Corso di Genetica (canale M-Z)

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1 Corso di Genetica (canale M-Z) per registrarsi username: password: studente studente-mz Corso di Laurea in Scienze Biologiche Genetica 1

2 Corso di Genetica (canale M-Z) studente studente-mz Corso di Laurea in Scienze Biologiche Genetica 2

3 Corso di Genetica (canale M-Z) anno di 2018 immatricolazione Corso di Laurea in Scienze Biologiche Genetica 3

4 Corso di Genetica (canale M-Z) Testi consigliati Snustad e Simmons Principi di Genetica V edizione - EdiSES Griffith et al. - Genetica principi di analisi formale VII edizione - Zanichelli Corso di Laurea in Scienze Biologiche Genetica 4

5 Corso di Genetica (canale M-Z) Calendario esoneri I esonero 19 ottobre 2018 II esonero 9 novembre 2018 III esonero 30 novembre 2018 IV esonero 21 dicembre 2018 Corso di Laurea in Scienze Biologiche Genetica 5

6 Quesiti fondamentali della Genetica Come sono determinati i caratteri di un organismo? Quali sono le regole di trasmissione dei caratteri alla progenie? Quali sono i meccanismi che permettono l espressione dei caratteri? Quali sono i meccanismi che conferiscono la variabilità dell espressione dei caratteri? 6

7 Quesiti fondamentali della Genetica Osservazioni sui caratteri della progenie: Alcuni sono intermedi rispetto a quelli dei genitori Alcuni sono simili a quelli di uno dei genitori Alcuni non sembrano essere ereditati dai genitori 7

8 Modelli ereditari e loro conseguenze L ereditarietà dei caratteri può essere spiegata secondo due modelli Modello dell ereditarietà per mescolamento La progenie mostra caratteristiche intermedie (miscela) rispetto a quelle dei genitori Le caratteristiche intermedie dei figli vengono trasmesse alle generazioni future con ulteriore mescolamento La variabilità con il tempo verrà completamente cancellata, e tutti gli individui presenteranno lo stesso fenotipo Modello dell ereditarietà particolata La progenie è una combinazione dei caratteri dei genitori Il contributo di ogni singolo genitore viene passato alle generazioni future come entità separata La variabilità verrà mantenuta nel tempo 8

9 Esperimenti di Mendel Per studiare le leggi dell ereditarietà, Mendel adottò come organismo modello la pianta di pisello odoroso (Pisum sativum) perché possedeva importanti caratteristiche: era facile da coltivare; mostrava caratteri (fenotipi) facili da distinguere visivamente, come: colore dei semi, dei baccelli e dei fiori verde); forma dei semi e dei baccelli (es. rotondo/liscio vs. rugoso); posizione dei fiori (es. assiale vs. terminale); altezza della pianta (es. alta vs. bassa). permetteva il controllo della fecondazione e/o l autofecondazione (le cellule uovo nel pistillo potevano essere fecondate da polline della stessa pianta); (es. giallo vs. Pisum sativum (Leguminosae) 9

10 da Griffiths et al GENETICA Principi di analisi formale 6/E Zanichelli editore S.p.A. Copyright 2006 da Griffiths et al GENETICA Principi di analisi formale 6/E Zanichelli editore S.p.A. Copyright 2006 Esperimenti di Mendel Struttura del fiore di Pisum sativum 10

11 da Griffiths et al GENETICA Principi di analisi formale 6/E Zanichelli editore S.p.A. Copyright 2006 Esperimenti di Mendel Manipolazione dei fiori per evitare l auto-fecondazione 11

12 Analisi dell ereditarietà di un carattere Mendel per prima cosa, isolò per ogni carattere una linea pura: linea pura = piante che se incrociate tra loro (o autoincrociate producono solo piante con caratteristiche identiche a quelle dei genitori. Ad esempio linee pure per il carattere colore del seme: Piante con semi gialli X Piante con semi gialli Piante con semi verdi X Piante con semi verdi SOLO SOLO Piante con semi gialli Piante con semi verdi 12

13 Analisi dell ereditarietà di un carattere Quindi, incrociò due linee pure per lo stesso carattere e ne esaminò la progenie: F 1 Generazione parentale P Piante con semi gialli X Piante con semi verdi linee pure Generazione F 1 Piante con semi gialli linea ibrida (prodotto dell incrocio di due linee pure) La generazione F 1 era composta da piante tutte uguali con piselli gialli 13

