Appunti di Genetica

INPUT MEIOTICI

- →sono i gameti che

vanno incontro alla prima divisione meiotica

nella F1. Negli esseri umani, gli input sono i

genotipi aploidi della cellula uovo e dello

spermatozoo parentali.

OUTPUT MEIOTICI→

- sono i gameti

prodotti dalla meiosi della F1. Negli esseri

umani questi prodotti aploidi sono gli

spermatozoi e le cellule uovo.

Ci attendiamo che da due individui l’output

meiotico siano due gameti con 50% di

combinazione parentale e 50%

ricombinante, per la sola legge del caso.

Se prendiamo due geni a caso A e B,

quando questo è sempre vero?

Quando i due geni osservati si trovano su

cromosomi diversi→ se si trovassero sullo

stesso cromosoma, questi migrano

insieme, in quando il mezzo di trasporto è il

cromosoma stesso. Se due geni si trovano

sullo stesso cromosoma ottengo sempre

dei gameti parentali; se invece si trovano

su cromosomi diversi ottengo un 50% e 50%.

I geni che osserviamo si trovano su cromosomi diversi.

LIEVITO

Dallo studio della Neurospora è possibile risalire a ciò che accade in meiosi I e in meiosi II.

Il miocita (2n) alla prima divisione meiotica forma due cellule 2n (divisione riduzionale), a cui

segue la seconda divisione meiotica, con la formazione di cellule aploidi (n). La particolarità

di questo lievito è che dopo la divisione meiotica segue una DIVISIONE MITOTICA, dove i

gameti si raddoppiano, producendo 8 ascospore.

E’ possibile seguire l’anafase, capendo l’orientamento dei cromosomi omologhi.

Per poter individuare i Genotipi dei gameti di output ricombinanti, si effettua il TEST CROSS

→ sulla base del fenotipo si giunge al genotipo→ quali alleli quindi sono parentali e quali

ricombinanti.

MEIOSI:

Durante la profase I avviene lo SCAMBIO GENETICO, tra due cromatidi → questi si

scambiano pezzi di cromosoma in specifiche regioni chiamati CHIASMI. Questi cromosomi

hanno cambiato la sequenza degli alleli (geni) al loro interno. L’appaiamento è essenziale

per far sì che il materiale genetico sia ben distribuito alle cellule figlie. Questo fa sì che alla

fine del ciclo tutte le cellule figlie abbiano una copia per ogni cromosoma (1,2,3 ecc.) →

essenziale è quindi L’APPAIAMENTO dei cromosomi omologhi.

es. Cariotipo del Mulo (Cavallo femmina e Asino maschio) → fino al 13° cromosoma questi

sono uguali fra loro; dal 14esimo sono invece diversi fra loro: questo determina un’incapacità

di appaiamento dei cromosomi omologhi.

Nella Meiosi 1 avviene almeno una ricombinazione di Crossing over (anzi sembra quasi

essenziale affinché ci sia una buona riuscita del ciclo meiotico).

Colui che ha riletto le leggi mendeliane (dominanza e

recessività e segregazione indipendente) basandosi sulla

segregazione dei cromosomi fu Sutton.

Questo processo vale anche nella Gametogenesi (Ovogenesi e Spermatogenesi→ avviene

a partire dalla pubertà, in questo caso sia meiosi 1 che meiosi 2 si completano→ non

rimangono in sospeso come l’oogenesi).

→ Drosophila → anche la segregazione occhi rossi /occhi bianchi la si può ripercorrere con

la segregazione dei cromosomi. La drosophila, come l’uomo, si trova in una condizione di

EMIZIGOSI→ la presenza di un solo cromosoma X nel gene maschile.

EREDITARIETA’ POLIGENICA Fin’ora abbiamo parlato di caratteri

DISCRETI, ma ci sono anche caratteri definiti

QUANTITATIVI (o METRICI) → hanno

diverse sfumature per ogni individuo. (es.

altezza, peso ecc.). Per ognuno di questi

caratteri c’è una variazione continua nella

popolazione, che può essere espressa con

una curva Gaussiana. I geni che sostengono

questa variazione di tipo continuo si

chiamano QTL o POLIGENI → codificano per

i caratteri quantitativi e non discreti. In più

oltre all’influenza genetica, è presente

l’influenza AMBIENTALE→ aumenta la

sfumatura nella misurazione del carattere fra gli individui.

I geni QUANTITATIVI:

1. Si trovano su più cromosomi

2. Assortiscono in modo indipendente l’uno dall’altro.

3. Contribuiscono in modo ADDITIVO→ è espresso un dato in più→ diversi alleli

aggiungono qualcosa; si sommano.

Es. Variazione continua della colorazione dei semi di grano:

Abbiamo due geni diversi R1 e R2. Anche qui c’è diallelismo→ allele R e r

(R1,r1;R2,r2) → se l’individuo è eterozigote abbiamo 2 alleli che danno informazione

di colore rosso e 2 che ci danno l’informazione di una colorazione neutra. Ci sono 4

possibili combinazioni. R1,R2/ R1,r2/ r1,R2/ r1,r2.

Andando a fare l’autofecondazione, otteniamo ¼ di gameti con 0 dosi (r1,r2), ½

gameti con 1 dose (R1,r2 e r1,R2) e ¼ di gameti con 2 dosi (R1/R2).

Nella progenie complessiva abbiamo:

1/16 con 4 dosi; 4/16 con 3 dosi; 6/16 con 2 dosi; 4/16 con 1 dose e 1/16 con 0 dosi.

Si va dal colore rosso più scuro fino al bianco→ ci sono tonalità diverse. Già

l'istogramma ci disegna una curva di Gauss→ questo l’abbiamo raggiunto attraverso

l’azione di poligeni con un effetto additivo→ non è più ROSSO o BIANCO, ma io

“aggiungo rosso”.

