Genetica mendeliana

LA CONFERMA DEL PRINCIPIO DELLA

SEGREGAZIONE: L’USO DEI REINCROCI

Nel formulare il principio della segregazione,

Mendel fece una serie di test genetici per

essere sicuro della correttezza dei suoi

risultati.

Per determinare se una pianta con il fenotipo

dominante fosse omozigote o eterozigote, uno

fra i metodi più utilizzati consiste

reincrocio di prova

nell’e ettuare un (test-

cross) per determinarne il genotipo, vale a

dire un incrocio tra un individuo che esprime il

fenotipo dominante e un individuo omozigote

recessivo.

Considerando ancora l’incrocio mostrato nella

gura precedente, possiamo prevedere il

risultato di un reincrocio delle piante F che

2

manifestano il fenotipo dominante con seme

liscio: se le piante della F sono lisce perché

2

SS,

omozigoti allora dal reincrocio con una

ss

pianta si avranno semi tutti lisci; al

contrario, se le piante F sono lisce perché

2

Ss,

eterozigoti il risultato del reincrocio con

ss

una pianta omozigote recessiva darà un

rapporto 1:1 tra fenotipi dominanti e recessivi.

IL FENOTIPO RECESSIVO A LIVELLO MOLECOLARE

L’allele funzionale di un gene che predomina (è presente con frequenza maggiore) nella

wild-type selvatico.

popolazione di organismi presenti in natura è denominato allele o

Questi generalmente codi cano un prodotto implicato in una speci ca funzione biologica;

dunque, se una mutazione nel gene determina assenza del prodotto proteico del gene, o un

prodotto parzialmente funzionale o non funzionale, allora probabilmente la funzione biologica

associata va perduta o signi cativamente diminuita.

mutazioni con perdita di funzione of function)

Queste mutazioni sono de nite (loss e sono

wild-type

generalmente recessive, perché la funzione della singola copia dell’allele in un

eterozigote è solitamente su ciente per produrre la quantità di proteina per dare il fenotipo

normale.

La mutazione che determina l’assenza della proteina o una proteina senza funzione è detta

mutazione nulla.

I piselli rugosi di Mendel sono la conseguenza di una mutazione con perdita di funzione: nei piselli

SS wild-type)

(lisci o è prodotta una quantità su ciente di proteina funzionale che determina

ss

granuli di amido grandi, mentre nei piselli (rugosi) i granuli di amido sono piccoli e

profondamente fessurati.

Incroci di diibridi e principio mendelismo dell’assortimento

indipendente

IL PRINCIPIO DELL’ASSORTIMENTO INDIPENDENTE

Mendel e ettuò anche una serie di incroci nei quali erano implicate contemporaneamente due

coppie di caratteri alternativi, ottenendo in tutti i casi sempre gli stessi risultati.

principio dell’assortimento

In base a questi esperimenti, egli propose la sua terza legge, il

indipendente, i fattori che controllano diverse coppie di caratteri

che stabilisce che

si distribuiscono in modo indipendente gli uni dagli altri.

coppie di alleli di geni situati su cromosomi diversi

In termini moderni, questo signi ca che

segregano indipendentemente durante la formazione dei gameti.

fi ff ff fi fi fi

ffi fi ffi fi

Consideriamo un esempio che riguarda la coppia di caratteri

per la forma del seme, liscio (S) e rugoso (s), e la coppia di

caratteri per il colore del seme, giallo (Y) e verde (y): quando

Mendel incrociò piante appartenenti a linee pure liscio-giallo

YY) yy),

(SS con linee rugoso-verde (ss tutti i semi F di

1

quest’incrocio erano lisci e gialli, come previsto in base ai

risultati dell’incrocio dei monoibridi (il genitore liscio giallo

S Y, s y

produce solo gameti che, dopo fusione con i gameti

Ss Yy).

del genitore rugoso verde, daranno zigoti

La generazione F è eterozigote per due coppie di alleli in due

1

loci diversi; tali individui sono chiamati diibridi e un incrocio tra

incrocio di diibridi.

due di questi diibridi uguali è de nito

Quando Mendel autofecondò le piante diibride F per produrre

1

la generazione F , ottenne come risultato nove diversi genotipi,

2

ma, a causa della dominanza, sono previsti solo quattro

fenotipi: In base alle leggi della

probabilità, se gli alleli per le due

coppie di caratteri vengono

ereditati in modo indipendente

in un incrocio di diibridi, allora la

F ottenuta da un incrocio F ×

2 1

F mostrerà un rapporto 9:3:3:1

1

tra le 4 possibili classi

fenotipiche.

Tale rapporto è il risultato

dell’assortimento indipendente

delle due coppie di alleli per i

due geni nei gameti e della

fusione casuale di questi gameti

e può essere considerato come

la moltiplicazione di due rapporti

ｘ

3:1 ((3:1) (3:1)).

Assortimento indipendente nel

nostro esperimento signi ca

che, sebbene entrambe le

coppie di caratteri coinvolgano i

semi, forma e colore del seme

sono indipendenti l’una dall’altro

sia in termini di geni coinvolti sia

per come essi funzionano nella

generazione dei fenotipi.