14 Analisi dell ereditarietà di un carattere Incrociò tra loro (o autoincrocio) le piante della generazione F 1 e ottenne la generazione F 2 Generazione F 1 Piante con semi gialli X Piante con semi gialli linea ibrida Generazione F 2 3/4 Piante con semi gialli 1/4 Piante con semi verdi La generazione F 2 era composta per 3/4 da piante con piselli gialli e per 1/4 da piante con piselli verdi 14

15 Analisi dell ereditarietà di un carattere Mendel ottenne le stesse proporzioni alla F 1 e alla F 2 anche per altri caratteri della pianta di pisello Incrocio linee pure F 1 F 2 semi lisci X rugosi tutti lisci 5474 lisci; 1850 rugosi semi gialli X verdi tutti gialli 6022 gialli; 2001 verdi petali viola X bianchi tutti viola 705 viola; 224 bianchi fiori terminali X assiali tutti assiali 651 assiali; 207 terminali baccelli sempl. X conca- tutti semplici 882 semplici; 299 concamerati merati baccelli verdi X gialli tutti verdi 428 verdi; 152 gialli steli lunghi X corti tutti lunghi 787 lunghi; 277 corti 15

16 Approfondimento: differenza tra dati osservati e quelli attesi Ma..., per esempio Incrocio linee pure F 1 F 2 semi lisci X rugosi tutti lisci 5474 lisci; 1850 rugosi 5474 : 1850 non è ESATTAMENTE un rapporto 3:1, ma 2,96 : 1 Possiamo pensare che la differenza sia solo un errore di campionamento? 16

17 Approfondimento: differenza tra dati osservati e quelli attesi Incrocio linee pure F 1 F 2 OSSERVATO (O) semi lisci X rugosi tutti lisci 5474 lisci; 1850 rugosi ATTESO (A) (in base all ipotesi dei rapporti 3/4 lisci; 1/4 rugosi) semi lisci X rugosi tutti lisci 5493 lisci; 1831 rugosi Test del chi quadrato 2 = [(O A) 2 /A] Classe (F 2 ) O A (O A) 2 (O A) 2 /A Lisci Rugosi Totale = 2 =

18 Approfondimento: differenza tra dati osservati e quelli attesi Test del chi quadrato 2 = [(O A) 2 /A] Gradi di libertà = numero delle variabili indipendenti In questo caso n. delle classi fenotipiche = = P > 0.50 P > 0.05 non significativo P < 0.01 significativo 18

19 Analisi dell ereditarietà di un carattere Tutti i caratteri presi in considerazione da Mendel si comportavano allo stesso modo: Alla prima generazione, F 1, tutti mostravano il fenotipo dominante Alla seconda generazione, F 2, il fenotipo dominante e il fenotipo recessivo si presentavano con un rapporto 3 : 1 19

20 Analisi dell ereditarietà di un carattere A questo punto auto-incrociò tra loro le piante della generazione F 2, ottenendo la generazione F 3 Auto-incrocio delle piante con semi gialli Auto-incrocio delle piante con semi verdi F 2 1/3 2/3 Tutte piante con semi gialli 3/4 Piante con semi gialli 1/4 Piante con semi verdi Tutte piante con semi verdi F 3 Le piante della generazione F 2 con piselli gialli si comportavano per 1/3 come la linea pura parentale gialla e per 2/3 come la F 1 (con un rapporto gialle/verdi 3 : 1), mentre le piante con piselli verdi si comportavano tutte come la linea parentale verde 14 20

21 Analisi dell ereditarietà di un carattere Riassumendo la F 2 Rapporto fenotipico 3/4 piante con semi gialli Rapporto genotipico 1/4 linee pure gialle 2/4 = 1/2 linee ibride gialle 1/4 piante con semi verdi 1/4 linee pure verdi Uno studio accurato della F 3 ha rivelato che il rapporto apparente di 3 : 1 osservato alla F 2 della progenie nascondeva in realtà un rapporto 1 : 2 : 1 21

22 Analisi dell ereditarietà di un carattere I risultati ottenuti non possono essere spiegati dal modello dell ereditarietà per mescolamento Il modello dell ereditarietà particolata spiega invece i risultati ottenuti dagli esperimenti di Mendel, se si tiene conto che: Ogni individuo possiede due fattori (GENI), uno ereditato dal padre e uno dalla madre, che determinano ogni carattere. Questi a loro volta si separeranno (SEGREGAZIONE) alla formazione dei GAMETI, cellule che contengono uno solo di questi fattori (ALLELI). Alleli diversi che determinano un carattere si dicono DOMINANTI quando mostrano le proprie caratteristiche e nascondono quelle determinate dagli alleli RECESSIVI. 22

