Le proprietà del materiale gene0co possono essere studiate a tre livelli: Individuale:presenza o assenza di un certo cara3ere;

Transcript

1

2 Aspetti diversi dello studio dell ereditarieta Le proprietà del materiale gene0co possono essere studiate a tre livelli: Individuale:presenza o assenza di un certo cara3ere; Famiglia:dominanza o recessività; autosomico o legato al sesso;indipenden9 o associa9. Popolazione:gruppo di individui della stessa specie che vivono in un certo luogo si incrociano e danno prole fer9le. In questo caso si vede la frequenza di un certo allele. Se esso è portato da pochi o da mol9 individui e vedere se esiste correlazione tra la sua frequenza e l ambiente dove la popolazione vive.

3 La genetica di popolazione La gene0ca di popolazione studia l ereditarieta di cara8eri determina0 da uno o pochi geni in gruppi di individui: in una popolazione mendeliana Popolazione mendeliana: gruppo di individui interfer0li che condividono un insieme di alleli il pool genico. TuE gli individui di una specie condividono gli stessi loci. I loci possono presentare piu alleli: gruppi di individui possono presentare assor9men9 allelici differen9: geno9pi differen9, aplo9pi differen9

4 Domande Quanta variabilita esiste in una popolazione naturale da cosa e originata, come viene mantenuta? Quali processi evolu0vi modellano la stu8ura gene0ca delle popolazioni? Da cosa sono provocate le differenze nella stru8ura gene0ca delle diverse popolazioni? Come variano nelle generazioni le frequenze geniche e/o geno0piche?

5 Legge di Hardy-Weinberg In una popolazione infinitamente grande, in cui gli incroci avvengono casualmente, in cui non vi siano mutazioni, ne migrazioni, ne selezione le frequenze alleliche in un locus autosomico con 2 alleli non cambiano nel tempo, e le frequenze geno0piche si stabilizzano secondo le proporzioni: p 2 + 2pq + q 2, che è il quadrato del binomio (p + q). La somma sara sempre =1 S0amo parlando di un singolo locus: la legge di Hardy- Weinberg si applica ad un locus alla volta. Va sempre tenuto presente che H- W e un modello matema0co che ci fornisce un ipotesi zero cioe un punto di partenza per saggiare gli effew che possono modificare le frequenze alleliche: ci perme8e di individuare le forze che fanno evolvere una popolazione naturale

6 Frequenze genotipiche Quanta variabilita esiste in una popolazione naturale da cosa e originata, come viene mantenuta? Definiamo la stru3ura gene9ca di una popolazione La stru3ura gene9ca di una popolazione può essere espressa sia in termini di frequenze geno9piche che alleliche Per calcolare la frequenza geno0pica basta contare gli individui con un certo geno0po e dividere per il totale degli individui. La somma dei diversi geno0pi deve essere = 1

7 Frequenze genotipiche In una popolazione naturale sono presen0 3 geno0pi facilmente dis0nguibili dovu0 a 2 alleli del locus A: A 1 A 1 452, A 1 A 2 43, A 2 A 2 2 tot= 497 Frequenze geno0piche: f(a 1 A 1 )= 452/497 =0.909 f(a 1 A 2 )= 43/497 =0.087 f(a 2 A 2 )= 2/497 =0.004 La somma e 1 e le singole percentuali descrivono quan0ta0vamente il pool genico per quel locus all interno del gruppo di individui che sto considerando Le frequenze in un altro gruppo di individui della stessa specie potrebbero essere diverse o essere presente un terzo allele e quindi essere presen0 6 geno0pi la cui somma sara sempre 1

8 Frequenze alleliche: come si calcolano Per calcolare la frequenza degli alleli di un certo locus possiamo u0lizzare i numeri assolu0 dei diversi geno0pi e calcolare quan0 alleli sono presen0 nei diversi geno0pi in rapporto al numero totale degli alleli

9 Frequenze alleliche E vantaggioso descrivere il pool genico in termini di frequenza degli alleli. I vari geno9pi presen9 in una popoalzione derivano da game9 che portano un certo allele: la probabilita che si origini un certo geno9po dipende dalla frequenza, nel pool game9co, degli alleli che lo compongono.

