ESERCIZI DI GENETICA - 1

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1 CORSO INTEGRATO GENETICA E BIOLOGIA MOLECOLARE ESERCIZI DI GENETICA SEGREGAZIONE GAMETI GENI ASSOCIATI / INDIPENDENTI (1.1) Dato il genotipo AaBb: quali sono i geni e quali gli alleli? Disegnate schematicamente questo genotipo posizionando gli alleli sui cromosomi omologhi, nelle seguenti situazioni: A e B geni concatenati in repulsione A e B geni concatenati in cis A e B geni indipendenti (1.2) Disegnate schematicamente un genotipo quadruplo eterozigote con i geni A e C concatenati e i geni B e D indipendenti, posizionando gli alleli sui cromosomi omologhi. (1.3) Disegnare schematicamente due loci indipendenti. Potrebbero essere posizionati sullo stesso cromosoma? (1.4) Quali gameti produce prevalentemente un triplo eterozigote AaBbCc nei seguenti casi: a) A e B concatenati in repulsione e anche B e C b) A e B concatenati in cis e C in repulsione c) A e B concatenati in cis e il locus C non concatenato d) B e C concatenati in cis e A in repulsione (1.5) Dato il seguente incrocio AaBbDD x AABbdd in cui tutti i geni segregano indipendentemente a) Quanti gameti geneticamente differenti sarà possibile ottenere da ciascun genitore? b) Quale sarà la proporzione di individui eterozigoti a tutti i loci nella prole? (1.6) Quali fenotipi producono i seguenti incroci e con quali frequenze (A, B, C, alleli dominanti): a) AaBbCc x AABBCc b) AaBbCC x AABbcc Cambiano le frequenze se il primo individuo è omozigote per l allele recessivo al primo locus? (1.7) Considerate un incrocio tra due individui con i seguenti genotipi (tutti i loci segregano indipendentemente): femmina maschio AaBbCCDdEE (x) AABbCcDdEe a) Qual è la probabilità che un qualsiasi gamete femminile sia AbCdE? b) Qual è la probabilità che un qualsiasi zigote sia EE? c) Qual è la probabilità che un qualsiasi zigote sia AabbCcddEE? d) Qual è la probabilità che un qualsiasi zigote sia omozigote in tutti i loci? (1.8) Determinare il fenotipo, le classi genotipiche e le loro frequenze, per la progenie che si ottiene dai seguenti incroci, sapendo che tutti i geni segregano indipendentemente: a) AaCc x Aacc b) AaBbIi x AabbIi c) DdEeff x ddeeff d) DdEeFf x ddeeff

2 2 - PROBABILITÀ RI-COMPARSA CARATTERI MENDELIANI (RISCHIO RICORRENZA) (2.1) Assumete che il colore degli occhi e il colore dei capelli siano caratteri monogenici, determinati da geni che segregano indipendentemente. I fenotipi mostrano i seguenti rapporti di dominanza: occhi scuri (S) dominante su occhi chiari (s) e capelli neri (N) dominante su capelli biondi (n). a) Dato l incrocio SsNn (x) ssnn; qual è la proporzione di prole attesa con occhi scuri e capelli neri? b) Dato l incrocio Ssnn (x) Ssnn, qual è la probabilità che il primo figlio sia biondo con occhi scuri? E biondo con occhi azzurri? E che abbia occhi azzurri e capelli scuri? (2.2) Due giovani fratelli hanno un disordine genetico che è letale entro i 20 anni nel 40 % dei casi. a) Qual è la probabilità che nessuno dei due fratelli sopravviva fino a 20 anni? b) Qual è la probabilità che entrambi i fratelli sopravvivano fino a 20 anni? c) Qual è la probabilità che almeno uno dei due fratelli sopravviva fino ai 20 anni? (2.3) Nell uomo i genotipi DD e Dd sono fenotipicamente Rh positivi (Rh+), mentre i genotipi dd sono Rh negativi (Rh-). a) Se un uomo Rh+ e una donna Rh- hanno un figlio Rh- quale dovrebbe essere il genotipo dell uomo? b) Se un uomo Rh+ e una donna Rh- hanno sei figli, tutti Rh+, quale dovrebbe essere il genotipo dell uomo? (2.4) Se una donna eterozigote per un allele che causa una malattia a trasmissione X-dominante sposa un uomo fenotipicamente normale, come potranno essere i fenotipi dei loro figli e in quale proporzione? (2.5) Considerate una famiglia in cui entrambi i genitori siano eterozigoti per l anemia falciforme e la madre inoltre abbia cecità ai colori. Quale sarà la proporzione attesa di ciascun fenotipo (incluso il sesso) nei figli di questa coppia? (2.6) Una coppia ha avuto sei figli. Sfortunatamente entrambi i genitori sono eterozigoti per la fibrosi cistica. Qual è la probabilità che a) il primo figlio sia normale? b) tutti i figli siano normali? c) tutti i figli abbiano la malattia? d) un figlio normale sia eterozigote per la fibrosi cistica (portatore)? (2.7) L'emofilia è una patologia a trasmissione X-R, che determina ritardo nella coagulazione sanguigna. Che probabilità hanno di avere figli emofilici le seguenti coppie: a) Un uomo sano, il cui padre era emofilico, e una donna normale che non ha familiarità per emofilia. b) Una donna sana, il cui padre era emofilico, e un uomo normale. c) Una donna sana, la cui madre era portatrice di emofilia, e un uomo normale. d) Se la coppia del punto b) ha 4 figli, 2 maschi e 2 femmine, qual è la probabilità che: d.1) siano tutti emofilici d.2) 3 siano emofilici e uno normale d.3) due siano emofilici e due sani d.4) due siano emofilici e due normali e non portatori d.5) uno sia emofilico d.6) nessuno sia emofilico

