Basi di genetica

La genetica è la disciplina che studia l’ereditarietà dei caratteri. Le varie genetiche:

Della trasmissione dei caratteri (formale)

 Molecolare (genetica dello sviluppo e differenziamento, ingegneria e biotecnologie

 genetiche)

Genomica (discipline omniche), processo tecnologico e il sequenziamento di genomi

 interi

Delle popolazioni

 GENETICA DI BASE

 GENETICA APPLICATA



GENETICA DI BASE= gli enzimi di restrizione difendono i batteri (E. Coli) dall’infezione di virus

batteriofagi (fago lamba). Ogni ceppo batterico ha un enzima di restrizione diverso che lo

ripara da specifici virus= restrizione dell’infezione.

GENETICA APPLICATA= gli enzimi di restrizione sono forbici molecolari che riconoscono e

tagliano il DNA a doppia elica in posizione precise ed in modo costante riconoscendo come

bersaglio sequenze precise di nucleotidi. Sono stati isolati e si possono usare centinai di

enzimi di restrizione.

Taglio del DNA da parte dell’enzima di restrizione EcoRI questo enzima produce tagli



simmetrici e a zigzag nel DNA lasciando estremità adesive. Un frammento di DNA con

estremità adesiva prodotto da EcoRi può legarsi per appaiamento tra le basi complementari a

qualunque altro frammento di DNA con la stessa estremità adesiva prodotta dall’enzima,

attraverso le estremità complementari che sono saldate dalla DNA ligasi. (processo della

genetica applicata!)

-Estremità di restrizione= forbice molecolare che taglia il DNA a doppia elica in sequenze

definite e in modo preciso -Vettore (plasmide)= molecole di DNA artificiale

circolare in grado di autoreplicarsi autonomamente in un ospite batterico -Vettore

ricombinante= plasmide nel quale è stato inserito il frammento di DNA isolato in enzimi di

restrizione -Ospite= batterio di Escherichia Coli ingegnerizzato

che ospita i vettori ricombinanti -Risultato del clonaggio=

un clone batterico nel quale sono mantenute molte copie del vettore ricombinante con il

frammento di DNA clonato che può essere riprodotto fedelmente in quantità sufficiente per la

sua analisi e il suo utilizzo

Applicata = analisi del DNA fetale con gli enzimi di restrizione permette di

gen.

diagnosticare precise variazioni patologiche nei geni del nascituro, l’analisi molecolare della

struttura del gene per la goblina di tipo beta del DNA fetale permette l’identificazione di

mutazioni della sequenza.

Le sequenze ripetute e la loro analisi in genetica forense BASE, parte del genoma umano è



occupato da diversi tipi di sequenze ripetitive che si trovano diffuse nei cromosomi e si

differenziano per il tipo ed il numero di ripetizioni di una certa sequenza di nucleotidi.

APLLICATA, il numero di copie di una certa sequenza ripetuta è diversa da individuo a

individuo. È possibile riconoscere gli individui dalla loro diversa impronta di sequenze. È anche

possibile caratterizzare molecolarmente la parentela di una famiglia attraverso l’analisi

dell’eredità di particolari sequenze.

SISTEMA CRISPR/CAS9 = BASE, il sistema utilizzato per immunità innata dei batteri

 contro organismi che li possono infettare. Nel genoma dei batteri sono accumulati

frammenti di sequenze di genomi invasori nelle regioni CRISPR. Le proteine CAS,

guidate da RNA complementari e un frammento crispr, riconoscono e degradano il

genoma di un invasore che tenta di infettare il batterio. APPLICATA, il sistema utilizato

per modificare una sequenza di DNA in vivo. La proteina Cas9 ricombinante viene

guidata da uno specifico RNA sintetico complementare ad una sequenza di DNA di un

genoma, riconosce la sequenza e taflia il DNA in modo preciso, sostituendo un

frammento mutato con un frammento giusto.

SVILUPPO DELLE BIOTECNOLOGIE GENETICHE ed uso di organismi

Produzione

geneticamente modificati

Batteri geneticamente modificati per ingegneria genetica, produzione di proteine,

 bioremediation, vita sintetica

Piante geneticamente modificate, controversie diffusione di resistenze nell’ambiente.