10 Frequenze alleliche: esempio a par0re dai numeri assolu0 dei diversi geno0pi(quan0 individui con i diversi geno0pi sono sta0 osserva0) Popolazione di 1000 individui: A 1 A 1 353, A 1 A 2 494, A 2 A Frequenza allelica = numero di copie di un allele totale degli alleli Se considero il pool genico di questo locus come un sacche8o contenente tuw gli alleli: quan0 sono gli alleli A 1 e quan0 A 2?

11 Frequenze alleliche esempio Gli alleli A 1 sono: 353x2 (gli omozigo0 introducono nel sacche8o 2 alleli) (gli eterozigo0 introducono solo 1 allele A 1 ) Gli alleli A 2 sono: 153x2 (gli omozigo0 introducono nel sacche8o 2 alleli) (gli eterozigo0 introducono solo 1 allele A 2 ) ANCHE IL TOTALE DEVE ESSERE MOLTIPLICATO X 2: GLI ORGANISMI DIPLOIDI INTRODUCONO NEL POOL 2 ALLELI, INDIPENDENTEMENTE DA QUALE ALLELE

12 Frequenze alleliche p=f(a 1 ) = (353x2) = 1200 = q = f(a 2 ) = (153x2) = 800 = p+q = 1 da cui si puo dedurre che una volta calcolato uno dei due: 1- p = q e viceversa

13 LEGGE di HARDY-WEINBERG Quando una popolazione e all equilibrio, per un certo locus A con 2 alleli codominan0 presen0 nella popolazione con frequenza p e q, le frequenze geno0piche saranno uquali a p 2 +2pq +q 2, ovvero il quadrato del binomio (p + q) Da dove viene questa formula? Dalla I legge di Mendel: A a p q A A A A a p p 2 pq a A a a a q pq q 2

14

15 VERIFICA DELL EQUILIBRIO DI HW

16 2) Costruiamo una popolazione delle stesse dimensioni della nostra, con le stesse frequenze alleliche, che sia all equilibrio di HW

17 Il metodo del chi quadrato consente di determinare qual è la probabilità che la discrepanza tra i risultati ottenuti in un esperimento ed i risultati attesi sia dovuta al caso Se questa probabilità è alta (rispetto ad una soglia di accettazione) allora l ipotesi di partenza è corretta, se la probabilità è piccola l ipotesi va scartata

18 Test del χ 2 Confronto le frequenze attese ed osservate col test del chiquadrato, che è dato da Allora: ( ) 2 /360 = 0.14 = [(a o) 2 /a] ( ) 2 /480 = 0.41 χ 2 = gdl < 3.84 ( ) 2 / 160 = 0.31 N.S Conclusioni: le differenze osservate non risultano significative. La popolazione è all equilibrio di HW

19 Gradi di libertà (gl) Numero dei parametri che possono variare in maniera indipendente nell esperimento. (Numero delle classi fenotipiche- il numero degli alleli )

20 Soglia di accettazione/rifiuto

21

22 Procedura per effettuare il test del chi quadrato 1) Formulare un ipotesi semplice su cui costruire un attesa precisa (Es Ipotesi zero: la popolazione è in equilibrio) 2) Calcolare il chi quadrato 3) Stimare p(χ 2 ) 4) Rifiutare o accettare l ipotesi zero

23

24 Cosa vuol dire equilibrio di Hardy-Weineberg In una popolazione infinitamente grande, in cui gli incroci avvengono casualmente, in cui non vi siano mutazioni, ne migrazioni, ne selezione le frequenze alleliche in locus con 2 alleli non cambiano nel tempo, e le frequenze genotipiche si stabilizzano secondo le proporzioni: p 2 + 2pq + q 2, che è il quadrato del binomio (p + q). La somma sara sempre =1 Stiamo parlando di un singolo locus: la legge di Hardy-Weinberg si applica ad un locus alla volta. Va sempre tenuto presente che H-W e un modello matematico che ci fornisce un ipotesi zero cioe un punto di partenza per saggiare gli effetti che possono modificare le frequenze alleliche: ci permette di individuare le forze che fanno evolvere una popolazione naturale

25 Deriva genetica I Cosa vuol dire infinitamente grande? Le popolazioni non sono infinite, ma di solito sono sufficientemente grandi da vanificare la casualità nelle variazioni alleliche, cioe di annullare la deriva genetica. Esempio tipico sono le catastrofi naturali che non uccidono gli individui sulla base del loro patrimonio genetico. Oppure il numero ridotto di progenie che non permette a tutte le possibili combinazioni di verificarsi Oppure il piccolo numero di individui che fonda una nuova popolazione

