Esame di Genetica

Leggi di Mendel

Autofecondazione e linee pure

Autofecondare una pianta dà origine ad una linea pura. Una linea pura (o parentale) è costituita da individui omozigoti dominanti o recessivi e presenta una stessa caratteristica che si mantiene costante nelle generazioni. In generale, gli alleli segregano, cioè si separano, al momento della formazione dei gameti, infatti ogni gamete prodotto porta un solo allele.

Esperimenti di Mendel

Mendel lavorò sulla pianta di pisello, prendendo in considerazione diversi caratteri come il colore del seme o il colore del fiore della pianta. Prese due linee pure di questa pianta, una con fiori con fenotipo rosso e una con fiori con fenotipo bianco, e le incrociò. La generazione F₁ che ottenne era composta da soli individui rossi. Non conoscendo l’allele vero e proprio, Mendel però definì la dominanza, cioè che il colore rosso è dominante sul bianco.

In seguito, incrociò due individui della F₁ ed ottenne che la maggior parte degli individui della F₂ erano rossi e una piccola parte erano bianchi. Succede ciò perché gli individui della F₁ sono eterozigoti e quindi produrranno gameti sia dominanti che recessivi, e fecondandoli si otterranno sia individui omozigoti dominanti (rossi), sia eterozigoti (rossi), sia omozigoti recessivi (bianchi). Notò che questi erano in un rapporto di 3:1 (3 con fenotipo dominante e 1 con fenotipo recessivo).

Studiando le probabilità, infatti, si otterrà che ¾ avranno un fenotipo dominante, sia omozigoti dominanti che eterozigoti e ¼ avranno un fenotipo recessivo, cioè gli omozigoti recessivi. Questo è un monoibrido, cioè l’incrocio di due linee pure che differiscono per un solo carattere. Esistono anche i diibridi, triibridi e così via.

Mendel proseguì i suoi esperimenti andando ad incrociare delle linee pure che differivano per due caratteri: una linea di semi liscia gialla e una rugosa verde. Il carattere liscio è dominante sul rugoso e il giallo è dominante sul verde. Incrociando queste linee pure, nella F₁ ottenne tutti individui lisci gialli (eterozigoti). Andando a fare la F₂ riottenne individui rugosi verdi, ma ottenne anche linee mai viste prima, come rugosi gialli e lisci verdi. Questi avevano un rapporto di 9:3:3:1. Le linee pure, sia dominanti che recessive, si riformarono, entrambe con un rapporto di 1/16, dove però gli omozigoti dominanti erano compresi nei 9/16, che appunto presentavano fenotipo dominante (liscio giallo) e quindi solo 1 di questi 9 avevano un genotipo omozigote dominante.

Segregazione e dominanza

• Segregazione della F₁ di un monoibrido 3:1 → 2
• Segregazione della F₁ di un diibrido 9:3:3:1 → 2
• Segregazione della F₁ di un triibrido 27:9:9:3:9:3:3:1 (qui si producono 64 → 2 fenotipi perché entrambi gli individui della F₁ che vengono incrociati producono 81 gameti, quindi 8*8=64.

La dominanza completa possiede una segregazione 3:1, quella in cui un allele è dominante sull’altro. Esistono altri casi: quando vi è dominanza incompleta, la segregazione è 1:2:1, in cui i "2" sono gli eterozigoti, che però non si sono mai manifestati prima. Infatti, in questo tipo di dominanza, un allele dominante si esprime, ma la sua espressione viene contaminata dal recessivo. Un esempio è quando si incrocia un fiore rosso e un fiore bianco (entrambi omozigoti) e si ottiene una F₁ con fiori con fenotipo rosso chiaro, mai visto prima. Invece gli "1" sono gli omozigoti, cioè i rossi e i bianchi.

La codominanza è quando i due alleli si esprimono allo stesso modo, perché producono entrambi la stessa quantità di proteina. Un esempio sono i gruppi sanguigni, in cui i gruppi A e B sono codominanti tra loro ed entrambi dominanti sul gruppo 0.

Leggi di Mendel

• I legge: dall’incrocio di due linee pure, che differiscono per un solo carattere, si ottiene una F₁ in cui tutti gli individui manifestano uno solo dei due fenotipi parentali.
• II legge (legge della segregazione): gli alleli di un dato gene segregano durante la formazione dei gameti.
• III legge: due fattori responsabili di due caratteri diversi assortiscono in modo indipendente l’uno dall’altro.

Serie alleliche e alleli letali

Serie alleliche: insieme di tutte le varianti alleliche di un gene. Un esempio è il gene per il colore del pelo dei conigli che possiede 4 diversi alleli per il colore: C⁺, C^ch, C^h, C^a. La differenza tra questi sta nella funzionalità della proteine per cui codificano, in questo caso è la tirosinasi.

