Lezione Genetica 19/09

SECONDA TAPPA

Seconda tappa fu nella seconda metà di ‘900. In questo periodo ci fu la nascita della biologia

molecolare e ci si chiede di cosa siano fatti i fattori che determinano fenotipo (di quale

materiale?).

Si scopre che il gene è una sequenza di DNA che viene trascritta e poi tradotta in proteine. Questo

fino alla fine degli anni Sessanta.

TERZA TAPPA

Terza tappa fu negli anni Ottanta, dove l’inizio di sequenziamento del DNA che abbinato alla

conoscenza del codice genetico permisero di affermare più specificamente come è fatto il pezzo di

DNA che codifica per un gene.

Concetto: è una open reading frame (sequenza di lettura aperta, cioè che è trascritta e tradotta e

parte da una tripletta che presenta un codone AUG su RNA o ATG su DNA come codone d’inizio e

poi uno dei tre codoni di stop). Definizione comodissima per leggere la mia sequenza. Non

sappiamo però capire che c’è scritto.

EVOLUZIONE DEGLI ORGANISMI MODELLO (ALBORI)

Poi si scopre che non tutto è univoco, c’è splicing alternativo, editing di RNA. Un pezzo di DNA può

dare più trascritti e più prodotti proteici, quindi più fenotipi. Vari dubbi: ogni prodotto di splicing è

un gene?

In tempi più recenti furono scoperti anche geni che non codificano per proteine e non sono

direttamente leggibili tramite la lettura delle triplette del codice genetico.

Ad ora il concetto di gene cambiato e cambiano i modelli su cui si basa il concetto di gene e non ne

sappiamo del tutto ancor oggi.

Nel cambiamento un aspetto importante è la scelta dell’organismo da studiare per rispondere ad

una certa domanda biologica. Ma la risposta è diversa secondo l’organismo che prendo. A seconda

del tipo di esperimento che faccio, io ho una certa interpretazione.

Si parte con un primo organismo modello con Mendel. (primo esperimento in Biologia con

organismo modello, ovvero una semplificazione di una realtà complessa e mi permette di

rispondere ad una domanda virtuale che ci si pone).

Mendel prende le piante di pisello perché:

Sono comode dal pdv replicativo (2 mesi per raggiungere la generazione successiva e quindi è

veloce).

I fiori hanno sia la parte maschile che femminile (quindi può essere tolta una parte per impollinare

in modo incrociato ma si può anche autoimpollinare (per raggiungere la linea stabile omozigote).

Ogni pianta produce tanti figli (big data) utili per la statistica.

Caratteristiche Generali di un Organismo modello:

• facilmente manipolabile.

• tempo di replicazione breve.

• possibilità di allevare o coltivare un numero alto di animali o piante in un piccolo spazio per

avere un alto potere statistico e per cercare di facilmente riprodurre l’esperimento più volte

per avere conferma che non ci siano stati errori.

CAMBIO DI MODELLO E NUOVE SCOPERTE RISPETTO AI GENI

Questo concetto di organismo modello va fino alla riscoperta delle leggi di Mendel ad inizio ‘900.

In questo periodo si è sviluppata la chimica organica e si è visto che ci sono delle sostanze

organiche utili per guardare le cellule al microscopio con coloranti istologici.

Questo permette di vedere nella cellula gli organelli (vedere il nucleo negli eucarioti) e si vede che

quando la cellula va in divisione ho degli oggetti che si colorano intensamente (cromosomi) e pare

che questi durante la meiosi e mitosi facciano quello che dicevano le teorie di Mendel e quindi

sembrava che le coppie cromosomiche vadano a dividersi casualmente e finire metà nei gameti e

quando arriverà l’altro gamete con un’altra metà della coppia di cromosomi io avrò il mio zigote

diploide. Viene la curiosità di capire meglio come funziona questo, se i geni sono nei cromosomi.

A questo punto quale è l’Organismo modello utilizzato per l’esperimento? Non le piante perché

sono troppo lente nella replicazione, si ha fretta di avere risultati.

Le leggi di Mendel valgono per tutti gli organismi diploidi a riproduzione sessuata e quindi

prendono un animale modello e prendiamo il moscerino (Drosophila).

Questo usato perché:

• non richiede niente in particolare (basta un po’ di frutta matura, zuccherini).

• ha un tempo di rigenerazione di 20 gg (< di pisello).

• occupa molto meno spazio (in un barattolo di marmellata si possono allevare molti moscerini).

• costa poco allevarle.

Li usarono Morgan e il suo dottorando Sturtevant, che si accorsero che non tutti i moscerini sono

uguali. Alcuni hanno l’occhio rosso, altri arancione, altri bianco oppure altri hanno ali più corti e

videro della presenza dei mutanti (rari ma c’erano per l’alto numero di barattoli da studiare).

Possiamo anche mettere moscerino maschio con moscerino femmina nello stesso barattolo e

vedere come è la progenie incrociata.

Si accorgono che non tornano le leggi di Mendel. Alcuni caratteri (occhio bianco) sembrano avere

un risultato che non è quello atteso dalle leggi di Mendel. Sembrano essere legati al sesso di chi ha

quel carattere.

Nel frattempo ci si accorge che maschi e femmine in uomo e drosofile hanno un differente assetto

cromosomico (ci sono degli autosomi uguali per tutti ed eterosomi diverso).

In Drosophila la determinazione del sesso dipende da:

• Bilanciamento di autosomi

• Femmina presenta un addome appuntito mentre il maschio arrotondato.

