TRE PAROLE CHIAVE DELLA GENETICA

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1 TRE PAROLE CHIAVE DELLA GENETICA Questo documento è pubblicato sotto licenza Creative Commons Attribuzione Non commerciale Condividi allo stesso modo

2 Gene e locus I termini gene e locus avevano un significato chiaro e distinto nell'era della genetica mendeliana il gene è uno specifico determinante, o fattore, ereditario che può esistere in forme diverse, ciascuna delle quali è responsabile, a seconda delle relazioni di dominanza con le altre forme, di un fenotipo palesemente riconoscibile il locus è semplicemente la posizione di questo fattore sulla mappa genetica, posizione che è definita relativamente a quella degli altri geni identificati e mappati a loro volta.

3 Due definizioni di allele Il termine allele ebbe invece fin dall'inizio una duplice definizione nella genetica medica (v. esempi nel riquadro a fianco), gli alleli sono spesso intesi come le due copie dello stesso gene presenti sui due cromosomi omologhi di ciascun individuo, copie che possono essere identiche o diverse Nell'accezione largamente più diffusa, invece, ogni allele indica una fra le possibili molteplici forme dello stesso gene che esistono nel patrimonio genetico di una specie Each gene appears at a certain location on a certain chromosome, and there are two copies of the gene. The location of a particular gene is called the locus of the gene. Each of the two copies of the gene is called an allele (link) The two copies of each gene or DNA markers are called 'alleles'. There may be small differences in the sequence of letters in the DNA of the alleles located on each chromosome pair or each allele may be exactly the same (link) In genere questa duplice definizione non comporta seri rischi di incomprensione (il significato si può evincere facilmente dal contesto), ma è bene tenerla presente

4 Serie alleliche e wild-type La concezione dell'allele come uno dei possibili stati alternativi che può assumere un gene corrisponde al significato che originariamente dette Bateson nel 1902 al nuovo termine, da lui stesso coniato, allelomorph Negli studi sperimentali in Drosophila furono poi presto identificati alleli multipli dello stesso gene, i quali costituivano nel loro insieme una serie allelica ; faceva parte di questo quadro anche il concetto di allele wild-type (il selvatico, l'allele diffuso in natura), eventualmente corredato da uno o più alleli mutanti, ciascuno con il proprio nome e i propri effetti sul fenotipo.

5 Il gene nell'era genomica

6 Il gene come unità di funzione molecolare Anche se può essere difficile decidere quali elementi fanno parte esattamente di un gene (introni, esoni, elementi fiancheggianti, sequenze trascritte ma non tradotte, ecc.), il concetto più diffuso fa riferimento ad una funzione molecolare e non ad una specifica sequenza Più comunemente con gene si intende quindi un segmento di DNA univocamente identificabile nel genoma che codifica per una proteina o per un RNA, e che può esistere sotto forma di sequenze leggermente diverse (gli alleli) Questa definizione ha il vantaggio di derivare dal paradigma della genetica molecolare che ha identificato come determinante fisico nella maggioranza dei casi di differenze fenotipiche a trasmissione mendeliana una variazione di una sequenza nucleotidica codificante.

7 Il gene come unità elementare di evoluzione Una definizione alternativa di gene è stata proposta da George Williams nel 1966 (Adaptation and Natural Selection), e ribadita nel 1992 (Natural selection: domains, levels, and challenges) in un capitolo intitolato The gene as a unit of selection In effetti, dal punto di vista della biologia evoluzionistica non ci sono differenze fra, per esempio, una mutazione che ha interessato una breve sequenza regolatrice di un gene, collocata eventualmente anche lontano da esso, e una mutazione del gene stesso, se le conseguenze fenotipiche delle due mutazioni sono identiche. In ambedue i casi si tratta di modifiche ereditabili di sequenza nucleotidiche, e in ambedue i casi saremmo indotti, considerando i fenotipi che ne risultano, a parlare della mutazione di un gene. Il gene può essere pertanto generalmente definito come any hereditary information for which there is a favorable or unfavorable selection bias equal to several or many times its rate of endogenous change Richard Dawkins nei suoi libri The Selfish Gene (1976) e The Extended Phenotype (1982) ha adottato u punto di vista simile. In questa accezione non è dunque necessario che il gene sia una unità di trascrizione/traduzione

8 Una varietà di oggetti genetici contenuti nei genomi Nell'era della genomica siamo venuti a conoscere una complessa serie di oggetti che fanno parte dei genomi e che non sono geni (dagli pseudogeni ai minisatelliti, dalle sequenze Alu alle isole CpG, e molto altro ancora), ma che possono avere un nome che li identifica univocamente e che quindi hanno una posizione ben definita sulla mappa del genoma di una data specie Un'altra conseguenza del sequenziamento dei genomi è stata che alla mappa genetica si è affiancata la mappa fisica; questa ha reso assoluta la posizione degli oggetti genetici e non più relativa l'uno rispetto all'altro

9 Locus indica oggi sia l'oggetto che la sua posizione Tutto ciò ha cambiato il significato che attribuiamo al termine locus: all'atto pratico, il locus di un oggetto viene a coincidere con l'oggetto stesso, e finiamo per usare questa parola per indicare l'oggetto al quale siamo interessati e non solo la sua posizione Così parliamo ad esempio di locus genico se intendiamo riferirci ad una qualsiasi porzione del genoma che include una sequenza codificante, oppure di locus ipervariabile se ci riferiamo ad un segmento per il quale sono presenti nella popolazione un grande numero di alleli, oppure ancora ad esempio del locus D10S2356 se ci riferiamo a questo specifico oggetto, che dal formato del nome - convenzionale - riconosciamo essere un microsatellite collocato fisicamente sul cromosoma 10 umano: ma qui è evidente che stiamo parlando di un tratto di DNA con certe caratteristiche e non della sua posizione nel genoma.

10 Numero di copie-geniche/tratti-omologhi Molte ricerche di genetica delle popolazioni sono basate sulla tipizzazione genetica di campioni di un certo numero (N) di individui Nel caso più comune di loci autosomici di specie diploidi, un campione di N individui include, per ciascun locus tipizzato, un campione di 2N oggetti genetici; non possiamo però parlare né di 2N alleli, né di 2N loci, né di 2N geni (quest'ultima dizione sarebbe compatibile solo con l'accezione evoluzionistica di gene, ma essa non è invalsa nell'uso generale) Il numero di oggetti genetici campionati per un dato locus in un insieme di individui è spesso chiamato numero di copie geniche, anche se quel locus non contiene un gene In alternativa si può anche usare la dizione più generale numero di tratti omologhi Una coppia di tratti omologhi, o di copie geniche, è dunque presente per ciascun locus in ciascun individuo di una specie diploide, e tali tratti possono essere identici o diversi; un campione di N individui tipizzati per un locus autosomico include 2N tratti omologhi di quel locus

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12 In conclusione: alcune definizioni basilari Un locus è una regione del genoma di una specie costituita da un insieme continuo di nucleotidi identificata da un nome unico e dalla sua collocazione sulla mappa fisica. Un gene è una unità di trascrizione-traduzione costituita da un segmento continuo di DNA che include le sequenze regolatrici a monte e a valle. Un allele è una specifica sequenza nucleotidica, anche limitata alla singola coppia di basi, presente ad un certo locus nel patrimonio genetico di una specie Due o più tratti omologhi, o copie geniche, sono un insieme di sequenze di DNA, che possono essere uguali o diverse fra di loro, presenti ad un dato locus in uno o più individui di una data specie