Fondamenti di genetica

Fenomeno della non-disgiunzione e segregazione dei geni nella meiosi

Può avvenire però un fenomeno che è quello della non-disgiunzione, ossia il fallimento del movimento verso i poli opposti in anafase dei cromosomi omologhi (meiosi I) o dei cromatidi fratelli (meiosi II). Bridges si accorse della progenie eccezionale da femmine con occhi bianchi x maschi con occhi rossi, in quanto in F1 il risultato dell'incrocio era 1/2000 moscerini o femmine con occhi bianchi o maschi con occhi rossi, quando l'atteso era femmine con occhi rossi e maschi con occhi bianchi. Si parla quindi di non-disgiunzione primaria o secondaria (un fenotipo specifico viene associato a uno specifico assetto cromosomico). La modalità di segregazione dei geni segue la modalità di comportamento dei cromosomi nella meiosi. Il principio della segregazione si applica alla segregazione di un paio di cromosomi omologhi e della coppia di geni associati. Per quanto riguarda invece il principio dell'assortimento indipendente si applica alla

segregazione di entrambe le paia di cromosomi omologhi e delle due coppie di geni associati. Si osserva quindi un comportamento parallelo dei geni mendeliani e dei cromosomi alla meiosi. L'ipotetica cellula diploide AaBb contiene un paio di cromosomi omologhi metacentrici, che portano la coppia di alleli A/a e un paio di cromosomi acrocentrici che portano la coppia B/b. La disposizione indipendente delle due paia di cromosomi omologhi alla metafase I ha come risultato uguali frequenze dei quattro prodotti meiotici AB, ab, Ab e aB, a dimostrazione del principio di Mendel dell'assortimento indipendente.

> Genetica mendeliana nell'uomo Nell'uomo non sono possibili (per ragioni etiche) incroci programmati. Come si determinano le modalità di ereditarietà dei caratteri? Queste vengono determinate esaminando come il carattere compare negli alberi genealogici di individui che manifestano tale carattere. Si parte facendo un'analisi

dell'albero genealogico o del pedigree, quindi l'elenco completo degli antenati che mostra i rapporti familiari (molto spesso i soggetti hanno in comune caratteristiche definite). In seguito vengono raccolti accuratamente i dati fenotipici della famiglia in esame attraverso parecchie generazioni. L'individuo "affetto" a partire dal quale si ricostruisce l'albero è definito proposito se è maschio, proposita se è femmina. Le generazioni vengono indicate con i numeri romani, mentre gli individui con i numeri arabi. Per riferirsi ad un individuo viene indicato prima il numero della generazione e poi quello dell'individuo.

Di lato una legenda utile per comprendere l'utilizzo dei simboli del pedigree.

Possono esserci diversi casi, per cui:

• autosomico recessivo: ad esempio l'albinismo mostra la trasmissione del carattere autosomico recessivo. Individui affetti hanno genitori normali entrambi eterozigoti. Se il

Il carattere è raro può anche saltare alcune generazioni. Aa x Aa porta una progenie con un rapporto 3:1 (affetti). aa x aa invece li rende tutti affetti.

Autosomico dominante: come ad esempio i capelli lanosi, gli individui affetti hanno almeno un genitore affetto. Questo carattere non salta le generazioni, infatti Aa x aa porta progenie con rapporto 1:1 (affetti).

Recessivo legato all'X = più maschi (1X) che femmine (2X) manifestano il carattere. I maschi affetti trasmettono l'allele mutato a tutte le figlie femmine ma a nessun maschio: la trasmissione del carattere padre-figlio fa escludere l'eredità X-linked. Per la madre affetta (omozigote) tutti i figli maschi manifestano il carattere.

Dominante legato all'X: le femmine eterozigoti manifestano il carattere (meno gravi nelle femmine che nei maschi), ma è più frequente nelle femmine (2X) che nei maschi (1X). Se il carattere è raro le femmine affette sono eterozigoti e

trasmettono il carattere a 1/2 della progenie maschile e a 1/2 della progenie femminile. I maschi che manifestano il carattere lo trasmettono a tutte le femmine ma a nessun maschio. - Carattere legato all'Y: viene definito olondrico (quindi interamente maschile). È facilmente riconoscibile poiché tutti i figli maschi e nessuna figlia femmina di un padre affetto dovrebbero mostrare questo carattere.

Estensioni della genetica mendeliana

I principi mendeliani sono validi per tutti gli organismi eucarioti e rappresentano la base dalla quale partire per formulare previsioni sui risultati di incroci nei quali si verifichino segregazione ed assortimento indipendente. Tuttavia, quanto più sono diventati numerosi gli esperimenti dei genetisti, tanto più ci si è accorti che i principi di Mendel non sempre si applicano perfettamente. I caratteri legati al sesso rappresentano una estensione dei principi mendeliani. Ne possiamo trovare di diversi tipi, in base a

Quantigeni sono coinvolti. Infatti:

Estensioni della genetica mendeliana che coinvolgono singoli geni:

• Alleli multipli: un dato gene può avere parecchi alleli, non solo due, di cui spesso uno è selvatico e gli altri sono mutati. Un organismo diploide può possedere al massimo due di questi alleli, uno su ciascuno dei cromosomi omologhi su cui è localizzato il locus genico. La tipizzazione sanguigna e l'analisi dell'ereditarietà dei gruppi vengono usate in casi di controversa paternità o maternità con lo scopo di dimostrare che un individuo non sia il genitore, senza affermare però che lo sia.
• Modificazioni delle relazioni di dominanza/recessività: avremo due casi, quello della dominanza completa e incompleta. Per quanto riguarda la prima, un allele è dominante sull'altro fenotipo eterozigote indistinguibile da un omozigote dominante. Se si parla di recessività completa, l'allele recessivo si

Esprime fenotipicamente solo in omozigosi. Per quanto invece riguarda la seconda, un allele non è completamente dominante su un altro allele dello stesso gene, quindi il fenotipo eterozigote è intermedio tra gli omozigoti parentali. Può presentarsi però anche il fenomeno della codominanza in cui appunto i due alleli dello stesso gene codominano. Perciò l'eterozigote mostra i caratteri di entrambi gli omozigoti parentali.

Geni essenziali e alleli letali: un allele letale è un allele che determina la morte di un organismo. Il prodotto del gene normale è fondamentale per il funzionamento dell'organismo. Il gene è quindi un gene essenziale (se è mutato infatti è letale). Un allele letale dominante farà sì che sia in omozigoti che in eterozigoti verrà mostrato un fenotipo letale. Nel caso in cui l'allele letale fosse recessivo, allora solo gli organismi omozigoti mostreranno un fenotipo letale.

Espressione genica e ambiente: nel caso di un ambiente (interno o esterno) si parla di penetranza, ossia la percentuale con la quale un genotipo si manifesta negli individui di una popolazione, e di espressività, quindi il grado in cui il genotipo penetrante è espresso fenotipicamente in un individuo. Se invece l'espressione viene influenzata dal sesso si parlerà di caratteri limitati al sesso e influenzati da esso. Ci sarà quindi una differente frequenza di comparsa o diversa relazione tra genotipo e fenotipo. Un altro fattore potrebbe essere la temperatura, come ad esempio si può notare nell'espressione del gene del colore del pelo dei conigli himalayani e del gatto siamese. Estensioni dei principi mendeliani che coinvolgono due geni: - interazioni geniche: due coppie di alleli che influenzano la stessa caratteristica fenotipica. Tratterà quindi di interazioni tra geni non allelici che controllano lo stesso carattere con comparsa di nuovifenotipi con rapporti fenotipici modificati o no a seconda dell'interazione. Se le due coppie alleli influenzano lo stesso carattere potrebbero causare quindi la formazione di nuovi fenotipi, determinando di conseguenza rapporti fenotipici modificati. Un allele dominante dell'uno o dell'altro gene e l'omozigosi per l'allele recessivo determinano lo stesso fenotipo. - Epistasi: si tratta dell'interazione tra gli alleli di due o più geni nel controllare un unico fenotipo. Sono interazioni tra geni non allelici per i quali alleli di un gene mascherano l'espressione degli alleli dell'altro gene. Non vengono quindi prodotti nuovi fenotipi ma vengono modificati i rapporti mendeliani. Il gene epistatico maschera l'espressione di un altro gene (ipostatico), e si tratta di epistasi recessiva. - Mappatura dei geni negli eucarioti: I geni localizzati su cromosomi non omologhi segregano in modo indipendente alla meiosi (per il

Il principio dell'assortimento indipendente afferma che i geni si assortiscono in modo indipendente durante la formazione dei gameti (principio dell'assortimento indipendente). Tuttavia, alcuni geni e il fenotipo ad essi correlato vengono ereditati insieme perché localizzati sullo stesso cromosoma. I geni che non assortiscono indipendentemente sono chiamati sintetici. Tali geni mostrano concatenazione (associazione) e vengono chiamati geni concatenati (associati). I geni concatenati appartengono ad un gruppo di concatenazione che correla con il cromosoma in cui sono localizzati i geni che mostrano concatenazione.

Nel 1911 Morgan condusse degli incroci sperimentali con mutanti a occhi bianchi e ali miniature di Drosophila Melanogaster, che mostrano appunto la presenza di concatenazione e di ricombinazione nel cromosoma X. Osservò quindi che nei parentali erano presenti i genotipi originari dei due cromosomi, mentre nei ricombinanti si trovavano combinazioni non parentali di geni concatenati.

I ricombinanti prodotti per scambio tra i cromosomi omologhi durante la meiosi mostrano classi parentali più frequenti.

Quanto più i due geni sono vicini tanto meno probabile è che un evento di scambio avvenga tra loro (tendono infatti a rimanere insieme). Nel 1931 venne dimostrata l'associazione tra la ricombinazione genica e lo scambio cromosomico. Si potevano osservare quindi dei marcatori citologici, ossia tutti quegli aspetti distinguibili citologicamente, e dei marcatori genetici, quindi i geni coinvolti. È un esperimento che dimostra che il crossing-over avviene allo stadio di quattro cromatidi della meiosi; vengono incrociati due ceppi aploidi che differiscono per marcatori genetici. Si prende in esame la Neurospora Crassa in cui i 4 prodotti meiotici sono allineati in una struttura detta asco in modo da rispecchiare esattamente l'orientamento dei 4 cromatidi della tetrade sulla piastra metafasica. Se avvenisse un singolo crossing-over allo stadio di due cromatidi (cioè nell'interfase, prima della duplicazione dei cromosomi), l'asco risultante.di ascospore ricombinanti.