Appunti completi di genetica

-EREDITÀ NON MENDELIANA-

L’eredità mendeliana riguarda geni che: influenzano direttamente la manifestazione dei caratteri di un

organismo e obbediscono alle leggi di Mendel. La maggior parte dei geni delle specie eucariote segue questa

come l’associazione genica e parliamo allora di

modalità ereditaria, tuttavia alcuni fanno eccezione eredità

non mendeliana.

• Effetto materno: la modalità di trasmissione ereditaria di alcuni geni nucleari per i quali il genotipo

materno determina direttamente il fenotipo della progenie. Per i geni ad effetto materno, i genotipi paterno e

13

quello della progenie non influiscono affatto sul fenotipo della progenie stessa. Questo fenomeno si deve

all’accumulo di prodotti genici che la femmina fornisce agli oociti in via di sviluppo.

• Eredità epigenetica: è una modalità ereditaria nella quale si verifica una modificazione di un gene

un cromosoma che altera l’espressione genica durante il corso

nucleare o di della vita di un individuo, ma

Infatti la sequenza di nucleotidi del DNA dell’ individuo

che non è permanente nel corso delle generazioni.

resta invariata e quando questo individuo produce gameti, un gene che è stato disattivato può tornare attivo e

rimanere tale durante il corso della vita di chi lo ha ereditato.

l’oogenesi, la spermatogenesi, e le prime fasi dello

Le modificazioni epigenetiche possono avvenire durante

sviluppo embrionale.

Due esempi di eredità epigenetica sono:

-La compensazione del dosaggio genico

imprinting genomico: “etichettato” in un modo che

-L’ fenomeno in cui un segmento di DNA viene

ne influenza l’ espressione genica per tutta la vita dell’ individuo che ha ereditato quel DNA.

Può riguardare un gene singolo, una parte di un cromosoma, un cromosoma intero o perfino tutti i

I geni che subiscono l’ imprinting non seguono modalità

cromosomi ereditati da uno dei genitori.

perché l’ imprinting fa si che la progenie distingua gli alleli ereditati dal

mendeliane di trasmissione gene viene “etichettato” da

padre e dalla madre ed a seconda di come un particolare ognuno dei 2

genitori la progenie esprimerà l’ allele materno o quello paterno ma non tutti e 2. Questo è il

fenomeno dell’espressione monoallelica.

• Eredità extranucleare: è la trasmissione dei geni situati fuori dal nucleo cellulare. La segregazione dei geni

l’appaiamento e la segregazione dei cromosomi omologhi durante

situati sul genoma nucleare si spiega con

la meiosi. Geni che si trovano in localizzazioni diverse nella cellula non segregano nella stessa maniera.

I geni extranucleari manifestano generalmente il fenomeno dell’eredità uniparentale, ossia che tutta la

progenie, sia femminile che maschile, ha il fenotipo di un genitore soltanto. Negli eucarioti superiori il

fenotipo espresso in modo esclusivo è generalmnete quello della madre e questo dipende dal fatto che la

quantità di citoplasma del gamete femminile supera di gran lunga quella del gamente maschile.

importante ricordare che l’effetto materno è diverso dall’eredità extranucleare perché la prima non

È

coinvolge geni extranucleari ma dipende dal genotipo nucleare della madre prima della fecondazione, mentre

la seconda è dovuta al fatto che lo zigote riceve la maggior parte dei geni extranucleari dalla madre.

-VARIABILITÀ GENETICA-

La diversità degli organismi viventi è il risultato di cambiamenti successivi delle frequenze dei geni, tendenti

a consentire un continuo e progressivo adattamento degli organismi al loro ambiente di vita.

La variabilità genetica interessa anche gli individui che costituiscono una stessa popolazione e che subiscono

le stesse condizioni ambientali. All’interno di una popolazione, la variabilità genetica corrisponde al

corrisponde all’ esistenza all’interno di una popolazione, di due o

polimorfismo propriamente detto. Questo all’1%.

più alleli ad un determinato locus, ciascuno dei quali avente una frequenza apprezzabile maggiore

Il polimorfismo genetico era ed è alla base della selezione degli individui, ed ha permesso la creazione di

popolazioni (razze), più idonee alle diverse produzioni e meglio adattate a precisi ambienti pedoclimatici.

Può avere un applicazione

• Intuitiva:

-selezione naturale;

-addomesticamento;

-creazione delle razze;

• Mirata:

-selezione antropica (genetica quantitativa);

-geni ad effetto visivo;

-geni ad effetto maggiore; 14

• Basato su un’analisi fine”:

-identificazione dei vari geni;

-calcolo delle distanze genetiche;

-studi filogenetici;

-ricerca di geni marcatori

-costruzione di carte genetiche

-identificazione di individui (analisi di paternità, tracciabilità individuale e razziale);

I geni ad effetto visivo comprendono la dimensioni e taglia corporea oppure il colore del pelo.

All’inizio quest’approccio di analisi era adeguato, ma fu presto chiaro che il numero di fenotipi visibili, la

In molti casi l’analisi era resa più difficoltosa dal

cui ereditarietà potesse essere studiata era limitatissimo.

fatto che più di un gene regola un singolo fenotipo.

Biochimico

•Sierologia

•Proteine

Per disinguere i diversi fenotipi si passò alla Biochimica. Gli studi evidenziarono i diversi gruppi sanguigni,

e le varianti alleliche delle sieroproteine, nonché le proteine del sistema immunitario come gli antigeni

leucocitari. Molti di questi loci hanno alleli multipli.

