Genetica generale ed evoluzione

MAPPE GENETICHE

Se il crossing-over (CO) si verifica in punti casuali del cromosoma, la

ricombinazione sarà piu’ frequente tra loci distanti e meno fra loci

vicini.

FREQUENZA DI RICOMBINAZIONE:

progenie ricombinante 50% GENI NON

ASSOCIATI

…………………………. X 100 <50% GENI ASSOCIATI

(INCOMPLETA)

progenie totale 0% ASSOCIAZIONE

INCOMPLETA

COME SI MISURA LA DISTANZA TRA DUE GENI ASSOCIATI

Si misura in UNITA’ DI MAPPA.

Il centimorgan (cM) è l'unità di misura usata per misurare la percentuale

di ricombinanti distanza genetica tra due loci, ovvero l'unità di mappa

genica, "m.u." (mapping unit). Si chiama così in onore di Thomas Hunt

Morgan, genetista e biologo statunitense e Premio Nobel per la medicina.

È impiegato nelle mappe genetiche (mappe cromosomiche calcolate

attraverso l'utilizzo delle frequenze di ricombinazione).

Il cM esprime la distanza tra due punti di un cromosoma, per i quali il

numero medio di crossing-over attesi in una singola generazione è 0,01.

Due loci genici distano un "cM" se su 100 generazioni derivanti da meiosi,

uno sarà ricombinante per quei loci genici. Questa unità di misura ed il

suo valore possono essere utilizzati solo nel caso di geni associati, ovvero

con loci presenti nello stesso cromosoma. Altrimenti, se i geni stanno su

cromosomi diversi, per le loro frequenze di ricombinazione valgono le

leggi di Mendel, con proporzioni uguali.

La frequenza di ricombinazione con crossing over non può mai essere

superiore al 50% per coppia, quindi non si osservano mai loci di geni

associati la cui distanza superi i 50 cM, anzi, perché dall'osservazione dei

prodotti meiotici si possa evincere la presenza geni ricombinati con

questo sistema, la frequenza dei geni associati deve sempre essere

inferiore al 50%, ovvero lontana dal rapporto mendeliano 1:1..., che

assicurerebbe la presenza di un avvenuto assortimento indipendente.

FASI DI ASSOCIAZIONE

Due geni possono essere associati in FASE CIS oppure in FASE TRANS.

•Si ha associazione in FASE CIS O COUPLING (accoppiamento) quando un

cromosoma porta entrambi gli alleli dominanti e il cromosoma

omologo entrambi gli alleli recessivi.

•Si ha associazione in FASE TRANS O REPULSION (repulsione) quando

ciascun cromosoma della coppia di omologhi porta un allele

dominante e un recessivo.

ESPERIMENTO DI STERN (1931) IN DROSOPHILA

Questo esperimento ha dimostrato che la ricombinazione genetica

(formazione di fenotipi ricombinanti o non parentali) ha origine dal

crossing-over che determina uno SCAMBIO FISICO TRA CROMOSOMI.

LA FREQUENZA DI RICOMBINAZIONE CORRISPONDE ALLA META’

DELLA FREQUENZA DI CROSSING-OVER.

LA FREQUENZA DI RICOMBINAZIONE MASSIMA E’ PARI AL 50%.

LE DISTENZA FRA LOCI VICINI SONO PIU’ ACCURATE DI QUELLE

STIMNATE FRA LOCI LONTANI PERCHE’ E’ MINORE LA

PROBABILITA’ DI DOPPIO ROSSING-OVER.

INTERFERENZE E COEFF. DI COINCIDENZA

Il fenomeno per cui in prossimità di un crossing-over non si verificano altri

scambi e’detta interferenza positiva.

Se uno scambio genetico fa aumentare la probabilità che nella regione

interessata se ne verifichino altri, si ha un interferenza negativa.