3 (2.8) Un uomo affetto da deficit di G6PD (X-R) sposa una donna fenotipicamente normale. La loro prima figlia ha il deficit di G6PD. a) Che probabilità hanno che il secondo figlio sia un maschio affetto? b) Che probabilità hanno che il secondo figlio sia una femmina affetta? c) Che probabilità ha la loro prima figlia di avere a sua volta dei figli affetti, se sposa un uomo normale? 3 - DISTANZA LOCI ASSOCIATI /MAPPAGGIO GENICO (3.1) In base ai gameti prodotti, per ciascuno dei seguenti casi indicare se - I due loci sono associati o indipendenti; - E' possibile determinare la distanza genetica tra i due loci. a) Dal genotipo AaBb vengono prodotti i seguenti gameti: AB = 28 gameti Ab = 472 gameti ab = 469 gameti ab = 31 gameti b) Dal genotipo AaBb vengono prodotti i seguenti gameti: Ab = 34 gameti AB = 465 gameti ab = 464 gameti ab = 37 gameti c) Dal genotipo AaBb vengono prodotti i seguenti gameti: AB = 247 gameti Ab = 251 gameti ab = 253 gameti ab = 249 gameti (3.2) Quali gameti e in quali proporzioni producono i seguenti genotipi doppio eterozigote: a) AaBb, con i due loci associati in cis e distanti tra loro 16 unità di mappa? b) DdFf, con i due loci associati in trans e distanti tra loro 11 unità di mappa? (3.3) Due loci associati A e B distano tra di loro 7 cm. a) Quali gameti ci aspettiamo e in quali proporzioni in un individuo doppio eterozigote in caso di associazione in cis? b) E in caso di associazione in trans, sempre in un individuo doppio eterozigote? c) E se l'individuo fosse AABb o AaBB? 4 - PEDIGREE E GENOTIPI (4.1) Una probanda è affetta da una patologia genetica che è presente in entrambi i genitori. Ha una sola sorella, maggiore, che non mostra il carattere. La probanda ha sposato un uomo che non presenta la sua stessa malattia e ha avuto 5 figli. Il più grande è un maschio, seguito da una femmina, poi da un altro maschio e poi da 2 gemelle identiche. Solo la secondogenita non mostra il carattere. a) Costruire il pedigree. b) Determinare il tipo di ereditarietà c) Qual è il genotipo del marito della probanda per il carattere in questione?

