Genetica di popolazione

GENETICA DI POPOLAZIONE

Nell’era post mendeliana i ricercatori dell’epoca si iniziarono a porre il problema se le

leggi di Mendel valessero sempre.

Piante Autogame: Piante che si autofecondano, riproduzione con individui

imparentati tra loro omozigosi.



Piante Allogame: Sistema riproduttivo allogamo, polline che va da una pianta

all’altra, impollinazione incrociata, elevata eterozigosi.

Quindi i ricercatori si posero il problema se tutto questo (leggi di Mendel) potesse

essere traslato ad altre specie, tipo quelle animali che comunque quando si fecondano

sono fecondazioni incrociate quindi allogamia.

Quindi si volevano trasferire le leggi di Mendel alle POPOLAZIONI, quando si parla di

POPOLAZIONI anche dal punto di vista statistico vengono definite come: insieme di

individui infiniti.

Noi possiamo lavorare sulle popolazioni, ma su dei campioni ristretti per poi trasferire

le conoscenze acquisite sulle popolazioni vere e proprie.

Le popolazioni con un sistema riproduttivo di tipo allogamo sono molto complesse,

perché ogni individuo è diverso dall’altro, questa complessità fece scaturire la

domanda se le leggi di Mendel valessero anche all’interno delle popolazioni. Per

rispondere a questo quesito è nata la genetica di popolazione.

STRUTTURA GENETICA delle POPOLAZIONI

Andare a vedere geneticamente le popolazioni delle piante allogame come sono fatte,

fino a quello che sappiamo la struttura genetica delle piante AUTOGAME sappiamo

come sono strutturate geneticamente (Mendel). Ci manca di sapere come sono

strutturate quelle allogame.

Visto che c’è un elevate ETEROZIGOSI c’è un POOL GENICO, cioè il corredo in geni

che è posseduto dall’intera popolazione.

Tutta la genetica di POPOLAZIONE viene messa in relazione ai fenomeni evolutivi

dell’evoluzione.

Le mutazioni ad esempio sono dati da eventi evolutivi, ma esistono anche altri fattori

come l’immigrazione (fa aumentare ad esempio dei caratteri perché arriva un nuovo

POOL GENICO che va ad interagire con quello già esistete), per capire quindi come

evolvono queste popolazioni da una generazione all’altra, serve un fattore

stabilizzante, quindi attraverso dei modelli matematici si riescono a stabilizzare la

presenza dei geni a livello CROMOSOMICO (genotipo) e sia quello che riguarda gli

individui, in questa situazione di costanza si riescono ad applicare le leggi di Mendel in

questa situazione.

POPOLAZIONI: Entità biologiche in una certa area geografica, la cui continuità sarà

dovuta al succedersi delle generazioni. Attraverso la riproduzione, quindi, saranno in

grado di mandare avanti le generazioni; quindi, maggiore sarà la FITNESS

(adattamento) maggiore sarà la probabilità che la popolazione possa sopravvivere e

riprodursi.

POPOLAZIONI AUTOGAME: Alta omozigosi (AA, aa), con l’andare delle generazioni si

andranno a formare delle linee pure, che possono essere anche calcolate tramite 2^n

dove n è il numero dei loci omozigoti (Numero linee pure di un triibrido 3 loci



omozigoti quindi 2^3 che fa 8). Le specie autogame sono altamente imparentate

(sintomo omozigosi). La variazione che è distribuita tra i vari individui quindi la

variabilità è data a livello di individui OMOZIGOTI cioè AA e aa. Variabilità ristretta.

POPOLAZIONI ALLOGAME: Alta eterozigosi, perché vige il l’impollinazione incrociata

(Allo-incrocio); quindi, vige la Panmissia (riassortimento libero e casuale) che si

realizza con il RANDOM MATING, cioè le unioni tra gli individui avviene casualmente;

quindi, questo si riflette sulla struttura genetica delle popolazioni che saranno

eterozigoti. Questo ci porterà al fatto che all’interno della popolazione gli individui che

ne fanno parte saranno tutti diversi tra di loro, quindi la variabilità sarà enorme.

Tramite i Modelli di STABILITA si riesce ad adattare le leggi di Mendel alle popolazioni

allogame, serve quindi come se la popolazione si cristallizzasse e tutto quello che c’è

al suo interno venga bloccato nel corso delle generazioni, quindi ci serviva un modello,

dato dalla genetica di popolazione. Se c’è variabilità genetica (non ambientale) il

miglioramento genetico può operare e costituire nuove varietà, quindi, è importante

osservare le popolazioni.

Esempio:

Popolazione di foraggi, caratterizzata da lunga spigatura, periodo 10 maggio, 30

maggio, si voleva fare una selezione per avere dei materiali che fossero precocissimi e

molto tardivi, però con questo piccolo range erano tutti uguali i genotipi. Si entrò nella

popolazione e si comincio a selezionare, si selezionarono piante tardive, altamente

tardive, precoci e precocissime. Le piante più tardive in 5 generazioni si riuscì ad

ottenere del materiale di piante tardive precoci e tardive tardive, ma anche delle linee

precocissime. Questo dimostra una grandissima variabilità data da una struttura

eterozigote, anche se all’interno della popolazione non si vedevano individui precoci e

tardivi ma alla fine sono usciti questi genotipi andando avanti con la selezione e con le

generazioni successive.

Esiste una varietà CRIPTICA, cioè una varietà che viene conservata all’interno della

popolazione per anni, che conserva dei geni passati che possono essere serviti in

passato per la resistenza ad un patogeno, oppure per essere precoci o tardivi, che poi

potrà essere manifestata solamente quando ci sarà un evento che farà scaturire quella

variazione.