Per calcolare tale parametro è necessario determinare prima il

coefficiente di coincidenza, cioè il rapporto dei doppi crossovers osservati

rispetto quelli attesi.

INTERFERENZA E COEFF. DI COINCIDENZA(CC) SONO INVERSAMENTE

PROPORZIONALI: INTERFERENZA= 1-CC.

•Se c.c.=1 significa che il numero di doppio crossovers osservati è quello

che si ottiene in base all’ipotesi di eventi indipendenti NON C’E’



INTERRFERENZA

•Se c.c.=0 significa che nessuno dei crossovers attesi si è verificato

TOTALE.

INTERFERENZA

•Se c.c.=0 cioè un interferenza completa,no doppi

INTERFERENZA=1

crossovers CHIASMA o chiasmo

Il chiasma (o chiasmo) è il punto in cui due cromosomi omologhi

formano una sinapsi durante la meiosi, più in particolare durante il

crossing-over, che avviene durante la Metafase I; questo si forma perché

deve avvenire lo scambio di materiale genetico tra cromatidi e

rappresenta il sito in cui un filamento di ciascuno dei due cromatidi non

fratelli è stato spezzato e scambiato. In questo modo si ha la

ricombinazione genetica per la produzione di nuove combinazioni di alleli

in ciascuna generazione degli organismi diploidi.

•Struttura e funzione

Un chiasma si presenta come un cromosoma normale, dove però un suo

locus è sostituito da quello dell'omologo. Infatti la parola chiasma

richiama dal greco la "struttura a forma di chi greca", e dunque sintetizza

il concetto di due cromosomi che una volta sovrapposti, si scambiano

parte del loro corredo.

•Situazione che alterano la distribuzione dei chiasmi

Regioni eterocromatiche, un precedente evento porta all’interferenza,

costituzione genetica (es.Drosophila), aberrazioni cromosomiche, età,

temperatura. TIPOLOGIE DI MAPPE

Le mappe genetiche sono basate sulla % di ricombinazione.

Le mappe fisiche sono basate su altri metodi come elettroforesi su gel (è

una tecnica classicamente utilizzata per analizzare e separare acidi

nucleici) o sequenziamento del DNA.

SINTESI

• La concatenazione dei geni, cioè la presenza di geni sullo stesso

cromosoma, fa si che la loro trasmissione non sia indipendenza.

•L’associazione degli alleli sullo stesso cromosoma è modificata dal

fenomeno genetico della ricombinazione, a cui corrisponde il

fenomeno citologico del

crossing-over.

•La probabilità di ricombinazione è proporzionalmente dalla distanza

fra loci sul cromosoma, si può stimare la seconda sulla base della prima:

mappe genetiche.

•Un metodo classico per mappare i geni negli Eucariotici è l’incrocio a

tre punti. TIPI DI RICOMBINAZIONE

•OMOLOGA riguarda scambi di materiale genetico tre sequenze molto



simili cioè che possiedono ampie regioni omologhe (durante la meiosi).

•SITO-SPECIFICA gli scambi si verificano tre sequenze con limitata



similarità, quindi coinvolgono <siti specifici>.

•TRASPOSIZIONE riguarda solamente un breve segmento di DNA



che, data la struttura, possiede una notevole capacità di postarsi da un

sito di cromosoma ad un altro (trasposomi).

A COSA SERVE LA RICOMBINAZIONE OMOLOGA

La ricombinazione omologa è coinvolta non solo nel crossing-over durante

la meiosi ma anche nel:

• Recuperare sequenze perse per danni al DNA.

• Per far ripartire forche replicative danneggiate:

La forcella replicativa potrebbe bloccarsi quando incontra un sito

danneggiato o un <nick> sul DNA.

La forcella bloccata può invertire l’accoppiamento tra i due fiamenti

appena sintetizzati.

La struttura della forcella bloccata è la stessa di una giunzione di

HOLLIDAY e può essere convertita in duplex e DSB da risolvere.