4 (4.2) Una probanda che soffre di una patologia non identificata si rivolge ad un consulente genetico. Basandosi sui dati che seguono, a) costruire il pedigree e b) determinare il tipo di ereditarietà. Il nonno materno della probanda è affetto dalla patologia in questione. La madre della probanda non è affetta dalla patologia ed è la più giovane di 5 figli, di cui i primi 3 maschi. La probanda ha la sorella maggiore affetta dalla patologia, ma i fratelli più giovani, due gemelli, non sono colpiti (un maschio e una femmina). Tutti gli individui colpiti dalla patologia sono stati individuati. (4.3) Francesca è incinta per la seconda volta. Il primo figlio, Carlo, è affetto da FC. Francesca ha due fratelli, Giovanni e Daniele, ed una sorella, Anna. Daniele e Anna non sono sposati. Giovanni è sposato con una donna non imparentata, Sara, ed ha una figlia di 2 anni, Elena. I genitori di Francesca sono Roberto e Viola. La sorella di Viola, Barbara è la madre del marito di Francesca, Igor, che ha 25 anni. Non ci sono precedenti casi di FC in famiglia. a) Disegnare il pedigree. b) Qual è il modello di trasmissione della FC? Qual è il rischio di essere ammalato per il 2 figlio di Francesca? c) Quali persone in tale albero genealogico sono eterozigoti obbligati? (4.4) Nell'uomo il daltonismo è dovuto ad un gene recessivo d. Esaminate il seguente pedigree: a) specificare il tipo di eredità mostrato da questa anomalia (autosomica o legata al sesso?) b) Indicare dove possibile i genotipi degli individui che vi compaiono (4.5) Assumete che avere le fossette sia un carattere autosomico dominante. Supponete che in una famiglia entrambi i genitori e il figlio abbiano le fossette, mentre la figlia no. Disegnate il pedigree e attribuite il genotipo ai membri di questa famiglia. (4.6) Pietro, 5 anni, è l'unico membro della famiglia affetto dalla malattia genetica che state studiando. Le sue due sorelle maggiori, Elena ed Alice, sono entrambe sane. Elena ha avuto una figlia, Anna, sana. Alice ha avuto due gemelle sane, Luisa e Lucia. Norma, la madre di Pietro è sana e ha due sorelle minori, Marta che due femmine sane e Franca, senza figli e un fratello maggiore, Giovanni, deceduto pochi mesi dopo la nascita. Nessuna informazione è disponibile sulla causa del decesso. Luigi il padre di Pietro è deceduto in seguito a un incidente stradale, non presentava segni della malattia del figlio e non aveva fratelli o sorelle. a) Disegnare il pedigree. b) Qual è il modello di trasmissione più probabile per la malattia? c) Qual è il rischio a posteriori di essere portatori/portatrici per ciascun membro della famiglia?

5 5 - DIAGNOSI INDIRETTA CON MARCATORI IN LINKAGE COL GENE MALATTIA (5.1) Una coppia sarda di rivolge a voi per una consulenza genetica poiché, nel corso di uno screening di popolazione, entrambi i partner sono risultati portatori di -talassemia. La coppia ha già avuto un figlio sano e non portatore. La signora è incinta e vorrebbe sapere se il feto è affetto. Tutti membri di questa famiglia sono stati sottoposti ad analisi del DNA per determinare un polimorfismo VNTR al 5' del gene della -talassemia (gene per...) ottenendo il risultato mostrato nelle figura seguente. Il feto è affetto? (5.2) Nel seguente albero genealogico è presentata una famiglia in cui segrega l Emofilia A, malattia X-linked recessiva. In questa famiglia non è stato possibile identificare la mutazione responsabile della malattia nel gene per il Fattore VIII della coagulazione. Parte degli individui di questa famiglia sono stati sottoposti ad analisi di un RFLP (sito per Bcl I) presente in un introne del gene (vedi foto gel di seguito). Le ragazze IV-4 e V-1 desiderano conoscere se sono portatrici della malattia. Cosa possiamo rispondere loro? (NB: il frammento di 67bp visibile nel gel è un controllo interno per verificare il corretto funzionamento dell'enzima di restrizione BclI e non va pertanto considerato per determinare il genotipo del polimorfismo in esame) (5.3) Laura e Paolo hanno un figlio affetto da una grave malattia AR. Laura è incinta alla 9a settimana. La coppia richiede una diagnosi prenatale dopo CVS. Dopo analisi genetica con un microsatellite in stretto linkage (θ =0) con il gene malattia, sono risultati i seguenti genotipi: Laura: 1-1 Paolo: 1-2 Figlia affetta: 1-2 Feto: 1-1 Qual è la probabilità che il feto sia affetto, o portatore, o omozigote sano?

