Genetica, prof Giovannoni

ALLELI PLEIOTROPICI

Quando alcuni alleli influenzano non un singolo locus genico, ma quando influenzano più di un fenotipo. La fenilchetonuria è una patologia provocata da una mutazione in un enzima del fegato (fenilalanina idrossilasi) che porta ad un accumulo di fenilalanina in diversi tessuti con associato ritardo mentale e ridotta pigmentazione di capelli e pelle. L'allele mutato comporta anche la comparsa di altri fenotipi: mi aspetterei solo una disfunzione epatica, invece si verifica anche ritardo mentale e scarsa pigmentazione. Vengono controllate più manifestazioni fenotipiche. Un altro esempio è quello del Pollo "frizzle" (o a Penna Riccia) in cui l'allele dominante determina piume curve, temperatura corporea anomala, elevato metabolismo e notevole capacità digestiva.

INTERAZIONE TRA GENI

I fenotipi complessi sono influenzati da più geni. Ogni qualvolta due o più geni contribuiscono a un singolo fenotipo e i

loro effetti non sono meramente additivi l'uno epistatici. rispetto all'altro (interconnessi in modo diverso), questi geni sono definiti Caratteri fenotipici determinati dalla combinazione di più geni. Epistasi: si verifica quando due o più geni interagiscono tra di loro a produrre nuovi fenotipi. Un allele in un locus maschera o modifica gli effetti di alleli in altri loci. Esempio: due geni (B,E) codificano proteine che determinano il colore del pelo del Labrador Retriever. B: mantello nero E: capacità di pigmentare il pelo, pelo colorato o no (biondo) Un labrador che avrà BE sarà nero, la presenza dell'allele di B con E porterà sempre a un labrador nero. Un labrador con bb (omozigote recessivo) ma anche E sarà marrone. Un labrador i cui alleli saranno ee a prescindere che l'altro geno sia BB, Bb o bb, sarà sempre biondo. - cane EE o Ee con BB o Bb è nero - cane ee sempre biondo Il ---> questo significa che il gene

E prevale sul gene B, anche se questo è dominante. Il gene E è epistatico sul gene B.

Gerarchia di dominanza:

• allele B (nero) dominante su b (marrone)
• alle E dominante su e

Il gene B codifica per due diversi pigmenti: nero e marrone. Il gene E determina se ci sarà deposito del pigmento. Il gene B è necessariamente dipendente dal gene E poiché se quest'ultimo non si verifica, il colore sarà assente.

Anche se i geni espistatici sono caratterizzati da assortimento indipendente, le distribuzioni fenotipiche possono variare rispetto all'atteso.

Ipotesi della dominanza: crescita extra spiegata dalla mancanza di depressione dai breeding

Ipotesi della sovradominanza: negli ibridi le interazione di nuove combinazioni di alleli porta a un miglioramento delle caratteristiche. Probabilmente sono vere le entrambi le ipotesi.

INTERAZIONE TRA GENI E AMBIENTE

Il genotipo di un individuo non è il solo elemento che contribuisce alle sue manifestazioni fenotipiche.

Il genotipo e l'ambiente interagiscono per determinare il fenotipo di ogni individuo. Per ambiente si intende qualsiasi cosa che non sia il gene, la sequenza di DNA. La maggior parte delle manifestazioni fenotipiche vengono determinate da entrambi i fattori. In alcuni casi il contributo dell'ambiente è misurabile e prevedibile. Fenotipo colourpoint: allele attivo nel coniglio e nel gatto, il locus genico codificante per la manifestazione "colore del pelo" codifica per una proteina che determina un determinato colore o non è in grado di produrre colore. In alcuni casi il corpo corrisponde al fenotipo "mancanza di colore" e presenza di colore solo in alcune zone, che sono riproducibili e riscontrabili in altri individui, ma variabili in grandezza. Questa situazione è determinata dal gene specifico "colourpoint" che è una variante allelica con una specifica mutazione che altera il fenotipo: fa

Sì, che la proteina che codifica per il colore 'nero' sia attiva solo a un determinato range di temperature, soprattutto al di sotto di una temperatura poiché a temperature alte la proteina non funziona. L'allele codificante per la proteina mutata è espresso ma l'attività enzimatica della proteina è condizionata da un parametro ambientale: la temperatura. In alcune zone dell'animale la proteina viene quindi 'silenziata'. All'estremità dell'animale (orecchie, muso, zampe, coda) presentano minore temperatura per dispersione di calore dell'organismo, si presenta la colorazione. Il fenotipo dell'individuo quindi, non è omogenea ed è limitata a zone in cui la temperatura corporea è minore. La differenza di temperatura all'estremità rispetto al resto dell'organismo non è una condizione determinata geneticamente. Si possono identificare 2

parametri importanti per comprendere specie che vengono studiate in vari ambiti, definire e quantificare gli effetti dell'ambiente:

• Penetranza: definisce la proporzione di individui di una popolazione che manifesta il fenotipo atteso. Ho un genotipo, so che ad esso corrisponde un fenotipo e la frazione di individui in quella popolazione che ha il fenotipo atteso è 100%: penetranza completa. Penetranza incompleta: se meno del 100% degli individui di quella popolazione manifestano il fenotipo atteso.
• Espressività: livello al quale l'espressione di un fenotipo differisce tra gli individui. Descrive la variabilità individuale, non quella della popolazione. La variabilità di una popolazione è descritta dalla penetranza. Esempio: gatto di Hemingway, polidattilia (presenza di dita sovrannumerarie) è un carattere codificato da un gene, ma il numero di dita sovrannumerarie varia da individuo a individuo. Esempio particolare perché dipende da

imbreeding di animali, c'erano incroci tra consanguinei che portavano queste caratteristiche. Differenza tra penetranza ed espressività: per misurare la penetranza della polidattilia dovrei misurare il numero di individui che sono affetti da polidattilia sul numero totale della popolazione; per calcolare l'espressività devo invece esaminare ogni individuo per vedere quante dita ha. I caratteri "semplici" (determinati da un singolo gene, di solito hanno 2 alleli) differiscono in modo discreto (differenza netta tra due caratteri: seme liscio o rugoso), mentre in molti caratteri "complessi" (per esempio l'altezza umana) i differenti fenotipi variano con continuità in un intervallo. Variazione quantitativa: risultato dei diversi alleli di ognuno dei geni che contribuiscono a un fenotipo e dell'ambiente. È una variazione continua in una popolazione. loci I geni che determinano queste manifestazioni fenotipiche

Complesse sono dettiper i tratti quantitativi. Nello studio di questi loci per i tratti quantitativi, non è sufficiente applicare l'approccio di Mendel. Non si trovano solo negli esseri umani main 'organismi modello' come le piante o i topi. Si sceglie un carattere determinato dapiù geni ma facilmente misurabile. Porta in maniera molto precisa.

INTERAZIONE TRA GENI E CROMOSOMI

In ogni organismo ci sono più geni che cromosomi. Gli studi di associazione fisica deigeni sui cromosomi hanno evidenziato pattern di ereditarietà non mendeliana. Lacomposizione del locus genico spiega anche come e perché le legi dell'ereditarietàmendeliana non trovano un riscontro. Drosophila viene usato come 'modello malattia'.

Morgan ha usato Drosophila per gli studi di associazione fisica dei geni sui cromosomi.Le leggi di Mendel sono valide sono in alcuni casi: applicando le leggi al calcolo diprobabilità, non sempre ottengo un

risultato osservato che è pari a quello atteso. Queste incongruenze sono state studiate da Morgan su Drosophila, è un modello ottimo per studi genetici: è di piccola taglia, è facile da allevare, ha progenie numerosa (la progenie può essere studiata durante le diverse fasi di sviluppo) e il numero di cromosomi è basso. Questi pochi cromosomi si scambiano frequentemente materiale genetico e c'è un'organizzazione genomica molto compatta. Possibilità di discriminazione di caratteri riconducibili alla genetica mendeliana da quelli non riconducibili. Morgan osservò che, ripetendo gli incroci di Mendel su Drosophila, alcuni rapporti di distribuzione tra i fenotipi non ricadevano nella logica mendeliana dell'assortimento indipendente (II legge di Mendel). Non osservava le distribuzioni fenotipiche (3:3:1 o 50% negli incroci monoibridi) previste da Mendel, ma delle misure leggermente ma significativamente diverse. Morganincrociò moscerini con genotipi noti in due loci B e Vg: - B: locus genico che codifica il corpo grigio, allele selvatico, dominante su allele mutante b, colore nero - Vg: locus che codifica le ali normali, allele selvatico, dominante su allele mutante vg, ali vestigiali Test cross: linea parentale omozigote dominante per i due caratteri e omozigote recessivo per i due caratteri (corpo grigio ali normali, corpo nero ali piccole). Le frequenze di ricombinazione sono tanto più elevate quanto più distanti sono tra loro i loci genici sul cromosoma. Morgan ha tradotto le informazioni trasformando le frequenze di ricombinazione in una distanza sul cromosoma, ovvero il posizionamento di un gene rispetto a un altro su un cromosoma. Questo ci porta a definire e visualizzare la 'mappa genetica'. L'azione di mappatura sul singolo cromosoma consiste nel posizionamento in modo sequenziale dei geni distanziandoli l'uno dall'altro con una misura che corrisponde alla

frequenza di ricombinazione. Informazioni della mappa: il gene che codifica per l'occhio giallo è il primo in Drosophila (0), la seconda informazione è la distanza relativa di ogni gene rispetto all'altro. Dal punto di vista numerico, le frequenze di ricombinazione sono convertite in unità di mappa (centimorgan, cM), che è equivalente a una frequenza di ricombinazione media di 0,01 (1%). I cM indicano anche la distanza fisica che c'è tra un gene e gli altri geni di uno stesso cromosoma. L'era del sequenziamento genico e della genomica ha ridotto la rilevanza delle mappe in alcune aree di ricerca genetica.

Mendel scelse caratteri, nel suo modello sperimentale, che fossero sempre misurabili indipendentemente dal sesso (autosomi?). In alcuni casi, l'origine di un cromosoma da un maschio o una femmina fa una grande differenza. Esempio: nel caso dell'emofilia umana, una malattia associata a difetti di coagulazione, i maschi ereditano

La mutazione avviene solo dalla madre.