Basi di Genetica mendeliana

Grazie al quadrato di PUNNETT possiamo prevedere i rapporti tra i vari discendenti di un incrocio.

SS x ss dà S e S e s e s come gameti aploidi che incrociati danno fenotipi tutti lisci come primagenerazione. Incrociando monoibridamente quindi due individui della prima generazione che portano allelidiversi di un singolo locus che quindi avranno gameti aploidi al 50 e 50 tutti e due, ottengo unaseconda generazione in cui due individui sono eterozigoti, 1 è omozigote dominante e 1 omozigoterecessivo.

LOCI: gli alleli sono posizionati su loci corrispondenti di cromosomi omologhi con i due cromatidiidentici per ogni cromosoma. Per loco quindi intendiamo la posizione di un particolare gene sulcromosoma. Un locus può determinare il colore del seme, un altro la forma e un altro ancora laforma del baccello.

Dagli incroci monoibridi mendel dedusse che i geni sono ereditati secondo la legge dellasegregazione; successivamente egli rivolse l’attenzione

All'eredità simulatanea di due o più caratteri, apparentemente non correlati, nella pianta di pisello. Mendel analizzò quindi anche gli incroci di due individui che differivano per gli alleli di due loci (INCROCIO DI IBRIDO), una pianta cioè eterozigote per due geni allo stesso tempo.

Partiamo da GENERAZIONI PARENTALI gialli e lisci (SS e YY) e verdi e rugosi (ss e yy). Incrociandoli otteniamo una prima generazione F1 dove tutti gli individui sono gialli e lisci (SsYy) eterozigoti. Egli lasciò che la progenie F1 si autofecondasse per produrre la progenie F2. Mendel non poteva prevedere gli sviluppi di quest'incrocio.

Incrociando nuovamente gli individui otteniamo una seconda generazione di 9 individui gialli e lisci, 3 verdi e lisci, 3 gialli e rugosi e 1 rugoso e verde, seguendo quindi i caratteri separatamente colore e superficie otteniamo sempre un rapporto 3:1. Questo significa che l'eredità del gene per il colore del pisello, non

è influenzata dall’eredità de gene della forma del pisello e viceversa. Dairapporti osservati, mendel dedusse il meccanismo biologico alla base del rimescolamento deglialleli: l’assortimento indipendente delle coppie di geni durante la formazione dei gameti. Il gameteY potrà ricevere, con la stessa probabilità, l’allele per la forma del pisello R o r.

PRINCIPIO DELL’ASSORTIMENTO INDIPEDENTE: afferma che i membri di una coppia digeni segregano indipendentemente dai membri di un’altra coppia. Questo avviene in modo precisoe assicura che ogni gamete contenga un singolo allele per ogni locus, ma gli alleli di loci differentivengono assortiti nei gameti in modo casuale l’uno rispetto all’altro. Oggi sappiamo chel’assortimento indipendente è correlato agli aventi della meiosi.

Ma l’assortimento indipendente non si può applicare se due loci sono situati non distanti sulla stessacoppia di cromosomi omologhi.

Dal momento che questi loci sono localizzati sulla stessa coppia di cromosomi omologhi, i loro alleli non si combinano indipendentemente ma al contrario tendono ad essere ereditati insieme e si dice che sono associati (associazione o linkage). L'associazione è quindi la tendenza di un gruppo di geni localizzati sullo stesso cromosoma a essere ereditati insieme nelle generazioni successive. Questo avviene perché i cromosomi si appaiano e si separano durante la meiosi come unità e di conseguenza tendono ad essere ereditati come unità. Se i loci fossero stati su differenti cromosomi (non associati), i genitori eterozigoti nel rincrocio avrebbero prodotto 4 tipi di gameti in egual numero. Processo in cui prende parte l'assortimento indipendente e quindi la produzione di nuove combinazioni geniche ovvero delle ricombinazioni. Geni infatti che occupano loci distanti su un cromosoma hanno maggiori probabilità di essere separati da un crossing over.

rispetto a quelli che si trovano in loci vicini. (CROSSING OVER: scambio tracromatidi omologhi, non fratelli, di materiale cromosomico attraverso un processo di rottura e diriunione catalizzato da enzimi).

ESTENSIONI DELLE GENETICA MENDELIANA

Studi sull’ereditarietà hanno mostrato che uno degli alleli di una coppia può non essere completamente dominante sull’altro. Quindi è improprio parlare di dominante e recessivo. Questo non vuol dire che le caratteristiche dei genitori al momento della fecondazione si mescolano ma tutto il contrario. Il colore del fiore viene considerato come una prova calzante di dominanza incompleta. Ad esempio incrociando due piante una a fiore rosso e una a fiore bianco otteniamo una prima generazione di colore rosa. Questi sono chiaramente individui eterozigoti e né l’allele rosso né l’allele bianco sono completamente dominanti l’uno rispetto all’altro. Quando un eterozigote manifesta un fenotipo intermedio,

In questo caso, una pigmentazione mista significa che i geni per quel carattere mostrano una dominanza incompleta. Può anche verificarsi un caso di codominanza, in cui l'eterozigote mostra il fenotipo di entrambi gli omozigoti. Ad esempio, un incrocio tra linee pure di lenticchie con fenotipo chiazzato e linee pure con fenotipo punteggiato produce eterozigoti che sono sia chiazzati sia punteggiati. Poiché ogni genotipo ha il proprio fenotipo corrispondente, il rapporto è di 1:2:1. Spesso gli alleli sono codominanti a livello molecolare per quanto riguarda la proteina che essi codificano, anche se la codominanza non è immediatamente visibile a livello dell'intero organismo. Un esempio di ciò è l'anemia falciforme. Gli individui omozigoti per l'allele falciforme sono affetti dalla malattia, mentre non lo sono gli omozigoti per l'allele normale. Gli eterozigoti generalmente godono di buona salute, quindi l'allele falciforme è

recessivo rispetto all'allele normale. Ma i globuli rossi di un eterozigote hanno sia la proteina normale che la proteina falciforme; perciò a livello molecolare l'allele normale e falciforme sono codominanti.