6 (5.4) Nel seguente albero genealogico segrega una malattia genetica. Le lettere indicano i genotipi al locus polimorfico in linkage con il locus malattia. a) Che tipo di ereditarietà segue la malattia? b) E possibile identificare il cromosoma che porta l allele malattia? (5.5) Il seguente pedigree mostra un esempio di diagnosi molecolare di una malattia genetica, mediante l uso di un polimorfismo del DNA in linkage, con una distanza di mappa di circa 5 cm tra il locus polimorfico e il gene responsabile della patologia. a) Che tipo di ereditarietà segue la malattia? b) Qual è la fase più probabile nella madre del probando? c) Quale considerazione si può fare sullo stato del feto per la seguente diagnosi prenatale? (5.6) Nella famiglia precedentemente descritta, il nonno materno disponibile per l analisi del DNA mostra l allele B al locus linked. a) Questo risultato può influenzare la determinazione della fase nella madre? b) Che conclusione si può trarre per il figlio affetto? c) Quale considerazione si può fare ora sullo stato del feto? (5.7) Utilizzando un marcatore RFLP (es HpaI) strettamente concatenato (assumere ricombinazione nulla) al gene di una rara malattia autosomica recessiva (anemia falciforme) per la determinazione di una diagnosi prenatale, sono stati ottenuti i seguenti risultati a) Padre 1-2 Madre 1-2 figlio affetto 2-2 feto 1-1 Quali sono i possibili genotipo e fenotipo del feto?

7 b) Padre 2-2 Madre 1-2 figlio affetto 2-2 feto 1-2 Quali sono i possibili genotipo e fenotipo del feto? 6 - MONITORAGGIO RAPIANTI MIDOLLO OSSEO (6.1) Utilizzando un polimorfismo VNTR nel monitoraggio di due casi di trapianto di midollo osseo, si osservano i seguenti alleli per i Donatori (D) e per i Riceventi (R): caso 1 D=3/7 ; R=7/10 e caso 2 D=3/8 ; R=1/6. Indicare il genotipo dei due soggetti dopo il trapianto in presenza di: a) chimerismo completo (Tc.c.) nel caso 1 b) chimerismo misto (Tc.m.) nel caso 2 (6.2) Utilizzando un polimorfismo VNTR nel monitoraggio di due casi di trapianto di midollo osseo, si osservano i seguenti alleli per i Donatori (D) e per i Riceventi (R): caso 1 D=5/13 ; R=3/7 e caso 2 D=1/8 ; R=1/6. Indicare il genotipo dei due soggetti dopo il trapianto in presenza di: a) chimerismo completo (Tc.c.) nel caso 1 b) chimerismo misto (Tc.m.) nel caso HARDY - WEINBERG (7.1) Il 90% circa della popolazione riesce ad arrotolare la lingua. Questa caratteristica è geneticamente determinata da un allele dominante. Calcolate le frequenze alleliche e genotipiche. (7.2) Gli studenti di una scuola vengono esaminati per la capacità di sentire il sapore della feniltiocarbammide (amaro). La capacità di sentirne il sapore è dominate sulla incapacità di sentirlo. Tra i 1242 studenti il 67.8% sono riusciti a sentire tale sapore. Qual è la frequenza attesa dei due alleli? Qual è il numero di studenti che possiede ciascun genotipo? (7.3) Quale è la frequenza di eterozigoti Aa in una popolazione con accoppiamenti casuali in cui la frequenza di tutti i fenotipi dominanti è 0,19? (7.4) L'emofilia A (X-R) ha una frequenza di 1/5000 maschi, in una popolazione all'equilibrio. Quale sarà la frequenza di femmine affette da emofilia A in tale popolazione? (7.5) Il gruppo sanguigno MN è stato studiato in una popolazione di 208 beduini siriani. Sono stati identificati 119 soggetti omozigoti per l'allele M; 76 eterozigoti e 13 omozigoti per l'allelel N. a) Calcolare le frequenze alleliche e genotipiche osservate b) Calcolare le frequenze genotipiche attese se la popolazione fosse in equilibrio di HW c) Calcolare il numero di individui attesi per ciascun genotipo se la popolazione fosse in equilibrio di HW d) Confrontando le frequenze osservate con le attese si ottiene un valore di p=0,85. In base ai dati ottenuti, la popolazione è o non è in equilibrio di HW?