• Le zampe anteriori nei maschi sono presenti i pettini sessuali mentre la femmina né priva.

• Femmina più grande.

• Cromosomi sono Tre coppie di autosomi e due cromosomi sessuali, femmina XX maschio XY.

Si accorsero che questo occhio bianco andava di pari passo (è legato) con la segregazione di un

allele che sta sul cromosoma X e provarono ad ottenere mutanti con alterazioni morfologiche e

andarono ad utilizzare quel cromosoma X con analisi citogenetiche.

La forma è legata all’occhio bianco e si inizia a formulare l’ipotesi che i geni stiano su i cromosomi

che determinano i caratteri.

Sturtevant va avanti e si accorse che non tutti i geni seguivano la legge dell’assortimento

indipendente (visto anche da Mendel che non sapeva perché).

Alcuni geni stanno su stesso cromosoma ad eseguire gruppi di linkage, disposti in modo lineare.

Inoltre, scopre confrontando il risultato dell’incrocio con l’analisi citologica, la ricombinazione

genetica, ovvero che i cromosomi si scambiano pezzi e può calcolare utilizzando la frequenza degli

individui con una ricombinazione genetica (diversa dai parentali) la distanza tra i geni (distanza di

mappa), più è distante più è probabile che ci sia ricombinazione. Misurata in centiMorgan.

Concetto di gene cambia: non più pallina dentro un sacchetto tirato fuori a caso ma i geni sono

disposti in modo lineare sui cromosomi. (teoria cromosomica dell’ereditarietà).

La casualità si ha su gruppi di linkage diversi, geni su cromosomi diversi. Cromosomi si scambiano

pezzi per ricombinazione genetica.

Concetto nuovo con un’iniziale base biologica, modello valido fino ad anni Cinquanta.

GENI ED ENZIMI

Nel frattempo abbiamo lo sviluppo della biochimica, inizia ad esserci lo studio di produzione di

metaboliti, poi purificati ed analizzati. Inizia ad esserci attenzione sul metabolismo (sui vari cicli,

sulle biosintesi). Ci si accorge che le mutazioni/alterazioni del fenotipo non sono solo occhio

bianco e occhio rosso ma che questo è il risultato di una mancanza a livello metabolico di un

pigmento che è identificabile.

I geni stanno sui cromosomi che determinano il fenotipo, il quale è legato anche al metabolismo

con reazioni catalizzate da enzimi.

Se un fenotipo può essere mancanza di produzione/assimilazione di una sostanza e visto che

questa capacità è data da enzimi, non è che i geni possono codificare per enzimi?

Per testarla non si usa la drosofila perché è un organismo complesso e servono modelli più

semplici. Nel frattempo si sviluppa anche la microbiologia con Pasteur che va ad identificare

microrganismi usando un terreno selettivo.

Faccio crescere microrganismi in un terreno selettivo ma poi avrò un mutante che non vi crescerà,

questo è interessante. Così siamo in grado di selezionare gli individui che hanno la forma corretta

del gene che crescono sul terreno e faccio screening di individui anche se c’è un mutante che

cresce in quella condizione mentre il resto muore. In una piastra Petri possono crescere tante

colonie di microrganismi.

Esperimento per rispondere alla mia ipotesi con la Neurospora Crassa, muffa del pane

(Beadle/Tatum).

Perché?

• Organismo più manipolabile

• Non è patogena.

• Non costa tanto

• Produce tante progenie

• Non bisogna incrociare perché si sta cercando la complementazione funzionale, cioè il fatto

che posso analizzare Neurospora vedere che ha un certo enzima e come fenotipo non c’è la

biosintesi di triptofano e quel ceppo di neurospora in piastra Petri senza triptofano non cresce.

Se io accanto a questo ceppo ne metto un altro che non è in grado di cresce su triptofano posso

vedere se insieme questi crescono? Si scopre che 2 ceppi diversi entrambi auxotrofi per triptofano

(non cresce se non c’è) riescono a crescere entrambi, perché l’enzima che manca al ceppo a non è

quello che manca al ceppo b, le mutazioni sono differenti e complementano tra loro gli enzimi

mancanti grazie ai metaboliti che diffondono nella piastra. L’esperimento dimostra che i geni

codificano per enzimi, geni diversi per enzimi diversi e fa usare un metodo genetico per studiare le

varie tappe di una via metabolica.

DNA, MOLECOLA CHE VIENE TRASMESSA ALLA PROGENIE

Da ora in poi gli organismi modello usati sono i batteri per studiare la struttura del DNA, per capire

di cosa sono fatti i geni. Perché si sapeva che i cromosomi erano fatti di DNA, un po’ di RNA e

proteine. Non si capisce quale è la molecola che da i caratteri ereditari. Le proteine si sapeva che

sono fatte da 20 amminoacidi, eterogenee per varie strutture primarie.

Esperimento per rispondere a quest’ipotesi su batterio da Griffith 1928 che si accorse che alcuni

batteri potevano acquisire materiale genetico da altri batteri precedentemente morti,

cambiandone il fenotipo.

Ripetendo quest’esperimento con tecniche più avanzate di tipo biochimico di anni Quaranta che

servivano a purificare le componenti dei cromosomi (DNA/RNA/proteine), Avery, Mcleod, Mccarty

dimostrano che è il DNA tramesso in modo ereditario.

Per definitivamente confermare ciò Hersey e Chase nel 1950 usarono un nuovo organismo

modello, ovvero un batteriofago. Il batteri