Alleli letali: il mais, ad esempio, potrebbe presentare l’albinismo, cioè un carattere letale recessivo. Quindi le piante di mais con genotipo omozigote recessivo per il locus dell’albinismo non accumulano clorofilla e quindi la pianta non si svilupperà.

Reincrocio (test-cross) e eredità criss-cross

Reincrocio (test-cross): serve per determinare il genotipo ignoto di un individuo che presenta un fenotipo dominante e si effettua incrociando questo con un omozigote recessivo. Reciproco: scambio dei sessi dei genitori, se il risultato del reciproco è uguale vuol dire che i caratteri non sono legati al sesso.

Eredità criss-cross: quella in cui i maschi presentano il fenotipo materno e le femmine quello paterno. Si vide nella abraxas (un tipo di falena). Incrociando maschi neri con femmine bianche, la progenie sarà sia maschi che femmine nere. Andando però ad incrociare dei maschi bianchi con delle femmine nere, cioè facendo un reciproco, si notò che la progenie era costituita da femmine bianche e maschi neri.

Teoria cromosomica dell'eredità

Teoria secondo la quale i fattori mendeliani, cioè i geni, sono localizzati sui cromosomi. Morgan effettuò esperimenti prendendo in considerazione il colore degli occhi di drosophila, in particolare osservando una mutazione recessiva, indicata con w, che determina occhi bianchi. L’allele selvatico che determina il colore rosso degli occhi è w⁺ (incroci di Morgan).

Ipotizzò che questo gene per il colore degli occhi si trovasse sul cromosoma X, che l’allele occhi rossi fosse dominante e quello occhi bianchi recessivo. Morgan, infatti, dimostrò che i geni si trovano sui cromosomi. Quindi, nelle femmine ci sono due possibili alleli perché possiedono due cromosomi XX, mentre nei maschi solo uno. Infatti, nel maschio, alcuni caratteri presenti sul cromosoma X si esprimono anche se recessivi perché non esiste un omologo sul cromosoma Y.

Calvin Bridges, incrociando un maschio con occhi rossi e una femmina con occhi bianchi, trovò una progenie straordinaria di tipo I, cioè maschi con occhi rossi, ma sterili e femmine con occhi bianchi, ma fertili. Incrociò una femmina straordinaria con occhi bianchi con un maschio normale con occhi rossi e ottenne una progenie straordinaria di tipo II. Il 4% erano maschi con occhi rossi fertili e il restante erano femmine con occhi bianchi fertili.

Ipotizzò un’anomalia nei cromosomi X delle femmine nella progenie straordinaria tipo di I, ma quello che avvenne in realtà era la non disgiunzione dei cromosomi in meiosi cioè che i cromosomi X della cellula uovo che hanno generato queste femmine, non si sono separati ed erano entrambi nella cellula uovo. Quindi, in meiosi I si forma una cellula con una coppia di cromosomi e una senza niente, perché gli omologhi non si separano. In meiosi II si formeranno due gameti diploidi. Questo fenomeno avviene raramente durante le meiosi in tutti gli organismi.

La fecondazione di queste cellule uovo anomali da parte di spermatozoi normali produsse individui XXY, cioè femmine con occhi bianchi e individui X0, che sono maschi con occhi rossi, ma sterili. Quando si creano individui XXX o Y0 non sono vitali. Esistono anche sindromi umane causate dalla non disgiunzione, ad esempio la sindrome di Turner X0 e la sindrome di Klinefelter XXY, trisomia X (XXX) e sindrome del doppio Y (XYY).

I maschi che presentano un solo X trasmettono il carattere a tutte le figlie femmine, ad esempio il daltonismo o l’emofilia. Per avere una figlia malata, la madre deve essere omozigote recessiva. Le femmine eterozigoti sono dette portatrici sane.

Determinazione del sesso e segregazione non indipendente

Determinazione del sesso di tipo ambientale: è legata ai parametri ambientali e quelli di sviluppo. Quelli ambientali sono, ad esempio, la tartaruga che a 32°C produce femmine e a 28°C maschi. Quelli di sviluppo sono, ad esempio, l’orata che con lo sviluppo invertono il sesso da maschio a femmina.

Segregazione non indipendente: i geni che sono localizzati sullo stesso cromosoma non obbediscono alla segregazione indipendente, vista nei geni descritti da Mendel. Questo perché i geni concatenati, cioè che stanno sullo stesso cromosoma, al momento della meiosi tendono a rimanere legati l’uno all’altro.

Esperimenti di Bateson, Sunders e Punnet e Morgan

Bateson, Sunders e Punnet, incrociando fiori e guardando il carattere colore e forma del polline, notarono che la F₁ non aveva un rapporto fenotipico atteso classico, ma notarono un eccesso di parentali. Successivamente, Morgan, lavorando su drosophila, propose che la concatenazione potesse essere la causa di ciò.