8 (7.6) In una popolazione sono stati osservati i seguenti genotipi: Genotipo Numero HH 40 Hh 45 hh 50 a) Calcolate le frequenze genotipiche e le frequenze alleliche osservate in tale gruppo di individui. b) Calcolate il numero di genotipi attesi qualora la popolazione sia in equilibrio di Hardy- Weinberg. c) Per determinare se una popolazione è in equilibrio di Hardy-Weinberg si applica il test statistico del chi-quadrato, che permette di confrontare il numero di genotipi osservati con quello degli attesi e stimare se vi è una differenza che NON è dovuta al caso, quindi se la popolazione NON è in equilibrio di Hardy-Weinberg. Applicato a questo caso, il test ha dato il seguente risultato: 2 =14,7; p=0, Il che significa che... (7.7) In un campione di 730 individui aborigeni dell'australia saggiati relativamente alla reazione antigenica del sistema MN (locus biallelico con alleli codominanti), sono stati trovati 22 individui con fenotipo M, 216 con fenotipo MN e 492 con fenotipo N. a) trovare le frequenze alelliche e genotipiche attese b) il locus MN in questa popolazione è in equilibrio di HW se dal test chi-quadro si ottiene p=0,77? (7.8) Due popolazioni presentano le seguenti frequenze genotipiche: popolazione I: 0,24 AA 0,32 Aa 0,44 aa (chi quadro: p=0,00086) popolazione II: 0,33 AA 0014 Aa 0,53 aa (chi quadro: p=1,41e-12) a) Le due popolazioni sonio in equilibrio? b) Se vi è accoppiamento casuale quali saranno le frequenze genotipiche della generazione successiva in ciascuna popolazione? (7.9) Quali delle seguenti popolazioni sono in equilibrio di HW' AA Aa aa P value Popolazione 1 0,430 0,481 0,089 0,005 Popolazione 2 0,64 0,32 0,04 1 Popolazione 3 0,4225 0,4550 0, Popolazione 4 0,0025 0,1970 0,8005 2,23 x -17 Popolazione 5 0,0081 0,0828 0,9021 3,22 x -33 a) Quali sono le frequenze attese di equilibrio per le popolazioni che non sono in equilibrio? b) Quanto impiegheranno queste popolazioni a raggiungere i valori di equilibrio in condizioni di accoppiamento casuale?

9 SOLUZIONI a) ABC 75% e ABc 25%; b) ABC 6/8 e AbC 2/ a.1/8; b.1/2; c.1/128; d.1/ a) genotipi AACc1/8; AA cc 1/8; AaCc 1/4; Aacc ¼; aacc 1/8; aacc1/8; fenotipi AC 3/8; Ac 3/8; ac 1/8; ac 1/ a.1/4; b.3/4; 1/4; a.16%; b.36%; c.84% a) Dd; b) DD o Dd ¼ F fenotipo dominante; ¼ F fenotipo recessivo; ¼ M fenotipo dominante; ¼ M fenotipo recessivo % maschi, tutti daltonici; 50% femmine tutte portatrici per daltonismo. Nell'ambito di ciascun sesso: 25% affetti da falcemia; 50% portatori e 25% omozigoti normali rispetto al tratto falcemico a.75%; b. circa 18%; c. circa 0,02%; d. 67% 2.7 a) 0%; b) 50%; c) 25%; d1) 0%; d2) 0%; d3) 25%; d4) 50%; d5) 25% a) 25%; b) 25%; c) 50%. 3.1 a) associati in repulsione; 5,9 cm; b) associati in cis 7,1cM; c) indipendenti 3.2 a) AB (42%) + ab (42%) + Ab (8%) + ab (8%); b) Df (44,5%) + df (44,5%) + DF (5,5%) + df (5,5%) a) AB (46,5%) + ab (46,5%)+ Ab (3,5%) + ab (3,5%); b) Ab (46,5%) + ab (46,5%)+ AB (3,5%) + ab (3,5%); c) AB 50% + Ab 50% oppure AB 50% + ab 50% AD, penetranza completa, marito mm (omozigote normale) AR 4.3 a) AR, b) ¼, c) Francesca e Igor portatori obbligati; Barbara e Viola probabili portatrici, ma non obbligate a) X-R padre Ff, madre Ff, figlio FF o Ff, figlia ff 4.6 b) X-R portatore sano IV-4: portatrice sana; V-1: risultato per questo marcatore non è conclusivo, necessario procedere con analisi altri marcatori 5.3 sano 50% o portatore 50% 5.4 a) AD: b) Cromosoma che porta l'allele A del marker 5.5 a) X-linked recessiva; b) A-normale / B-malato; c) Feto sano al 95% 5.6 a) SI; b) Ricombinante; c) Affetto al 95 % a meno di una seconda ricombinazione 5.7 a) BaBa sano; b) BaBa sano 50% o BaBs portatore 50%