In relazione a questa complessità le leggi di Mendel (ereditarietà) hanno valenza sia

sulle popolazioni AUTOGAME che ALLOGAME.

STRUTTURA POPOLAZIONI

Per capire come sono strutturate le POPOLAZIONI dobbiamo creare una situazione in

cui anche in situazioni sfavorevoli (caldo) si possa arrivare ad avere la composizione

genetica della popolazione, si può calcolare facilmente tramite due parametri:

FREQUENZE GENOTIPICHE;

 FREQUENZE GENICHE (ALLELICHE).



Per capire queste frequenze prendiamo un gene chiamato A (A o a) e i genotipi che

possiamo avere (AA, Aa, aa).

Se voglio calcolare queste frequenze devo andare nella mia popolazione e devo

andare a vedere la frequenza GENOTIPICA cosa è, sarebbe la proporzione o la

percentuale di un GENOTIPO all’interno di una POPOLAZIONE, quindi significa che

dobbiamo vedere i genotipi che stanno all’interno della POPOLAZIONE (quanti AA,

quanti aa ...,).

Per calcolare le frequenze GENOTIPICHE di una popolazione che ha un solo gene

(A), possiamo farlo tramite il calcolo della FREQUENZA RELATIVA, mettendo a rapporto

il numero degli individui con un dato genotipo ad un dato locus con il numero totale di

individui nella popolazione.

Per definizione la somma (RR + Rr + rr) è 1, perché la somma delle frequenze relative

di tutte le possibili combinazioni genotipiche deve essere 1.

Posso calcolarmi al locus considerato gli alleli di diverso tipo quindi posso calcolarmi la

FREQUENZA GENICA, cioè, vado a vedere in quel locus quanti R ci sono e quanti r ci

sono.

I numeri che troviamo all’interno del locus genico indicano la variabilità, la massima

variabilità sarà data quando nello stesso locus genico ci saranno entrambi gli alleli,

tipo A (0.5) e a (0.5).

FREQUENZA GENICA ALLELE DOMINANTE = Frequenza genica + ½ degli

ETEROZIGOTI.

Quindi per conoscere la struttura genetica di una popolazione ci basta calcolare queste

due frequenze.

Una volta calcolata la frequenza GENICA e GENOTIPICA, con il passare delle

generazioni dobbiamo porci se cambiano oppure sono stabili. Se fossero stabili non ci

sarebbero degli elementi di disturbo che potrebbero andare a disturbare le leggi

Mendeliane, andando avanti sempre con la stessa composizione. Quindi escludendo i

fattori di disturbo le popolazioni rimarrebbero immutate nel tempo. Passando nel corso

delle generazioni tramite l’uso di queste frequenze posso andare a verificare se questa

popolazione si è mossa, ha cambiato le frequenze oppure no, questo può essere fatto

tramite il calcolo delle frequenze iniziali e poi di quelle successive, per poi confrontarle

con il chi-quadrato, così possiamo vedere se la popolazione si è mossa o è rimasta con

le frequenze genotipiche e geniche costanti. Se accettiamo l’ipotesi nulla la

popolazione è rimasta tranquilla, se la rigettiamo la popolazione si è mossa.

LEGGE DI HARDY-WEINBERG

Per le specie VEGETALI o ANIMALI, in presenza di random MATING (allo-incrocio,

popolazioni allogame) le frequenze GENICHE e GENOTIPICHE rimangono inalterate

nelle popolazioni.

Quindi in una popolazione infinitamente grande se non c’è MUTAZIONE,

MIGRAZIONE, SELEZIONE… e in presenza della PANMISSIA (incrocio casuale)

succede che le frequenze GENICHE e GENOTIPICHE rimarranno costanti nel corso delle

generazioni. Quindi questa popolazione rimane stabile, in un equilibrio chiamato

EQUILIBRIO DI HARDY-WEINBERG, e la struttura genetica di questa popolazione

rimarrà uguale nel corso delle generazioni, con questo possiamo applicare i criteri di

studio Mendeliani anche alle popolazioni ALLOGAME. Se questo equilibrio si spezza le

frequenze geniche e genotipiche cambieranno nel corso delle generazioni. Se invece si

torna all’random MATING per una sola generazione si andrà a stabilire un nuovo

equilibrio di HARDY-WEINBERG che non sarà quello di partenza.

Le frequenze genotipiche si troveranno nelle proporzioni p² (per AA), 2pq (per Aa) e

q² (per aa), dove p è la frequenza dell'allele A e q è la frequenza dell'allele a. La

somma delle frequenze genotipiche deve essere pari a uno, queste proporzioni hanno

origine così p+q=1 (p+q) ² =1 + 2pq + q² = 1), questo significa che

  (p²

anche elevando al quadrato p+q l’uguaglianza rimane invariata. I genotipi

raggiungeranno queste proporzioni dopo una generazione di incrocio casuale.

GENETICA QUANTITATIVA

Se prendiamo in considerazione altre caratteristiche come la produttività, questa è

sotto il controllo di tanti geni, cioè dai SISTEMI POLIGENICI, quindi prima della

produzione ci sono tante catene metaboliche che portano ad ottenere la produzione

finale della pianta; quindi, questi caratteri controllati da più geni e sotto una discreta

influenza ambientale sono chiamati CARATTERI QUANTIATIVI.

I CARATTERI QUALITATIVI sono dovuti ad un gene o pochi geni e non sono

influenzati dall’ambiente. Tipo se ho una pianta di pomodoro e la coltivo nella mia

zona, se il pomodoro è rosso e vado avanti con le generazioni e andrò a vedere che i

pomodori saranno rossi, perché quel carattere è sorto sotto