CORSO DI GENETICA. Roberto Piergentili. Università di Urbino Carlo Bo ESTENSIONI DELLE LEGGI DI MENDEL

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1 CORSO DI GENETICA ESTENSIONI DELLE LEGGI DI MENDEL

2 Mendel rinuncia alle sue ricerche Mendel proseguì le sue ricerche su altre piante per ottenere conferme alle sue leggi, ma trovò tante e tali contraddizioni che (si dice) cadde in depressione, abbandonò la ricerca e si mise a curare l amministrazione del convento Solo diverso tempo dopo si scoprì che queste contraddizioni solo APPARENTEMENTE andavano contro i risultati ottenuti sul Pisum sativum.

3 Variazioni della dominanza I In molte piante è possibile trovare delle varianti a fiori colorati e delle varianti a fiori bianchi. Tra queste la bocca di leone e la Mirabilis jalapa (bella di notte). In queste piante, incrociare individui a fiori rossi con individui a fiori bianchi dà risultati inattesi

4 La genetica della Mirabilis jalapa

5 In altre parole, in questo caso si ha una completa corrispondenza tra genotipi e fenotipi, per cui gli eterozigoti A/a sono facilmente distinguibili dagli individui A/A. Quando il fenotipo degli eterozigoti è intermedio tra quello dei genitori, si parla di dominanza incompleta. In questo caso i rapporti fenotipici e genotipici coincidono (1:2:1).

6 Spiegazione molecolare

7 Lo stesso vale anche per gli animali

8 Variazioni della dominanza II Quando il fenotipo in F 1 èlasomma di quello dei genitori, si parla di CODOMINANZA.

9 Variazioni della dominanza III Y[l] è un gene che per il fenotipo del colore del pelo si comporta da dominante, ma per la letalità è recessivo! Rapporto alterato 1:2:0

10 Rapporti mendeliani atipici in diibridi Il classico rapporto 9:3:3:1 viene mantenuto SOLO quando due geni controllano due caratteri che non hanno niente in comune. In questo caso i geni (e le loro funzioni) sono del tutto indipendenti. Ma se i due geni considerati hanno qualche tipo di interazione tra loro, i rapporti possono subire profonde modificazioni: le diverse classi genotipiche possono convergere verso un fenotipo comune, oppure divergere per creare nuovi fenotipi. Oppure concorrere alla formazione dello stesso carattere...

11 Il caso della cresta dei polli Le due coppie geniche si influenzano a vicenda per il fenotipo della cresta.

12 Epìstasi Si parla di epìstasi (da non confondere con epistàssi) quando un gene è in grado di alterare l espressione di un altro gene che non èsuoallele.percui, quando il gene di un locus maschera l azione di un gene presente in un locus diverso, si parla di epìstasi (che in greco significa star sopra, sopraffare). Ilgeneche ha il potere inibente è detto gene epistatico, mentrequello sopraffatto è detto gene ipostatico. Sia i geni epistatici che ipostatici esistono abitualmente come coppie di alleli che mostrano tra loro gli abituali rapporti di dominanza.

13 L epistasi nei gruppi sanguigni

14 Fenotipo Bombay o h Gli eritrociti di soggetti omozigoti per il gene h sono privi degli antigeni A, B, o H, quindi nei test di determinazione del gruppo AB0 gli eritrociti risultano di gruppo 0 ed il genotipo viene denominato 0h. Il fenotipo 0h viene generalmente chiamato Bombay in quanto osservato per la prima volta a Bombay (India), dove sembra essere più frequente che altrove. Durante la determinazione dei gruppi AB0, gli eritrociti 0h appaiono di gruppo 0 in quanto il siero agglutina sia le emazie di gruppo A che quelle di gruppo B. L agglutinazione delle emazie A e B è dovuta alla presenza nel siero dei soggetti 0h di anticorpi anti H la cui formazione è determinata dall assenza di sostanza H negli eritrociti di gruppo 0h. Tali anticorpi agglutinano sia le emazie A che quelle B.

15 Fenotipo Bombay o h Il sospetto che il soggetto non appartenga al gruppo 0 viene dall osservazione che il suo siero agglutina anche le emazie di gruppo 0. Tuttavia la conferma che il soggetto in esame appartiene al gruppo 0h si ha cimentando i suoi eritrociti con un reagente capace di reagire specificatamente con la sostanza H. Questo reagente è rappresentato da un estratto salino di Ulex europaeus (la leguminosa a lato). Le emazie in esame, mancando della sostanza H, non reagiscono con l estratto. La controprova si può avere nel caso in cui si disponga di emazie di fenotipo Bombay dimostrando che queste emazie non vengono agglutinate dal siero del soggetto.

16 Un tipico esempio di epistasi recessiva: l albinismo L albinismo èun anomalia congenita ed ereditaria caratterizzata da mancanza di pigmento nella pelle, nei capelli, nei peli e negli occhi. È causata dall assenza dell enzima tirosinasi, indispensabile per la sintesi delle melanine. Ilsoggettoalbino presenta cute sottile e rosata, capelli e peli finissimi di colore bianco o giallo dorato. Si accompagna in genere a deficit visivi: miopia, astigmatismo, ipermetropia, daltonismo, malformazioni del cristallino, nistagmo; notevole sensibilità alla luce solare e predisposizione a neoplasie della cute. Chi ne è affetto deve usare precauzioni, come occhiali da sole e creme protettive, nell esporsi al sole.

