Esercitazioni Biologia e genetica

Microsatelliti come marcatori del DNA

I microsatelliti sono molto utili come marcatori del DNA. Sono formati da 1-3 basi ripetute in fila 15-100 volte. Sono altamente polimorfici, con alleli multipli che contengono 2 o 3 ripetizioni in più o in meno dell'unità di base, gli uni rispetto agli altri. Questi alleli multipli possono essere identificati perché generano dei prodotti di PCR di diverse dimensioni. Un particolare microsatellite ha quattro alleli nella popolazione ed è strettamente associato ad un allele autosomico dominante che causa l'insorgenza precoce del morbo di Alzheimer.

Nella foto a destra sono mostrati un albero genealogico ed il risultato dell'analisi dei microsatelliti di una famiglia in cui si manifesta la malattia.

Quale polimorfismo in questa famiglia è associato alla forma precoce dell'Alzheimer? Il maschio che nell'albero genealogico è indicato con il punto interrogativo porta l'allele responsabile della malattia?

2;

sì 2; no 3; no 1; no RISPOSTA 12: Gli alleli associati alla patologia sono 1, 2, 3. Tuttavia, l'allele 1 è presente anche nell'individuo II-2 sano mentre l'allele 3 è presente nell'individuo I-2 sano. L'allele 2, invece, è presente solo negli individui malati. Pertanto, l'individuo III-1 porta l'allele 2 responsabile della malattia. ESERCIZIO 13: Di fianco sono mostrati un albero genealogico ed il risultato dell'analisi dei microsatelliti di un'altra famiglia in cui compare la malattia. Quale polimorfismo in questa famiglia è associato alla forma precoce dell'Alzheimer? La femmina che nell'albero genealogico è indicata con il punto interrogativo porta l'allele responsabile della malattia? 1; sì 1; no 2; no 4; no 11 RISPOSTA 13: 1; no Il polimorfismo associato alla patologia è 1 in quanto presente nei due soggetti malati. Il soggetto II-3 pur essendo omozigote perl'allele 1 non è malato poiché è estraneo alla famiglia e perciò l'allele 1 non è associato alla patologia. La femmina III-1 non porta l'allele responsabile della patologia in quanto eredita dalla madre l'allele 4 e dal padre l'allele 1 che, come abbiamo visto, non è associato alla malattia. Domanda di uno studente: "Perché l'allele 1 nella famiglia della madre è patologico e nella famiglia del padre nella generazione II no?" "Perché il polimorfismo è presente in entrambi i DNA, però non in entrambi i casi è una regione associata al gene malattia." ESERCIZIO 14: Una coppia sarda si rivolge a voi per una consulenza genetica poiché nel corso di uno screening di popolazione entrambi i partner sono risultati portatori di β-talassemia. La coppia ha già avuto un figlio sano e non portatore. La signora è già incinta e vorrebbe sapere se il feto è affetto dalla malattia.

feto è affetto. Tutti i membri di questa famiglia sono stati sottoposti ad analisi del DNA per determinare un polimorfismo VNTR al 5' del gene della b-talassemia, ottenendo il risultato mostrato nella figura a lato.

Il feto è affetto, non portatore o portatore sano (eterozigote)?

RISPOSTA 14:

Il feto ha ereditato sia dal padre che dalla madre l'allele con banda a 6kb. Il fratello ha ereditato dalla mamma l'allele a 7.6kb e dal padre quello a 6kb. Siccome il fratello non è portatore, si può dedurre che per il padre l'allele associato alla mutazione è quello a 3kb, per la mamma sarà invece quello a 6kb. Il feto sarà quindi un portatore sano (eterozigote perché ha ereditato solo un allele malattia, quello dalla mamma).

12Corso di Laurea in Medicina e Chirurgia – es. genetica #6 - prof. Azzoni – Esercitazione Genetica Esercitazione di Genetica #6 Esercitazione Genetica di Popolazione Prof. Azzoni –

22/05/2023 – Sbob. 1 Matteo Pini, Sbob. 2 Nicolò Zamunaro

La genetica di popolazione studia la composizione genetica della popolazione sia in termini qualitativi (varianti alleliche presenti in una popolazione) che quantitativi (calcolo di frequenze alleliche in una popolazione). Si valutano le modalità di variazione delle caratteristiche genetiche sia spaziali che temporali di una popolazione.

Equilibrio di popolazione e fattori che lo influenzano

Una popolazione è caratterizzata dalle frequenze dei diversi genotipi e fenotipi che presenta, una popolazione è in equilibrio quando le frequenze genotipiche possono essere predette tramite le frequenze alleliche tramite la legge di Hardy-Weinberg e le frequenze alleliche non cambiano con il passare delle generazioni. Esistono diversi fattori che possono influenzare la composizione allelica di una popolazione ma negli esercizi che svolgeremo questi fattori non verranno tenuti presenti. Questi fattori che sono alla