 Biodiversità, brevetti

Animali geneticamente modificati, pecora dolly

 Cellule staminali totipotenti da embrione, da adulto, somatiche indotte



La genetica utilizza organismi modello con requisiti: origine genetica nota, ciclo vitale breve,

progenie numerosa, mantenimento e manipolazione facili, alta variabilità fra individui,

differenze evidenti e misurabili, mantenimento delle differenze nelle generazioni, conoscenza

della struttura del genoma.

GENOTIPO= insieme delle caratteristiche ereditarie (caratteri) sotto controllo di sequenze di

DNA (geni o fattori)

FENOTIPO= insieme delle caratteristiche visibili o misurabili di un individuo, determinate

dall’interazione geni-geni e geni-ambiente

L’attività dei geni dipende:

A. Dalla loro attivazione: il gene deve essere trascritto, i geni sono accesi in modo

differenziale durante lo sviluppo e durante le diverse attività cellulari

B. Dall’interazione con altri geni (gruppi di geni detti veloci e lenti e rispecchia le due

tipologie di fibre)

C. Da influenze ambientali (contributo variabile)

MENDEL : Ha successo perché sceglie un organismo modello adeguato, ha un piano

sperimentale con controlli, raccoglie dati numerici e quantitativi, mette a punto un metodo

sperimentale per incroci controllati, sceglie caratteri stavili e facili da classificare, solo due

varianti per carattere osservato, isolamento e utilizzo di linee pure TEORIA DELLA



TRASMISSIONE DEI CARATTERI TRA LE GENERAZIONI.

-La teoria gli permette di guidare gli incroci fra le piante con le caratteristiche fenotipiche

delle quali voleva studiare la trasmissione nelle generazioni

Generazione mendeliana 1: incroci monoibridi (varietà di piante che differiscono per un

carattere)

Linea pura= pianta di pisello che produce piante con la stessa variante per un carattere

(autofecondazione, 14 linee pure, due varietà per ogni carattere)

P= generazione parentale

 F1= generazioni filiali (1, 2, 3)

 X= incrocio



-forma del seme P= semi lisci X semi rugosi F1= semi tutti lisci (PRINCIPIO



DELL’UNIFORMITA’ DEGLI IBRIDI), F1 X F1 = ricompare il carattere semi rugosi e semi

lisci nella F2 (non più linee pure) -le varianti del carattere

delle due piante linee pure sono dovute a fattori (geni) che passano alle progenie

attraverso i gameti, ogni fattore può esistere in due forme alleli, le linee pure hanno

due alleli uguali, le F1 non sono linee pure e nel fenotipo è espresso solo uno dei due

alleli che maschera l’altro dominante e recessivo, i gameti hanno uno solo dei due

alleli per carattere

I geni sono portati dai cromosomi, il pisum sativum è diploide cioè ogni cromosoma ha un

suo omologo. Ogni cellula adulta ha due alleli per il gene forma del seme (DIPLOIDE). I gameti

maschili e femminili invece sono cellule APLOIDI e hanno solo un cromosoma e portano un

solo allele.

-carattere: forma del seme, 2 alleli, 1 dominante=liscio, 1 recessivo= rugoso

-fenotipi e fenotipi: possibili nel caso di un gene con due alleli

In tutti gli incroci monoibridi per le 7 coppie di

varianti si presentano 3 fenotipi dominanti ed 1

omozigote recessivo.

I° PRINCIPIO DI MENDEL= SEGREGAZIONE

DEGLI ALLELI PER UN CARATTERE

Ogni gene (carattere) = 2 varianti

 (alleli)

Carattere = superficie del seme

 Alleli: S = liscio, dominante

 s = rugoso, recessivo

1 allele dominante 1 recessivo

 Genotipi: S/S (omoz. Dominante), S/s

 (eterozigote), s/s (omoz. Recessivo)

Fenotipi: liscio (dom.) liscio (dom.

rugoso (recessivo)

Genetica mendeliana-complicazione : incroci diibridi (linee pure) che differiscono per due

caratteri. -forma del seme: liscio (S), rugoso (s) -colore del seme: giallo

(Y), verde (y)

P ♀ S / S ; Y / Y (liscio; giallo) X ♂ s / s ; y / y (rugoso; verde) GAMETI: 100% S, Y 100%



s, y

F1 S / s ; Y / y GENOTIPI: 100% S / s ; Y / y FENOTIPI: 100% liscio ; giallo



Ogni individuo della F1 può formare 4 tipi di gameti con frequenza uguale indipendentemente

dall’associazione dei gameti presente nella generazione P. I gameti possono poi combinare

alla fecondazione in 16 combinazioni.