Incrociò due ceppi che differivano per due geni autosomici, cioè il colore degli occhi che potevano essere rossi o porpora e la grandezza delle ali che potevano essere normali o vestigiali. I geni selvatici erano gli occhi rossi e ali normali, mentre quelli mutati erano occhi porpora e ali vestigiali. Facendo un incrocio di tipo cis, con individui con uno entrambi con geni normali e l’altro con entrambi i geni mutati, ottenne una F₁ con genotipo sconosciuto e fenotipo dominante e fece quindi un reincrocio per determinare il suo genotipo.

Ottenne dei gameti sia parentali che ricombinanti, ma i parentali erano in numero molto maggiore rispetto agli altri. Se fossero stati geni con segregazione indipendente avrebbe ottenuto 4 classi con ugual frequenza. Incrociò poi due linee pure con un gene trans mutato e uno selvatico e ottenne, dopo un reincrocio della F₁, anche in questo caso, che i parentali erano in numero molto maggiore e ipotizzò quindi che fossero geni sullo stesso cromosoma.

Quando gli alleli pr e vg sono fisicamente sullo stesso cromosoma, vengono trasmessi insieme, così come gli alleli pr⁺ e vg⁺, presenti sul cromosoma omologo dell’altro parentale. Questo è il motivo del perché le combinazioni parentali sono le più frequenti, mentre le ricombinanti sono meno frequenti perché derivano dal processo di crossing over, che è un evento raro che avviene durante la profase della meiosi I (gli omologhi si appaiano, i cromosomi che hanno gli alleli pr e vg si andranno ad appaiare a quelli che possiedono pr⁺ e vg⁺).

Durante la profase si forma un chiasma, che avviene nello spazio tra un gene e l’altro di cromatidi non fratelli. Quindi, alla fine della prima divisione meiotica avremo due cromatidi non fratelli parentali, con i rispettivi cromatidi fratelli ricombinanti e alla fine della seconda divisione meiotica si avranno una parte di gameti parentali e una parte ricombinanti. Anche se avvengono eventi multipli, la frequenza di gameti ricombinanti non supera mai il 50%. Questa frequenza di ricombinazione si può calcolare facendo il n° dei ricombinanti diviso il n° totale dei gameti (*100, se si vuole la percentuale).

Mappa genetica

La mappa genetica è l’ordine dei geni sui cromosomi e le loro distanze. Più i geni sono lontani, più è alta la possibilità che avvenga un crossing over. La probabilità di questo evento, cioè la frequenza di ricombinazione, può essere usata come misura della distanza dei geni. Solitamente avviene un ricombinante ogni 100 gameti, quindi l’1% e in questo caso il n° medio di crossing over atteso in una generazione è quindi quella dello 0,01. L’unità di mappa (u.m.) è uguale alla percentuale di ricombinazione, che viene poi cambiata in cM (centiMorgan).

Conoscendo la distanza fra i geni è possibile determinare la loro posizione. Prima di tutto si vedono i geni più vicini tra loro. Per stabilire quale gene viene dopo, si vede quale gene è più vicino ad uno dei due. Per capire se questo terzo gene preso in considerazione è a destra o a sinistra di quello scelto precedentemente, bisogna confrontare le distanze.

Interazione tra geni

Epistasi recessiva 9:3:4: quando una coppia di alleli omozigoti recessivi copre l’espressione fenotipica di un’altra coppia di alleli. Esempio A (aa) è epistatico su B. La segregazione della F₂ nel caso di epistasi recessiva è 9:3:4. P= aguti x albino F₁ = aguti x aguti F₂ = aguti (9/16), neri (3/16), albini (4/16)

Doppia epistasi recessiva 9:7: il rapporto di combinazione è 9:7. Nell’epistasi doppia recessiva due geni manifestano un fenotipo diverso quando sono contemporaneamente presenti entrambi almeno con un allele dominante per gene. Solo 9/16 producono il prodotto finale, gli altri 7/16 no. Esempio fiori di pisello, l’incrocio di piante a fiori bianchi di linee pure dava una F₁ con fiori rossi. Nella F₂ furono ottenute due classi fenotipiche: 9/16 fiori rossi (A-B-) e 7/16 fiori bianchi (A-bb, aaB-, aabb). Questo risultato si può spiegare con la presenza di due geni che controllano due passaggi diversi della catena che porta alla sintesi del pigmento.

Epistasi dominante 12:3:1: l’allele dominante di un gene è epistatico sull’allele recessivo dell’altro. P= topi marrone x bianco F₁ = marrone x marrone F₂ = marroni (9+3; A-B-, A-bb), neri (3; aaB-), bianchi (1; aabb)

Soppressione 13:3: quando dei geni codificano per enzimi che producono molecole che sopprimono un fenotipo. La segregazione della F₂ è 13:3. Esempio B produce pigmento rosso, A produce molecola che inibisce il rosso, aabb non producono pigmenti. P=polli bianco (AABB) x bianco (aabb) F₁ = bianco x bianco (AaBb) F₂ = bianchi (9+3+1; A-B-, A-bb, aabb), rossi (3; aaB-)