23 Analisi dell ereditarietà di un carattere Terminologia e simbologia APLOIDE: con tutti i geni presenti in una sola copia (es. gameti, alcune spore). DIPLOIDE: con tutti i geni presenti in due copie (es. cellule somatiche di animali e alcune piante). 23

24 Analisi dell ereditarietà di un carattere Terminologia e simbologia ALLELI: forme alternative dello stesso gene che determinano modalità alternative dello stesso carattere (es. A e a). Carattere dominante Carattere recessivo A a Fenotipo dominante A- mostra il carattere dominante (qualunque sia l allele omologo) Fenotipo recessivo aa mostra il carattere recessivo Genotipo omozigote Genotipo eterozigote AA aa Aa 24

25 Analisi dell ereditarietà di un carattere Genotipo del maschio GG Gameti prodotti: tutti di tipo G Incrocio della generazione parentale P Incrocio Il gamete maschile feconda il gamete femminile formando uno zigote con due determinanti per ciascun carattere Genotipo della femmina gg Gameti prodotti: tutti di tipo g zigote Gg Genotipo della progenie F 1 La F 1 è formata da piante ibride che esprimono il carattere dominante giallo Naturalmente il discorso è lo stesso se si incrocia una pianta «femmina» GG con una pianta «maschio» gg 25

26 gameti Analisi dell ereditarietà di un carattere L incrocio tra linee pure può essere spiegato con il quadrato di Punnet: La pianta GG che funge da maschio produce cellule polliniche (gameti) tutte G e quindi contribuirà con alleli G La pianta gg che funge da femmina produce cellule uovo (gameti) tutte g e quindi contribuirà con alleli g INCROCIO GG x gg g gameti G G g G G g Tutta la progenie F 1 sarà Gg (eterozigote) g G g G g Poiché G è dominante su g, tutta la progenie sarà formata da piante gialle tutte piante IBRIDE gialle 26

27 Analisi dell ereditarietà di un carattere Incrocio della progenie F 1 Genotipo del maschio F 1 Gg Gameti prodotti Genotipo della femmina F 1 Gg Gameti prodotti G g G g Incrocio GG Gg gg gg Genotipi della progenie F 2 27

28 gameti Analisi dell ereditarietà di un carattere La pianta Gg che funge da maschio produce 1/2 di cellule polliniche (gameti) G e 1/2 g La pianta Gg che funge da femmina produce 1/2 di cellule uovo (gameti) G e 1/2 g La progenie F 2 sarà composta da 1/4 di piante GG (omozigoti) 1/2 di piante Gg (eterozigoti) e 1/4 di piante gg (omozigoti) Rapporto GG : Gg : gg 1 : 2 : 1 INCROCIO Gg x Gg G g gameti G GG gg g Gg gg Poiché G è dominante su g, 3/4 della progenie sarà formata da piante gialle e 1/4 da piante verdi Se auto-incrociate, le piante omozigoti si comporteranno come le linee parentali pure, mentre quelle eterozigoti come quelle della progenie F 1 Rapporto gialle : verdi 3 : 1 3/4 PIANTE GIALLE 1/4 PIANTE VERDI 28

29 I legge di Mendel In conclusione In un organismo diploide, i due membri di una coppia di geni segregano uno dall altro alla formazione dei gameti, così che metà dei gameti sarà portatore di un membro e l altra metà sarà portatore dell altro membro della coppia di geni. 29

30 Ereditarieta combinata di due caratteri Si prendano in considerazione due caratteri: ad esempio colore e forma dei semi: gialli/verdi e lisci/rugosi I INCROCIO Linea pura con semi gialli e lisci x Linea pura con semi verdi e rugosi Generazione P SOLO Generazione F 1 piante con semi gialli e lisci 30

31 Ereditarieta combinata di due caratteri II INCROCIO F 1 Auto-incrocio delle piante F 1 con semi gialli e lisci F 2 9/16 piante con semi gialli lisci 3/16 piante con semi gialli rugosi 3/16 piante con semi verdi lisci 1/16 piante con semi verdi rugosi 31

32 Il risultato è spiegato dalla presenza, nelle cellule di questi organismi, di due coppie di alleli: una che determina il colore dei semi (G/g) e l altra la forma (L=lisci/l=rugosi) GG LL Ereditarieta combinata di due caratteri Genotipo del maschio F 1 Gg Ll Gameti prodotti Genotipo della femmina F 1 Gg Ll Gameti prodotti G G L l G G g L l L g l Incrocio g L g l GG Ll GG ll Gg LL Gg Ll Gg ll gg LL gg Ll gg ll Alcuni genotipi della progenie F 2 32