17 L epistasi può alterare i rapporti F 2 in vari modi 9 : 3 : 4 - È quanto accade incrociando topi neri e albini;tutta la progenie F 1 è aguti, equando questi aguti vengono incrociati tra loro, la progenie è costituita approssimativamente da 9/16 aguti, 3/16 neri e4/16albini(epistasi recessiva). 12 : 3 : 1 - La polpa della zucca comunemente presenta 3 colori: bianco, giallo e verde. Negli incroci tra bianco e giallo e tra bianco e verde, il bianco è sempre espresso; negli incroci tra giallo e verde si esprime il giallo; si deduce che il giallo è recessivo rispetto al bianco, ma dominante sul verde. La spiegazione più semplice è che un allele per il bianco sia epistatico su quelli per il giallo e per il verde. La progenie F 2 di un autofecondazione di individui doppi eterozigoti della F 1 mostra un rapporto 12 frutti bianchi, 3 gialli e 1 verde (epistasi dominante).

18 La ridondanza o duplicazione genica Èilcasodella forma del frutto nella pianta officinale Capsella bursa-pastoris (Brassicaceae)

19 Un esempio particolare di epistasi: la complementazione Problema: vogliamo sapere se due linee pure, che hanno lo stesso fenotipo (fiore bianco, occhio rosa in Drosophila, ecc.) sono mutazioni a carico dello stesso gene oppure no. Soluzione: si esegue un TEST DI COMPLEMENTAZIONE.

20 Come cambiano irapporti in F 2 se i due geni NON sono alleli? Un rapporto in F 2 di 9:7 è tipico della COMPLEMENTAZIONE

21 Riassunto dei rapporti mendeliani atipici più comuni

22 Epistasi e dominanza La sostanziale differenza tra dominanza ed epistasi consiste nel fatto che la dominanza e la recessività sono l esito di un conflitto tra una coppia di alleli appartenenti a uno stesso locus, mentre l epistasi riguarda sempre 2 o più coppie di alleli che risiedono in loci diversi.

23 Penetranza ed espressività Un fiore rosa, nato da un incrocio rosso x bianco, è dovuto a dominanza incompleta o a espressività variabile? Come si può distinguere tra i due casi?

24 Altre difficoltà Molti caratteri non segregano come fattori mendeliani semplici, o risentono in maniera notevole di ambiente, cultura e contesto storico. Ad esempio, che c è di strano in questo albero genealogico?

25 Pleiotropìa Un gene è detto pleiotropico quando possiede effetti molteplici. Tale gene determina due o più caratteri che risultano strettamente tra loro correlati. La prima osservazione venne fatta da Mendel che notò come il medesimo fattore ereditario influenzasse il colore dei fiori e il colore del tegumento dei semi. Il gene per la fenilchetonuria (PKU) è responsabile dell assenza dell enzima che trasforma la fenilalanina in tirosina. Questo determina la presenzadiunaquantitàeccessiva di fenilalanina, una carenza di tirosina, e un eccesso del prodotto di degradazione alternativo, l acido fenilpiruvico, nei liquidi del corpo e nell urina. Ulteriori conseguenze di queste molteplici anomalie biochimiche possono essere il danneggiamento del sistema nervoso centrale, che si esprime nel deterioramento delle funzioni mentali, e nella diminuzione della produzione di melanina, a causa della carenza di tirosina, diminuzione che determina una colorazione chiara dei capelli.

26 La pleiotropia nella fibrosi cistica

27 Allelìa multipla All interno del genoma di un individuo diploide (a meno di eventi eccezionali) sono presenti solo due alleli ad un certo locus genetico, uno per ciascun cromosoma omologo. Tuttavia nella popolazion e di individui è possibile che siano presenti tanti alleli diversi, che tra loro possono avere rapporti variabili di dominanza, espressività e penetranza.

28 Un esempio di allelia multipla riguarda il sistema di gruppi sanguigni ABO. In questo caso esistono tre alleli noti al locus I (il cui prodotto Igruppi sanguigni finale dà la presenza di un antigene di superficie sul globulo rosso). Gli alleli sono I A,I B e I O (detto anche i). I A e I B sono codominanti tra di loro, e sono entrambi dominanti su I O. Ne discendono quattro possibili fenotipi, corrispondenti a sei possibili genotipi.

29 Caratterizzazione fenotipica dei gruppi sanguigni Solo i gruppi che non agglutinano i globuli rossi hanno la possibilità di scambiarsi sangue (trasfusioni). AB è accettore universale, O è donatore universale.

30 Le famiglie geniche Le famiglie geniche sono invece un caso di geni correlati, simili tra di loro per struttura (organizzazione molecolare) e funzione, equasi sempre localizzati nella stessa porzione cromosomica. Tuttavia questi geni non sono alleli tra di loro. Inalcunicasisonosolo una ridondanza di funzione (es.: geni per l rrna), in altri casi i singoli membri possono evolversi e divergere verso funzioni correlate ma non sovrapponibili.

31 Nomenclatura A livello genico, si parla di omologia in caso di geni correlati evolutivamente. In particolare, due geni sono ortologhi se hanno sequenze omologhe in specie differenti (per esempio l emoglobina nei mammiferi e negli uccelli). Sono invece paraloghi i geni omologhi presenti nella stessa specie e che sono insorti per duplicazione genica.

32 L emoglobina (Hb) L Hb è la proteina responsabile del trasposto dell ossigeno ai tessuti attraverso il sangue. Nei globuli rossi dei mammiferi essa è formata da due coppie di polipeptidi tra loro correlati (a e b), uniti a formare una struttura proteica quaternaria.

33 Le Hb a e b hanno struttura simile

34 Le Hb a e b fanno parte di una famiglia genica

35 e ogni membro della famiglia ha una sua funzione.

36 Un caso particolare: la Hb-S Un singolo cambiamento aminoacidico può provocare gravi danni.

37 Esistono molti mutanti in Hb