Genetica generale

GENI NON CONCATENATI GENI COMPLETAMENTE CONCATENATI

I geni stanno sullo stesso cromosoma e questa configurazione che porta ad avere con maggior frequenza

le piante che presentano entrambi le varianti dominante e recessive rappresentano i gameti prodotti dalla

segregazione dei cromosomi omologhi, sui quali si hanno gli alleli PL e pl. Rotondo e rosso sono varianti

recessive; porpora e allungato sono varianti dominanti.

Le classi fenotipiche con maggior frequenza sono il porpora allungato e il rosso rotondo. Le classi

fenotipiche con frequenza minore sono il

porpora rotondo e il rosso e allungato. Questo

presuppone che sia avvenuto uno scambio tra i

geni dei due cromosomi attraverso crossing-

over, in modo che sia stata creata una nuova

configurazione non presente nella linea pura

parentale. Il crossing-over avviene sempre tra i

cromosomi omologhi, ma ne avvengono in un

numero limitato durante una meiosi. Il crossing-

over non avviene necessariamente in quel punto

tra quei due geni: se si verifica alle estremità del

locus dove sono localizzati gli alleli Pp e Ll allora

non avremo la combinazione dei fenotipi

parentali.

I gameti con maggior frequenza riflettono la concatenazione parentale, mentre i gameti con minor

frequenza è dato da un gruppo di concatenazione allelica non presente nel genotipo parentale, dovuto a

uno scambio allelico in una parte minoritaria dei gameti (gameti ricombinanti derivati da ricombinazione

per crossing-over in meiosi).

Morgan incrociò mutanti a occhio bianco e ali miniature di Drosophila Melanogaster, notando la presenza

di concatenazione e ricombinazione nel cromosoma X. Partendo da due linee pure parentali. Una linea tra

due cromosomi omologhi è come se dividesse il genotipo nei due cromosomi omologhi

% &

(!": . ( )*! +,-.-"-./ -.-0-1ℎ/ ℎ344- 10/ "5!""/ 1!4/).

% &

Se avviene una combinazione casuale tra i due tipi di gameti (membri della F ) si otterranno:

1

Femmine recessive per entrambi i geni

§ Maschi recessivi per entrambi i geni

§ GAMETI PARENTALI

Femmine dominanti per entrambi i geni

§ Maschi dominanti per entrambi i geni

§ Femmine e maschi recessivi per la forma dell’occhio e dominanti per il colore delle ali

§ Femmine e maschi dominanti per la forma dell’occhio e recessivi per il colore delle ali

§ +

Questi ultimi due risultati derivano necessariamente da una ricombinazione che genera w m (che

8

7 & +

ricombinata con la X del maschio dà e se ricombinata con la Y del maschio dà w m .

% &

Si ha, quindi, una ricombinazione che genera nuovi assetti allelici, i quali rappresentano comunque una

componente minoritaria. Nel caso in cui, invece, i crossing-over avvenga al di fuori di questi geni, verrà

mantenuto l’assetto parentale.

Avendo utilizzati i cromosomi X non vengono toccati gli assetti del maschio perché il crossing-over non

tocca il cromosoma Y; tutto quello che avviene riguarda solo il cromosoma X.

Questo incrocio simula un incrocio test cross.

Esperimenti di Morgan: negli incroci considerati vengono considerati due geni localizzati sul cromosoma X

di Drosophila Melanogaster.

In F si avranno 4 classi fenotipiche di cui 2 più frequenti, ovvero le due classi fenotipiche parentali, rispetto

2

alle altre 2 meno frequenti, vale a dire le cassi fenotipiche ricombinanti.

Morgan identifica molti geni sul cromosoma X ed effettua più incroci. Ottiene classi fenotipiche parentali e

ricombinanti con una frequenza come la suddetta, ma comunque con la comparsa in egual numero delle

parentali e ricombinanti.

Gli incroci con geni diversi localizzati sul cromosoma X differivano per la frequenza di ricombinanti. Due

geni nelle loro forme alleliche tendono ad essere trasmessi insieme (meno ricombinanti) quanto più

fisicamente vicini. Tanto più due geni sono vicini, tanto meno era possibile che venissero coinvolti in un

evento di crossing-over; se due geni, invece, sono molto lontani sul cromosoma la probabilità che avvenga

il crossing-over è maggiore, poiché si hanno più punti in cui il crossing-over può avvenire.

Morgan correla la produzione di classi fenotipiche

in F alla formazione di chiasmi alla meiosi, i quali

2

sono l’evidenza citologica del crossing-over,

ovvero il punto in cui avviene lo scambio fisico tra

cromosomi omologhi. Il crossing-over è definito

come il processo di scambio reciproco tra

segmenti di cromosoma in posizione omologhe tra

cromosomi omologhi per rottura e riunione di

pezzi.

Vengono, quindi, scambiati i locus con lo stesso

numero e tipo di geni, con ugual quantità di DNA e

stessa configurazione. Vengono, infatti, scambiate

le varianti geniche e non geni diversi tra loro.

La variabilità è data anche dal crossing-over, metodo per ottenere la variabilità. Questo è il motivo per cui

due fratelli, nonostante abbiano gli stessi genitori, non siano uguali.

Due geni sono concatenati in modo incompleto quando due geni vengono separati l’uno dall’altro da un

chiasma durante la meiosi. Il rapporto che portava ad ottenere 4 classi fenotipiche derivava dal fatto che

la concatenazione ci fosse, ma non in modo completo. Gli alleli, dissociandosi tramite crossing-over, si

comportavano in modo indipendente.

