzabilità dei risultati; i gemelli nascono spesso prematuri e l'ambiente intrauterino condiviso può essere ostile.

Studi combinati

Studi delle famiglie (derivate da divorzi e seconde nozze), dei gemelli (differenze tra gemelli e non gemelli; gemelli dizigoti e fratelli normali; gemelli adottati da famiglie diverse e gemelli cresciute insieme; figli di gemelli) e delle adozioni (confronto non solo tra parenti solo genetici con parenti solo ambientali ma anche con parenti sia genetici sia ambientali). Un esempio è il Colorado Adoption Project che ha mostrato che le influenze genetiche sulla capacità cognitiva generale aumentano durante l'infanzia.

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Capitolo 7

La stima delle influenze genetiche e ambientali

I geni esercitano un'influenza sul comportamento, quanto sia grande questa influenza ce lo dice la significatività statistica (= attendibilità dell'effetto). Essa dipende dal