26 Deriva genetica II Il numero ridotto di progenie e una delle cause principali della deriva genetica: e come lanciare una moneta un numero limitato di volte. Si verifica un errore di campionamento La deriva genetica porta nel tempo alla fissazione di un allele a scapito dell altro. Tende percio a diminuire la variabilità genetica Due esempi di deriva genetica Effetto del fondatore Effetto del collo di bottiglia

27

28 Incroci casuali In una popolazione infinitamente grande, in cui gli incroci avvengono casualmente, in cui non vi siano mutazioni, ne migrazioni, ne selezione Cosa vuol dire incroci casuali? Che i fenotipi originati dagli alleli del locus che sto considerando non condizionano la possibilita di riprodursi del portatore: cioe tutti i genotipi hanno la stessa possibilita di fornire alleli al pool della generazione successiva. Es. Gruppi sanguigni ma non il colore delle pelle! BISOGNA SCEGLIERE CON ATTENZIONE IL LOCUS DA STUDIARE

29 Incroci casuali II In una popolazione infinitamente grande, in cui gli incroci avvengono casualmente, in cui non vi siano mutazioni, ne migrazioni, ne selezione le frequenze genotipiche sono all equilibrio e non mutano nelle diverse generazioni L inincrocio e un classico esempio di incrocio non casuale e ha come conseguenza di ridurre gli eterozigoti e aumentare gli omozigoti. Nelle patologie recessive, ad es. la fenilchetonuria, la galattosemia, se andiamo ad osservare la frequenza di consanguinei tra i genitori dei malati, vedremo che è più elevata che nella popolazione generale. Geni deleteri in eterozigosi vengono svelati dall inincrocio!

30

31

32 Mutazioni-Migrazione-Selezione In una popolazione infinitamente grande, in cui gli incroci avvengono casualmente, in cui non vi siano mutazioni, ne migrazioni, ne selezione Le mutazioni sono all origine dell insorgenza degli alleli. In una popolazione dove c e un solo allele ovviamente non ha senso parlare di equilibrio. Se per mutazione, da un allele a se ne produce uno A per molte generazioni, ovviamente le frequenze alleliche varieranno e A tenderà a sostituire a. In genere la sola mutazione non basta per cambiare significativamente le frequenze alleliche. La migrazione ottiene lo stesso effetto: se individui provenienti da una popolazione migrano nell habitat di un altra porteraano nella seconda i loro alleli che potrebbero essere diversi. La frequenza cambia e se i flussi genici continuano nel tempo non si raggiungera mai l equilibrio La selezione naturale agisce selezionando nel pool genico di una popolazione i genotipi piu adatti ad un certo ambiente: un certo genotipo ha piu possibilita dell altro di contribuire alla generazione successiva: HA FITNESS MAGGIORE (Es talassemia, falcemia etc)

33

34

35

36

37 HARDY- WEINBERG In una popolazione infinitamente grande, in cui gli incroci avvengono casualmente, in cui non vi siano mutazioni, ne migrazioni, ne selezione le frequenze alleliche in locus autosomico con 2 alleli codominanti non cambiano nel tempo, e le frequenze genotipiche si stabilizzano secondo le proporzioni: p 2 + 2pq + q 2. Va sempre tenuto presente che H-W e un modello matematico che ci fornisce un ipotesi zero cioe un punto di partenza per saggiare gli effetti che possono modificare le frequenze alleliche: ci permette di individuare le forze che fanno evolvere una popolazione naturale Quando esaminando una popolazione trovo che le frequenze genotipiche si discostano significativamente dall atteso vuol dire che una delle condizioni e venuta meno

38 Uso di H-W in Genetica Umana Come si puo utilizzare H-W quando uno o piu alleli sono recessivi? Albinismo da mancanza di attivita tirosinochinasica 1/ = ( ) se aa = q 2 a=radice quadrata di q 2, cioè della frequenza dei malati, allora a = q = A = p= = Aa = 2pq = (~1%) quando l allele patologico è raro la frequenza dei portatori è all incirca il doppio della frequenza dell allele stesso