• Può regolare l’espressione di alcuni geni:

Le cellule di lievito possono essere di tipo sessuale (mating type) diverso:

a “a” o “alpha”.

Il mating type è determinato dal locus MAT sul cromosoma 3.

Una cellula “madre” aploide può inveertire il proprio tipo sessuale tramite

un meccanismo di ricombinazione.

• Trasferimento genico orizzontale (procarioti).

Il trasferimento genico orizzontale\laterale nei batteri si basa sulla

ricombinazione omologa.

Spesso utilizzato per la diffusione di geni che conferiscono resistenza agli

antibiotici e fattori di virulenza.

A SECONDA DELL’ORGANISMO (PROCARIOTI\EUCARIOTI) E DELLA

FUNZIONE LA R.O. PUO’ PROCEDERE CON DIVERSI MODELLI MOLECOLARI.

LA RICOMBINAZIONE OMOLOGA MEIOTICA

• La ricombinazione permette di separare i vari geni del genoma e creare

nuove combinazioni

• Le ricombinazioni avvengono tra sequenze che corrispondono

perfettamente, cosi’ da non perdere nessuna base dal cromosoma

ricombinante.

• La frequenza non è ostante lungo il cromosoma ma varia con effetti

globali.

• Avviene 2 volte piu’ frequentemente nella femmina che nel maschio.

• Dipende dalla struttura del cromosoma ed il crossing-over non avviene

in vicinanza di regioni condensate delle cromatina.

-PASSAGGI DELLA RICOMBINAZIONE OMOLOGA MEIOTICA:

1) Allineamento di due molecole di DNA omologhe.

2) Introduzione di rotture del DNA.

3) Formazione di una corta regione di appaiamento: invasione del

filamento e formazione della Holliday junction.

4) Movimento della Holliday junction – branch migration.

5) Taglio della giunzione: risoluzione.

-LA RICOMBINAZIONE OMOLOGA PUO’ INTERVENIRE QUANDO:

•Sono presenti due molecole di dsDNA omologhe in sequenza.

•Almeno una delle due molecole presenti un’interruzione su singolo

filamento o su entrambi i filamenti.

MECCANISMO DELLA RICOMBINAZIONE

I DNA si appaiano e si ha un taglio ai siti corrispondenti, le

terminazioni libere invadono il filamento opposto.

Si ha rottura (endonucleasi) a singolo filamento, nello stesso momento e

nello stesso punto, di due filamenti di DNA, con la stessa polarità,

appartenenti a due cromosomi rotte si allontanano dal

estremità

filamento e si associano al filamento complementare dell’altra

Branch Migration

doppia elica (capacità di un filamento di DNA,



parzialmente appaiato con il suo complementare in un duplex, di

estendere l’appaiamento tramite lo spostamento del filamento residente

originale a cui è omologo)si forma la giunzione di Holliday si ha la

risoluzione

a)Se vengono tagliati i filamenti coinvolti nello scambio originario: non si

Pacth Recombinant

ha la formazione di ricombinanti, si parla di , in

cui si ha un solo piccolo tratto di DNA eteroduplex, che è un ricordo

dell’evento di ricombinazione.

b)Se invece vengono tagliati gli altri due filamenti si ha la

Splice Recombinant.

ricombinazione, si parla di

In questo primo caso intervengono la proteina RecA e altre due proteine:

•RecQ (con funzione elicasica)

•RecJ (con funzione nucleasica)

Oltre a queste intervengono anche una DNA polimerasi e altri fattori

sconosciuti

MODELLO DOUBLE-STRAND-BREACK (ASPETTI MOLECOLARI)

Nel secondo caso interviene il complesso della proteina RecBCD che ha

attività:

•Elicasica

•Esonucleasica per DNA a singolo e doppio filamento

•Endonucleasica per singolo filamento

In E.coli il sistema di ripartizione dei double st