INCROCI DIIBRIDI (Linee pure) secondo la teoria cromosomica

Genotipi F2: tutti con frequenze diverse, 9 genotipi e 4 fenotipi (9/16 semi lisci-gialli,

 3/16 semi lisci-verdi, 3/16 semi rugosi-gialli, 1/16 semi rugosi-verdi)

II° PRINCIPIO – ASSORTIMENTO INDIPENDENTE

= gli alleli di geni che controllano caratteri diversi si distribuiscono nei gameti in

modo indipendente gli uni dagli altri

Utilizzo di uno schema ramificato, si considera nell’incrocio un gene per volta e si

 calcolano i possibili fenotipi indicandone la frequenza, si combinano le frequenze dei

fenotipi per ogni singolo gene (prodotto delle frequenze)

Le piante F1 possono ormare 4 tipi di gameti (stessa frequenza) che si uniscono in tutte

 le possibili combinazioni (16), esse danno 9 diversi genotipi con diversa frequenza

I 9 genotipi producono 4 fenotipi (doppio dominante, dominante per colore del seme e

 recessivo per forma, recessivo per colore e dominante per forma, doppio recessivo) 9:

QUADRATO DI

3: 3: 1 PUNNET

Genetica mendeliana: incroci di triibridi (linee pure)

triplo dominante: doppio dominante,

Fenotipo: 1) seme liscio, seme giallo, fiore porpora 2)

singolo recessivo: doppio dominante, singolo

seme liscio, seme giallo, fiore bianco 3)

recessivo: doppio dominante, singolo recessivo

seme liscio, seme verde, fiore porpora 4) :

singolo dominante, doppio recessivo

seme rugoso, seme giallo, fiore porpora 5) : seme liscio,

singolo dominante, doppio recessivo

seme verde, fiore bianco 6) : seme rugoso, seme giallo,

singolo dominante, doppio recessivo

fiore bianco 7) : seme rugoso, seme verde, fiore porpora

triplo recessivo:

8) seme rugoso, seme verde, fiore bianco

Grazie ai rapporti di dominanza-recessività completi fra i due alleli di uno stesso gene si

possono impostare degli incroci opportuni per rivelare l’assetto allelico di una pianta a

genotipo ignoto REINCROCIO o TEST-CROSS (utilizzo diagnostico), si isola e si mantiene una



pianta linea pura che sia genotipicamente omozigote recessiva (perché ininfluente) per i geni

di cui si vuole analizzare l’assetto allelico in altre piante test a genotipo ignoto

TEORIA CROMOSOMICA

= composta dallo studio dei comportamento dei geni e dallo studio dei comportamenti dei

cromosomi.

Il materiale genetico è suddiviso in uno o più cromosomi (CARIOTIPO). Alcuni hanno una sola

copia dei diversi cromosomi (Aploide N), altri hanno due copie di ciascun cromosoma (Diploide

2N). eucarioti diploidi originano dalla fusione di due gameti aploidi che portano alla

gli

formazione di uno zigote diploide (2N).

cromosomi di ogni coppia sono detti omologhi, un sesso possiede una coppia di cromosomi

i

sessuali identici e appaiabili (OMOGAMETICO), l’altro una coppia di cromosomi sessuali diversi

e non appaiabili (ETEROGAMETICO), le coppie non sessuali sono dette AUTOSOMI e sono

identiche e non appaiabili.

Il ciclo cellulare è composto di varie fasi. Nella metafase i cromosomi sono visibili ed è

possibile capire il meccanismo della ripartizione del materiale genetico fra generazioni di

cellule.

① cromatidio (molecola di DNA a doppia elica)

② centromero (giunzione fra due cromatidi)

③ braccio corto del cromosoma Morfologia dei cromosomi metafasici

④ braccio lungo del cromosoma

⑤ e ① cromatidi fratelli

⑤Telomeri (terminali della doppia elica)

FASI DELLA MEIOSI

La meiosi consiste in due successive divisioni cellulari

I divisione meiotica

 II divisione meiotica



Ci può essere un intervallo più o meno lungo fra la I e la II divisione meiotica (specie-specifico)

Ciascuna divisione meiotica suddivisa nella quattro fasi (profase, metafase, anafase, telofase)

La fase più importante e caratteristica della meiosi è la profase della I divisione meiotica

La profase della prima divisione meiotica si divide ulteriormente in sub-fasi:

• Leptotene