-ANALISI DEL POLIMORFISMO A LIVELLO DEL DNA-

Sequenze Codificanti: solo una parte del numero totale dei geni è presente in forme alleliche che possano

essere distinte in modo semplice.

dell’analisi del polimorfismo genetico

Limiti a livello dei prodotti dei geni (fenotipi)

• Le proteine rappresentano una frazione limitata del prodotto dei geni circa il 10%.

• Non è possibile, a questo livello, individuare mutazioni silenziose, ne corte delezioni o inserzioni.

• Non sono individuabili mutazioni senza sostituzione di amminoacido. (degenerazione del codice genetico)

• Le tecniche utilizzate sono spesso specifiche del sistema genetico studiato.

Metodi di analisi:

Col progresso delle tecniche di biologia molecolare è stato possibile prendere come oggetto in studio

direttamente il DNA cioè la fonte primaria di variabilità. Per ottenere indicazioni sul patrimonio genetico

degli individui appartenenti ad una popolazione è utile utilizzare metodi indiretti es.studio di marcatori.

dell’analisi del polimorfismo genetico a livello del DNA:

Vantaggi

• Viene individuato il polimorfismo di parti codificanti e non del DNA.

• Si individuano mutazioni silenziose e senza sostituzione di un amminoacido.

• Tecnica di base identica per tutti i sistemi genetici studiati.

• dall’età, sesso, e dallo stadio fisiologico dell’individuo

Caratterizzazione di un genotipo indipendentemente

fino dalla sua vita embrionale.

genetici permettono di investigare direttamente l’elica di DNA che è la fonte primaria della

I marcatori

variabilità, senza che intervengano processi intermedi in grado di modificarne l’espressione. Un buon

marcatore deve essere : mendeliano, polimorfo e codominante.

I microsatelliti: si sono rivelati i marcatori migliori perchè presentano fino a 20-30 alleli per locus. Inoltre

permettono di esplorare il genoma in maniera sistematica perchè sono presenti in tutti i cromosomi,

nell’intera lunghezza del cromosoma. Sono sequenze di DNA costituite da un numero variabile di ripetizioni

Costituiscono la frazione del “DNA

di nucleotidi (STRs= Short Tandem Repeats). altamente ripetitivo”.

Sono abbondanti nei mammiferi, uniformemente distribuiti nel genoma e possiedono un alto grado di

polimorfismo, cioè una grande variabilità genetica, dovuta al differente numero di unità ripetute.

Sequenze non codificanti: Sequenze diverse da geni detti marcatori di DNA.

SSLP = Polimorfismi della lunghezza di sequenze semplici;

SNP = Polimorfismi di singoli nucleotidi; 15

-LA GENOMICA-

La genomica è la disciplina che ha per obiettivo la conoscenza della struttura di un genoma nella sua

integralità, localizzare ed identificare i suoi geni, caratterizzare la funzione di ciascuno di essi;

Le conoscenze attuali, al fine di reperire ed identificare o analizzare geni di interesse, ci permettono di

utilizzare 4 diversi livelli di investigazione:

• Studio del Genoma;

• Studio del Trascrittoma;

• Studio del Proteoma;

• Studio di fuzione;

della sequenza di un genoma, dovremo aver ben chiaro che all’ interno di ciascuna specie ne

Nel parlare

esistono versioni diverse. Ad esempio, in una specie ciascun soggetto, (a parte i gemelli identici), ha una

propria versione individuale del genoma. Le differenze tra i singoli genomi individuali sono causate in

maggioranza dagli SNPs, ne sono stati identificati oltre 1,4 milioni, in media uno ogni 2Kb di sequenza.

In media ogni 2Kb, sono anche presenti i microsatelliti, detti brevi ripetizioni in tandem. Tale numero di

ripetizioni cambia nel genoma di ciascun individuo.

Molti di questi SNP e microsatelliti non hanno alcun effetto sulla funzione del genoma, altri invece si.

Anche in questo modo si producono quelle variazioni responsabili delle caratteristiche biologiche tipiche di

ciascun individuo.

Analisi degli STR prevede le seguenti fasi di lavoro:

1.Estrazione del DNA da matrice biologica;

2.Amplificazione delle sequenze di interesse tramite Multiplex PCR;

3.Corsa elettroforetica su gel di poliacrilamide o in Capillare al sequenziatore automatico al fine di ottenere

la taglia allelica (bp) dei frammenti amplificati;

4.Analisi del dato molecolare;

L’analisi degli STR si può applicare per ricerche di

paternità ed identità individuale.

Applicazioni:

• Medicina legale (paternità, identificazione

vittime/criminali);

• Produzioni animali (tracciabilità carni);

• Animal breeding (conferma dei pedigree);

Presupposti:

• Il materiale genetico viene ereditato da entrambi i

genitori biologici;

• Ogni individuo ha un profilo genetico unico; 16

-TRACCIABILITÀ DELLA CARNEBOVINA-

È la capacità di ricostruire la storia di un prodotto alimentare nel settore alimentare e di poterne seguire il

percorso mediante indicazioni documentate. I principali obiettivi sono:

• Fornire uno strumento utile a tamponare le situazioni di panico conseguenti alle crisi alimentari;

• Fornire una leva di marketing per i prodotti tipici;

• Certificar