Un altro esempio è il caso dei gruppi sanguigni. I gruppi sanguigni 0, A, B, e AB sono controllati da 3 alleli (ALLELI MULTIPLI) e questa è la ragione per cui un individuo con gruppo sanguigno A e uno con gruppo sanguigno B possono avere un figlio che non è né A né B ma 0. L'allele Ia codifica per l'antigene A, espressa sulla superficie dei globuli rossi, l'allele Ib porta alla produzione di antigene B. L'allele i (il terzo allele) non codifica per nessun antigene. Gli individui con genotipo IaIa o Iai hanno il gruppo sanguigno A, quelli con genotipo IbIb o Ibi hanno il gruppo B. quelli con genotipo IaIb hanno il gruppo AB, e quelli con ii hanno lo 0. Questi risultati dimostrano che gli alleli Ia e Ib non sono

dominanti l'uno rispetto all'altro, sono entrambi espressi fenotipicamente nell'eterozigote e di conseguenza sono codominanti, ma entrambi sono dominanti rispetto all'allele ii.

In una serie allelica si possono originare degli alleli multipli anche per le mutazioni. Le mutazioni sono alterazioni casuali del materiale genetico e che possono insorgere casualmente o spontaneamente in natura. Una volta verificatesi nelle cellule che formano i gameti, esse vengono ereditate fedelmente.

La sopravvivenza di un nuovo allele all'interno di una popolazione dipende da molti fattori, in particolare dal suo contributo al successo riproduttivo. Dato che ogni individuo porta due copie di ciascun gene, si può calcolare il numero di copie di un certo gene moltiplicando il numero di individui per due.

Il numero di copie di un dato allele di un certo gene rispetto al numero totale di copie di quel gene dà un valore percentuale che è chiamato frequenza allelica.

Un allele la cui frequenza è maggiore dell'1% è considerato un allele di tipo selvatico. Un allele con una frequenza minore dell'1% è considerato allele mutante.

Mendel era un acuto osservatore perché anche se lui dedusse le sue leggi da studi di un singolo gene per un singolo carattere, riscontrò che specifici colori del guscio del seme sono sempre associati a specifici colori dei fiori. Il fenomeno per cui un singolo gene determina un certo numero di caratteri apparentemente non correlati, è conosciuto come pleiotropia. (il contrario dell'allelia multipla) La maggior parte dei casi di pleiotropia può essere ricondotta ad una singola causa fondamentale. Ad esempio un enzima difettivo può influenzare il funzionamento di molti tipi di cellule. Per esempio molti uomini aborigeni maori della nuova zelanda sviluppano diversi problemi respiratori e di sterilità. La causa risiede nell'allele recessivo di un singolo gene.

Negli omozigoti per l'allele recessivo, le ciglia che normalmente tengono pulite le vie aeree e i flagelli che normalmente azionano gli spermatozoi non funzionano efficacemente.

ALLELI LETALI RECESSIVI: una variante interessante della pleiotropia avviene nel caso degli alleli che non solo producono un fenotipo visibile ma influenzano anche la vitalità. Mendel suppose che tutti i genotipi fossero ugualmente vitali, cioè che i rappresentanti di ciascun genotipo hanno la stessa probabilità di sopravvivere. Può succedere come nel caso dei topi che un allele controlli due caratteri differenti, può essere dominante nel determinare ad esempio il colore del mantello, e può essere recessivo per quanto riguarda la letalità. Un allele del genere che influenza negativamente la sopravvivenza di un omozigote è definito allele letale recessivo. Mutazioni di questo tipo talvolta rimangono silenti, eccetto che nel caso di omozigosi che nell'uomo.

Sono spesso causati da unioni tra consanguinei (un allele impedisce la produzione di una molecola cruciale e gli omozigoti per questo allele non sono in grado di sopravvivere). Al contrario, negli eterozigoti con una sola copia della mutazione deleteria e dell'allele selvatico, sono in grado di produrre il 50% della quantità selvatica della molecola normale che di solito permette i normali processi cellulari e quindi la sopravvivenza.

UN ESEMPIO: L'ANEMIA FALCIFORME ILLUSTRA MOLTE ESTENSIONI DELL'ANALISI MENDELIANA: la malattia è causata da un difetto della molecola di emoglobina. L'emoglobina è composta da due tipi di catene polipeptidiche, alfa e beta globina, ciascuna specificata da un gene differente. I globuli rossi normali sono stipati di milioni di molecole di emoglobina, ciascuna delle quali raccoglie ossigeno nei polmoni e lo trasporta in tutti i tessuti del corpo.

ALLELIA MULTIPLA: il gene per la beta globina ha un allele normale selvatico che

specifica la globina beta totalmente funzionale e circa 400 mutanti identificati. Il più comune di questi specifica un polipeptide anormale responsabile della forma falciforme dei globuli