ESPERIMENTO DI BARBARA McCLINTOC (1931)

Dimostrazione formale dell’evento di crossing-over. Selezionò delle piante che avevano una forma anomala

eterozigoti ottenuti tramite linee pure. I marcatori genetici che utilizzava erano:

C e c: colore del seme (giallo o blu)

§ Wx e wx: tipo di amido presente nel seme

§

Su un cromosoma l’assetto era cW (recessivo e dominante) e su un altro cromosoma l’assetto era C wx

(dominante e recessivo). Seguì al microscopio la segregazione dei cromosomi.

Incrociò la pianta iniziale con un omozigote recessivo c wx/c wx, quella dominante per il colore del seme e

recessiva per il tipo di amido avrebbe dovuto presentare un’anomalia alle estremità del cromosoma.

Ottenne piante con colore del seme e

tipo di amido dominante e piante con

colore del seme e tipo di amido recessivo

presupponeva uno scambio e, quindi,

crossing-over.

Le piante che presentavano colore e

produzione di amido dominante

presentavano un Knob (protuberanza).

Le piante che presentavano colore

recessivo e produzione di amido

recessivo presentavano un cromosoma

anomalo con un telomero attaccato al

cromosoma 8.

Il crossing-over avviene nella Profase meiotica allo stadio di 4 cromatidi, 2 per ogni cromosoma omologo.

Durante lo Zigotene, nella Profase I si ha la sinapsi. Affinché la meiosi vada a buon fine è necessario che in

ogni tetrade si abbia almeno un crossing-over che permetta di mantenere gli omologhi appaiati e che

consenta loro di mirare ai poli opposti della cellula. + +

Prendendo in considerazione due forme alleliche dello stesso gene (a e a , b e b ), con un crossing-over da

questi due parentali si potrà avere:

- Un crossing-over tra due cromatidi fratelli: due cromosomi ricombinanti e due rimasti uguali; 2 su 4

sono ricombinanti

- Due crossing-over che coinvolgono due filamenti: 0 su 4 sono ricombinanti

- Due crossing-over che coinvolgono tre filamenti: 2 su 4 ricombinanti

- Due crossing-over che coinvolgono tutti e quattro i filamenti: tutti ricombinanti (4 su 4)

Se avviene sempre almeno un crossing-over che separa i geni alla meiosi possiamo ottenere 50% di

ricombinanti e 50% di parentali. La frequenza di ricombinazione massima dati due geni distanti può essere

al massimo pari a 50%: 1 1 1 1

; ; ; ;

3 < + 3 < + 3< + 3<

4 4 4 4

P R R P

Il 50% della progenie avrà un fenotipo parentale, mentre

l’altro 50% avrà un fenotipo ricombinante nel caso in cui i

geni non siano concatenati (geni indipendenti) o siano

molto distanti sul cromosoma.

Quando in un individuo eterozigote i geni si trovano sullo stesso cromosoma, avremo quattro classi

fenotipiche, ma la frequenza dei fenotipi parentali è maggiore di quella dei ricombinanti. Questo

presuppone che i geni siano concatenati su un cromosoma (concatenazione incompleta: può esserci un

crossing-over che li separi).

Siccome non avvengono molti crossing-over per una singola meiosi, se i due geni sono molto distanti sul

cromosoma, questi avranno più probabilità di essere separati da un crossing-over, poiché saranno

disponibili più loci in cui il crossing-over può avvenire. Di conseguenza, si avrà una minore probabilità di

avere gameti e fenotipi ricombinanti. Per tale motivo, è stata trovata una correlazione tra la distanza tra

geni e la frequenza di ricombinazione. Si è pensato di utilizzare questo sistema per costruire le mappe

genetiche, o mappe di concatenazione:

1. Dimostrare che i geni sono concatenati: con un incrocio di prova si verifica se i rapporti fenotipici

2

della progenie deviano da un rapporto atteso per un assortimento indipendente (test del ) se

>

l’ipotesi di assortimento indipendente viene rifiutata allora i geni sono concatenati e stanno sullo

stesso cromosoma.

2. Capire se la concatenazione sia in CIS o in TRANS: quando i due alleli dominanti stanno su uno stesso

cromosoma omologo e gli altri due alleli recessivi si trovano sull’altro cromosoma omologo, allora

? @

avremo una concatenazione in CIS à A B

Nel caso in cui, invece, i parentali hanno una configurazione A b su un cromosoma omologo e

? C

configurazione a B sull’altro, allora avremo una concatenazione TRANS à A D

Il crossing-over viene indiato dallo spostamento

dell’allele di un determinato gene da un cromosoma

omologo all’altro. Per visualizzare lo spostamento

occorre che l’individuo sia doppio eterozigote. Se noi

abbiamo l’omozigosi per uno dei due geni (es. B B) con

il crossing-over non riusciremmo a rilevare lo scambio.

3. Calcolare la percentuale di ricombinanti mediante l’incrocio di prova. Morgan notò una certa

correlazione tra la percentuale di ricombinanti e la distanza tra due geni. Sturtevant, invece,

identificò la percentuale di ricombinanti come una misura quantitativa della distanza tra due geni.

Questo permise di conoscere la presenza di alcuni geni su determinati cromosomi, elemento

importante che aiutò il Progetto Genoma Umano.

L’unità di misura è pari a:

Frequenza di ricombinazione 1% = 1 Unità di Mappa

L’unità di Mappa è la misura delle distanze genetiche, detta anche centimorgan cM.

n° totale di ricombinanti

Distanza Genetica (in cM o um) = % ,/+-.</4345/ = × 100

n° totale progenie

Sulla mappa, unidimensionale, le distanze tra geni concatenati sono additive e si avrà un ordine linear