AUMENTANDO il numero di POLIGENI, AUMENTO il numero di DOSI possibili→

aumento la continuità, il diagramma cambia. Le molte classi fenotipiche si

differenziano sempre di meno. Diminuisce la differenza fra le singole classi. Il

carattere diventa sempre più discreto. Con solo un gene avremmo un bianco, rosso

intermedio, rosso; già con due geni le sfumature aumentano.

Il carattere così varia in modo CONTINUATIVO. In più abbiamo l’influenza

dell’ambiente, che in molti caratteri porta la sfumatura di come si manifesta.

Qui ovviamente non vale più la teoria di dominanza e recessività, ma resta presente

la legge della segregazione indipendente.

Anche i cloroplasti e i mitocondri hanno dei Geni:

Un’altra variazione alle leggi mendeliane è legata a quei geni che non si trovano

direttamente nel nucleo, ma su organelli cellulari.

Anche i geni di questi organelli presentano dei fenotipi: es. a volte il DNA

mitocondriale nell’uomo è causa di alcune malattie, a seguito di mutazioni→

patologie ad alto consumo energetico (all’encefalo o cardiologiche); nei cloroplasti ci

sono geni ad esempio che codificano per il colore delle foglie→ determinato

dall’azione di un gene.

La caratteristica del DNA extra-nucleare→ trasmissione MATRILINEARE→ è

trasmesso solo attraverso la cellula materna (nello zigote finale avremo solo

cloroplasti ad esempio derivato dalla madre) → se la madre aveva tutti cloroplasti

mutanti, lo zigote avrà un allele mutante.

C’è in questo caso una MOLTITUDINE di

informazioni genetiche→ ETEROPLASMIA→

informazione genetica duplice. E’ possibile che la

segregazione sia ASIMMETRICA→ ci sarà una

maggioranza di cellule con cloroplasti wild type e

una minoranza di cellule con cloroplasti mutati→

questo porta alla varietà di colorazione nelle foglie.

ESTENSIONI ALLE LEGGI DI MENDEL

DOMINANZA

La dominanza è la manifestazione del modo in cui gli alleli di un singolo gene interagiscono

in un eterozigote. In ogni esperimento gli alleli che interagiscono possono essere wild type,

wild type e mutanti (+/m) o due differenti alleli mutanti (m/m). Sono stati scoperti vari tipi di

dominanza, ciascuno dei quali rappresenta un diverso tipo di interazione tra una coppia di

alleli.

Abbiamo già definito con Mutazioni APLOSUFFICIENTI, quelle mutazioni in cui l’allele

dominante basta per manifestare il carattere; mentre con Mutazioni APOLINSUFFICIENTI

quelle mutazioni in cui una proteina codificante per un allele non basta per poter far

manifestare il carattere. Una mutazione si definisce RECESSIVA quando c’è una perdita di

funzione, mentre si dice DOMINANTE quando abbiamo un guadagno di funzione (c’è però

una riflessione negativa, poiché si va ad alterare il metabolismo).

- OMOZIGOTE WILD TYPE→ 2 alleli codificano per una proteina funzionale

- ETEROZIGOSI→ di due alleli, uno codifica per il carattere wild type, mentre l’altro

produce una proteina non funzionale (negli aplosufficienti il fenotipo manifesta

comunque il carattere wild type).

- OMOZIGOTE RECESSIVO→ insieme di due alleli mutanti che non producono il

carattere (aploinsufficienti); non si manifesta il carattere (PERDITA).

Due meccanismi sono possibili affinché si manifesti la dominanza:

- APLOINSUFFICIENZA

- DIMERO

1. Con la doppia dose di prodotto oppure con la

formazione di un dimero si avrà la manifestazione di

un allele wild type.

Per manifestarsi il carattere non ci sono dosi wild type

(il fenotipo non presenta il carattere wild type), mentre

con funzionalità dimerica ed entrambe le proteine

mutate si ha un fenotipo MUTANTE.

Per manifestarsi il carattere eterozigote invece

avremo un solo allele wild type, l’altro è inadeguato;

nel caso in cui la proteina mutante determina una

differente conformazione, va ad alterare sia la sua

funzionalità che su quella wild type.

Nell’aplosufficienza c’è comunque la maifestazione

del wild type, in questo caso, la presenza di una

proteina mutata determina comunque un effetto

negativo sulla proteina wild type, poiché l’allele mutato va ad interferire anche sulla

dominanza dell’allele wild type.

1.DOMINANZA COMPLETA

Il tipo di dominanza più semplice è la dominanza piena o completa.

2.DOMINANZA INCOMPLETA

Si manifesta ad esempio nelle bocche di leone. I ricercatori, incrociando due linee pure di

due alleli diversi dello stesso gene in omozigosi (uno esprime il colore rosso e uno bianco),

notarono che nella prima generazione la colorazione manifestata era un colore rosa chiaro,

e non la manifestazione di uno dei due colori della generazione parentale. Reincrociando la

F1 osserviamo che alla meiosi dei due organismi otteniamo un omozigote che esprime il

colore porpora, un omozigote che esprime il colore bianco e due eterozigoti che esprimono il

colore rosa. In questo caso il rapporto fenotipico 1:2:1 esprime fedelmente il genotipo.

A livello molecolare?

In questi casi l’allele wild type produce una dose fissa di contenuto proteico. Il numero di

dosi di un allele wild type determina la concentrazione della sostanza chimica prodotta dalla

proteina (in questo caso è una pigmentazione).

Nell’omozigote A’A’ si ha la produzione di pigmento → carattere rosso

L’omozigote A’’A’’ non produce pigmento→ caratte