genotipo diviso il numero totale di individui nella popolazione. le frequenze alleliche: il numero di copie di un dato allele diviso il numero totale di copie di tutti gli alleli nella popolazione. la diversità genetica: la varietà di alleli presenti nella popolazione. la deriva genetica: il cambiamento casuale delle frequenze alleliche nel corso delle generazioni. la selezione naturale: il processo attraverso il quale gli individui con caratteristiche genetiche favorevoli hanno maggiori probabilità di sopravvivere e riprodursi, trasmettendo i loro alleli alle generazioni successive. la migrazione: il movimento di individui da una popolazione all'altra, che può influenzare le frequenze alleliche. le mutazioni: i cambiamenti casuali nel materiale genetico che possono portare alla formazione di nuovi alleli. la casualità: il caso può influenzare le frequenze alleliche in modo imprevedibile. Il concetto di equilibrio di Hardy-Weinberg è un modello teorico che descrive una popolazione ideale in cui le frequenze alleliche rimangono costanti nel tempo, a meno che non ci siano forze evolutive che agiscono su di esse. Nella realtà, le forze evolutive sono sempre presenti e possono influenzare le frequenze alleliche.genotipo• sul totale degli individui appartenenti alla popolazione la frequenza allelica: conta quante copie di un determinato allele ci• sono rispetto a tutti gli altri alleli della popolazione. (nel caso di individui omozigoti conta entrambe le copie dello stesso allele). Le frequenze alleliche possono essere ricavate dalle frequenze genotipiche. La somma delle frequenze alleliche deve essere 1. Legge di Hardy-Weinberg In una popolazione infinitamente grande, e ad incrocio casuale, sulla quale non agiscano mutazione, migrazione e selezione naturale le frequenze alleliche non variano col tempo, e finché l'incrocio è casuale le frequenze genotipiche si stabiliranno sulle proporzioni p (frequenza degli alleli AA), 2pq e q2 (frequenza degli aa) dove p è la frequenza allelica di A e q la frequenza allelica di a. (p e q possono anche essere invertite). Questa legge riguarda due alleli e per essere valida non deve esserci perdita o acquisto di geni, se questa leggeviene rispettata la popolazione è all'equilibrio. Questa legge permette di stabilire le frequenze genotipiche partendo dalle frequenze alleliche e si può applicare a tutti i fattori che seguono la segregazione mendeliana. Deriva dalla prima legge di Mendel. La frequenza degli eterozigoti è massima quando p = q = 0,5. Calcolo delle frequenze genotipiche dalle frequenze alleliche. Utilizzando l'equazione di Hardy-Weinberg: q = frequenza allele recessivo p = frequenza allele dominante p + q = 1 q = frequenza omozigoti recessivi 2p = frequenza omozigoti dominanti 2pq = frequenza eterozigoti Se si conosce il numero di individui della popolazione allora si può calcolare quanti individui sono omozigoti dominanti, quanti omozigoti recessivi e quanti sono eterozigoti. Calcolo delle frequenze alleliche dalle frequenze genotipiche. Se si conoscono i genotipi di tutti individui di una popolazione, per calcolare le frequenze alleliche bisogna dividere il numero di copie di

undeterminato allele (moltiplicando per due il numero di omozigoti esommando quello degli eterozigoti) per il numero totale di alleli per ildeterminato carattere (2 x numero di individui della popolazione).Così facendo si otterranno le frequenze alleliche dalle quali, applicando lalegge di Hardy-Weinberg si otterranno le frequenze genotipiche atteseall’equilibrio.

q = aa2p = AA22pq = Aa

Un allele recessivo raro si trova con maggiore frequenza nell’eterozigoteche nell’omozigote recessivo (con una differenza di ordini di grandezza)

Es: alcaptonuria

Frequenza allele recessivo (q) = 0,001

Frequenza genotipo recessivo (q ) = 0,0000012

Frequenza genotipo eterozigote (2qp) = 0,002

Calcolo frequenza eterozigoti in una malattia X-linked

In questo caso bisogna distinguere i maschi dalle femmine

Es: daltonismo

Nei maschi:

q = 1/12 = 0,08

p = 1 -1/12 = 11/12 = 0,92

l’8% degli individui sarà daltonico

Nelle femmine:

p = 0,85622pq = 0,147q = 0,0072

lo 0,7% degli individui

sarà daltonico ESERCIZIO 1: Nella rana maculata si trovano tre alleli (M, M, M) per il locus della malato1, 2, 3deidrogenasi (MDH). Da uno degli stagni utilizzati per la riproduzione sono state raccolte delle rane, per ognuna delle quali è stato determinato il genotipo per il locus tramite elettroforesi. Si sono trovati i seguenti genotipi:

• M M 81 1
• M M 351 2
• M M 202 2
• M M 531 3
• M M 762 3
• M M 643 3

Totale 254 Calcolate le frequenze degli alleli M, M in questa popolazione:

• f(M) = (2x8 + 35 + 53) / 254x2 = 0,2051
• f(M) = (2x20 + 35 + 76) / 254x2 = 0,2982
• f(M) = (2x62 + 53 + 76) / 254x2 = 0,4983

ESERCIZIO 2: In una popolazione di 2000 vipere del Gabon esiste una differenza genetica relativa ad un singolo locus per il veleno. Gli alleli mostrano dominanza incompleta. La popolazione possiede 100 individui omozigoti per l'allele t (genotipo tt, innocuo), 800 eterozigoti (genotipo Tt, poco velenoso) e 1100 omozigoti per l'allele T (genotipo TT, letale).è la frequenza dell’allele t nella popolazione? I genotipi sono in equilibrio di Hardy-Weinberg? RISPOSTA 2:

f(t) = (2x100 + 800) / 2x2000 = 0,25

q = 0,25

q + p = 1

p = 1 – q = 0,75

Calcolate le frequenze alleliche è possibile calcolare le frequenze genotipiche attese usando l’equazione di Hardy-Weinberg:

TT = p = (0,75) = 0,5632

2Tt = 2pq = 2(0,75x0,25) = 0,375

tt = q = (0,25) = 0,0622

Ora bisogna applicare queste frequenze genetiche alla popolazione che stiamo analizzando. Quindi bisogna moltiplicare