33 gameti Ereditarieta combinata di due caratteri Analisi dell incrocio per due caratteri tra piante della F 1 con il quadrato di Punnet INCROCIO GgLl x GgLl La pianta GgLl che funge da maschio produce 1/4 di cellule polliniche (gameti) GL, 1/4 Gl,1/4 gl, e 1/4 gl GL GL GGLL gameti Gl GGLl gl GgLL gl GgLl La pianta GgLl che funge da femmina produce 1/4 di cellule uovo (gameti) GL, 1/4 Gl,1/4 gl, e 1/4 gl Gl gl GGLl GgLL GGll GgLl GgLl ggll Ggll ggll INCROCIO gl GgLl Ggll ggll ggll 33

34 gameti Ereditarieta combinata di due caratteri Se almeno un allele dominante G conferisce il fenotipo semi di colore giallo e almeno un allele dominante L conferisce il fenotipo forma dei semi liscia, allora 9/16 DELLE PIANTE AVRANNO SEMI GIALLI LISCI GL GL GGLL INCROCIO GgLl x GgLl gameti Gl GGLl gl GgLL gl GgLl 3/16 SEMI GIALLI RUGOSI Gl GGLl GGll GgLl Ggll 3/16 SEMI VERDI LISCI gl GgLL GgLl ggll ggll 1/16 SEMI VERDI RUGOSI gl GgLl Ggll ggll ggll Il rapporto fenotipico è quindi: 9 : 3 : 3 : 1 34

35 II Legge di Mendel Il rapporto: 9 : 3 : 3 : 1 è compatibile con l ipotesi che alla segregazione ogni combinazione allelica abbia la stessa probabilità di formarsi. Ad esempio un soggetto doppio eterozigote GgLl formerà: 1/4 di gameti GL, 1/4 Gl, 1/4 gl e 1/4 gl, cioè tutti con la stessa probabilità. Questa osservazione ha permesso a Mendel di formulare la seconda legge sull ereditarietà Durante la formazione dei gameti la segregazione di una coppia di alleli di un gene è indipendente dalla segregazione degli alleli di un altro gene 35

36 Eredità mendeliana nell uomo Simboli utilizzati per costruire un pedigree Maschio Femmina Incrocio Incrocio tra consanguinei Genitori e figli, maschio e femmina, in ordine di nascita Individui malati (o che esprimono il carattere in esame) Eterozigoti per caratteri autosomici recessivi Portatrice di un carattere recessivo legato al sesso Morto/a Gemelli dizigoti (non identici) Gemelli monozigoti (identici) 36

37 Eredità mendeliana nell uomo I II Metodo per identificare i soggetti di un pedigree. I numeri romani indicano le generazioni, quelli arabi i singoli soggetti di ogni generazione. Il soggetto II-2 esprime il carattere La freccia indica il probando (o propositus), cioè l individuo della famiglia che per primo viene all attenzione del genetista. Di solito è un soggetto che esprime una malattia presunta ereditaria, per cui vengono fatte ricerche sui familiari. 37

38 Eredità mendeliana nell uomo La malattia viene espressa in egual misura femmine: il carattere è AUTOSOMICO nei maschi e nelle La malattia è presente in tutte le generazioni: il carattere è DOMINANTE 38

39 I Eredità mendeliana nell uomo Analisi della segregazione della malattia di Huntington Nel caso di una malattia AUTOSOMICA DOMINANTE i soggetti affetti dovranno possedere almeno un allele H H- 1 2 hh II H- hh hh H - hh 5 III hh H- hh H- hh hh hh H- hh hh hh IV hh hh H- H- hh hh hh H- hh hh 39

40 Eredità mendeliana nell uomo I 1 2 II III IV 1 2 La malattia viene espressa in egual misura femmine: il carattere è AUTOSOMICO nei maschi e nelle La malattia non è presente in tutte le generazioni: il carattere è RECESSIVO 40

41 I Eredità mendeliana nell uomo Analisi della segregazione di un tipo di sordità familiare AUTOSOMICA RECESSIVA Tutti i soggetti affetti devono essere omozigoti ss. Tutti i soggetti sani possiedono sicuramente un allele sano S, ma è possibile solo per alcuni sapere qual è l allele omologo Ss 1 2 Ss II 1 S? Ss S? ss S? Ss S? III S? S? S? S? Ss Ss S? S? S? IV S? 1 2 ss 41