Questa previsione è stata

rispettata in tutti gli incroci di

diibridi eseguiti da Mendel: in

ogni caso, il rapporto in F si

2

avvicinava al 9:3:3:1.

fi fi

Analisi statistica dei dati genetici: il test del chi-quadrato

I dati ottenuti dagli incroci genetici sono quantitativi e i rapporti fenotipici osservati nella progenie

raramente coincidono esattamente con i rapporti attesi, a causa di fattori casuali insiti nei

fenomeni biologici. ipotesi nulla,

Viene quindi sviluppata un’ipotesi sulla base dei dati osservati e considerata come

in quanto stabilisce che non vi è una reale di erenza tra i dati osservati e i dati attesi. chi-

Un’analisi statistica semplice utilizzata per saggiare l’ipotesi nulla è chiamata test del

quadrato t).

(χ ), che è essenzialmente un test di bontà dell’adattamento (goodness-of-

2

Negli incroci esaminati nora, la progenie sembrava adattarsi a rapporti de niti (quali 1:1, 3:1 e

9:3:3:1); questo è il caso in cui si può formulare un’ipotesi nulla e il test del chi-quadrato può dirci

se i dati si adattano a tale ipotesi.

Per illustrare l’uso del test del chi-quadrato, analizzeremo i dati teorici relativi alla progenie di un

reincrocio di un doppio eterozigote a seme liscio-giallo (Ss Yy) con un omozigote rugoso-verde

yy);

(ss i dati della progenie sono i seguenti:

L’ipotesi è che un reincrocio debba dare un rapporto tra le quattro classi fenotipiche di 1:1:1:1, se

i due geni si distribuiscono in modo indipendente; il test del chi-quadrato è quindi usato per

saggiare tale ipotesi, come mostrato nella tabella.

In primo luogo, in colonna 1 sono elencate le quattro classi fenotipiche attese nella progenie di

questo incrocio; quindi sono elencati i numeri osservati (o) per ciascun fenotipo.

Successivamente, si calcolano il numero di individui attesi (a) per ogni classe fenotipica,

considerando il numero totale della progenie (568) e l’ipotesi in esame (in questo caso un rapporto

1:1:1:1).

Ora si sottrae il numero atteso (a) dal numero osservato (o) per ciascuna classe, per trovare la

di erenza, chiamata valore di deviazione (d).

Nella colonna 5 viene indicata la deviazione al quadrato (d ), mentre in colonna 6 la deviazione al

2

quadrato viene divisa per il numero atteso (a); il valore del chi-quadrato χ (punto 7 nella tabella) è

2

il totale di tutti i valori di colonna 6.

Quanto più i dati osservati si discostano dai dati attesi sulla base dell’ipotesi in esame, tanto più

alto sarà il chi-quadrato.

La formula generale è:

ff fi ff fi fi

L’ultimo valore nella tabella, il punto 8, rappresenta i gradi di libertà per questo gruppo di dati,

n n

che, in un test che consideri classi, sono normalmente uguali a – 1; nel nostro caso abbiamo

quattro classi fenotipiche, quindi gradi di libertà = 3.

Il valore del chi-quadrato e i gradi di libertà vengono poi utilizzati per determinare la probabilità (P)

che la deviazione dei valori osservati da quelli attesi sia dovuta al caso.

P

Il valore di per un insieme di dati viene ricavato dalle tavole dei valori di chi-quadrato in base ai

diversi gradi di libertà; la tabella seguente riporta parte di una tavola delle probabilità del chi-

quadrato. P

Nel nostro esempio (χ = 3,43 con 3 gradi di libertà) il valore di è compreso tra 0,30 e 0,50: ciò

2

signi ca che, per l’ipotesi che si sta saggiando, in 30-50 su 100 ripetizioni (vale a dire, nel 30-50%

dei casi) dovremmo attenderci dei valori di chi-quadrato di questa grandezza o maggiori dovuti al

caso.

Possiamo ragionevolmente considerare questa deviazione semplicemente dovuta al caso.

Come regola generale, se la probabilità di ottenere i valori di chi-quadrato osservati è maggiore di

P

5 su 100 (5% dei casi: > 0,05), allora la deviazione tra l’atteso e l’osservato è considerata non

signi cativa dal punto di vista statistico e i dati non indicano che l’ipotesi debba essere ri utata.

La genetica mendeliana nell’uomo

i genetisti dimostrarono che l’ereditarietà dei geni

segue gli stessi principi in tutti gli eucarioti a

riproduzione sessuata, uomo compreso; W. Farabee,

nel 1905, per primo documentò un carattere

brachidattilia,

mendeliano nell’uomo, la che determina

dita anormali e grosse.

Analizzando il carattere delle famiglie, Farebee notò

che la brachdattilia veniva ereditata come un semplice

carattere dominante.

fi

fi fi

L’ANALISI DEGLI ALBERI GENEALOGICI

Le modalità di ereditarietà dei caratteri dell’uomo vengono

generalmente determinate esaminando come il carattere

compare negli alberi genealogici di individui che

chiaramente manifestano il carattere.

analisi dell’albero genealogico

Tale studio, chiamato (o

pedigree),

del consiste nell’accurata raccolta dei dati

fenotipici della famiglia attraverso parecchie generazioni;

l’individuo “a etto”, a partire dal quale si ricostruisce

probando

l’albero, è de nito (proposito se maschio,

proposita se femmina).

La gura di anco riassume i simboli di base usati

nell’analisi degli alberi genealogici.

Il carattere presentato nella gura in basso è determinato

a,

da un’omozigosi per l’allele recessivo conseguenza in

questo caso di un matrimonio tra cugini primi (le

generazioni sono indicate con i numeri romani e gli

individui con i numeri arabi, il che facilita i riferimenti a

particolari persone dell’albero).

ESEMPI DI CARATTERI GENETICI NE