Genetica dei procarioti. procarioti

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1 Genetica dei procarioti procarioti batteri cianobatteri (alghe azzurre) 1

2 Genetica dei procarioti procarioti eucarioti 0,2 µm - 30 µm 5 µm - 20 cm Nucleoide privo di membrana nucleare Genoma aploide, circolare Nucleo, membrana nucleare Genoma diploide lineare, diversi cromosomi 2

3 Genetica dei procarioti riproduzione dei procarioti 3

4 Genetica dei procarioti 1 2 e così via, fino a che non finiscono i nutrienti e/o la concentrazione dei prodotti di rifiuto supera il livello di tolleranza

5 Genetica dei procarioti I batteri possono crescere e moltiplicarsi in: terreno liquido terreno solido 5

6 Genetica dei procarioti I batteri di una stessa specie possono presentare caratteri ereditari differenti: batteri auxotrofi batteri prototrofi (tipo selvatico) terreno completo terreno minimo tutti quelli che non crescono su streptomicina sono sensibili all antibiotico (tipo selvatico str s ) terreno completo mutanti resistenti alla streptomicina (str r ) aggiunta di streptomicina 6

7 Genetica dei procarioti Un batterio incapace di sintetizzare metionina (met - ) oppure treonina (thr - ) non può crescere su terreno minimo (MM). (Le mutazioni sono rarissime.) Tutti batteri auxotrofi met - thr + Tutti batteri auxotrofi met + thr - terreno completo terreno minimo terreno completo terreno minimo 7

8 da Griffiths et al GENETI 7/E Zanichelli editore S.p.. opyright 2013 Genetica dei procarioti Esperimento di Lederberg e Tatum (1946) - MISEL - met - bio - thr + leu + thi + met + bio + thr - leu - thi - I genomi dei ceppi - e - raramente (1 su 10 7 ) ricombinano! Ma se si riproducono per scissione come possono ricombinare i genomi dei batteri? nessuna colonia colonie prototrofe met + bio + thr + leu + thi + nessuna colonia 8

9 Genetica dei procarioti Le cellule batteriche devono essere in contatto tra loro per ricombinare? Dopo un certo tempo di incubazione terreno minimo nessuna colonia da Griffiths et al GENETI 7/E Zanichelli editore S.p.. opyright 2013 E necessario il contatto fisico tra i batteri terreno minimo nessuna colonia 9

10 oniugazione Il contatto fisico tra i batteri è stato poi osservato al microscopio ellula donatrice. Emette una o più estroflessioni, o pili. ellula ricevente da Griffiths et al GENETI 7/E Zanichelli editore S.p.. opyright 2013 oniugazione 10

11 oniugazione E. coli F + (donatore) ellule in coniugazione: una copia a singolo filamento del fattore F viene trasferito alla cellula F - fattore di fertilità F (plamide) cromosoma batterico pilus Le cellule si separano da Griffiths et al GENETI 7/E Zanichelli editore S.p.. opyright 2013 E. coli F - (ricevente) La cellula F - diventa F + quando riceve una copia del fattore F 11

12 oniugazione La frequenza di trasmissione del fattore F, quindi di ricombinazione, con questo tipo di coniugazione è molto bassa Talvolta però il fattore F può integrarsi nel cromosoma batterico da Griffiths et al GENETI 7/E Zanichelli editore S.p.. opyright 2013 I batteri che hanno un fattore F integrato nel cromosoma vengono chiamati Hfr: High frequency of recombination perché promuovono la ricombinazione molto spesso 12

13 oniugazione Differenze tra batteri tipo F + HFR Plasmide F + libero Plasmide F + integrato Pochi ricombinanti Molti ricombinanti F + x F - ricombinanti F + Hfr x F - ricombinanti F - (pochissimi Hfr) 13

14 oniugazione da Griffiths et al GENETI 7/E Zanichelli editore S.p.. opyright

15 15 F D E G H F D E G H F D E G H F D E G H H F D G E D F H E G H E G D F F E G D H oniugazione

16 16 D H D F E D D F E H G F E D H D F H E G H F D G E F E G D H H E G D F Mappatura sulla base dei tempi di ingresso del plasmide F oniugazione

17 oniugazione D F E D H G F E D F E D H D H H G F E D 17

18 merozigote I meccanismi di ricombinazione nella coniugazione batterica esogenote Str R Str S F - endogenote Str R Str S F - oniugazione Il batterio F - mentre ha al proprio interno il segmento cromosomico lineare proveniente dall Hfr viene chiamato merozigote Str R Str S Un solo crossing over (o un numero dispari) produce un cromosoma lineare non vitale Str S Str R F - Due crossing over (o un numero pari) producono un cromosoma circolare ricombinante vitale e un frammento lineare ricombinante non vitale 18

19 completo -leucina aggiunta di strept. crescono solo i batteri: F - leu + Hfr: leu + arg + met + str S x F - : leu - arg - met - str R analisi approfondita oniugazione Mappatura fine per ricombinazione leu + leu + leu + leu - leu + leu - leu - leu - arg + met + arg - met - arg + met + arg - met - arg + met + arg - met - arg + met + arg - met - Hfr cromosoma F - leu + arg - met - str R 4 % leu + arg + met - str R 9 % leu + arg + met + str R 87 % leu + arg - met + str R rarissimi 19 da Griffiths et al GENETI 7/E Zanichelli editore S.p.. opyright 2013

20 oniugazione D D plasmide F Il plasmide F, contenendo alcuni geni batterici, determina nel batterio che lo contiene una condizione di merodiploidia Il plasmide F si reinserisce con alta frequenza nel cromosoma batterico e sempre nello stesso sito, la regione omologa ai geni batterici che ha incorporato, attraverso un crossing over 20

21 Trasformazione Frammenti di DN nell ambiente, anche da specie diverse procariotiche o eucariotiche. Possono derivare da cellule morte oppure secreto da cellule vive. da Griffiths et al GENETI 7/E Zanichelli editore S.p.. opyright

22 Genetica dei virus Dimensione dei virus: μm 3 Organismi acellulari. Parassiti intracellulari obbligati Virus del mosaico del tabacco denovirus Virus ebola 22

23 Genetica dei batteriofagi omposizione del batteriofago: assemblaggio di proteine e acido nucleico testa o capside DN del fago membrana di E. coli piastra basale coda fibre della coda DN del fago 23

24 Genetica dei batteriofagi Riproduzione dei batteriofagi iclo litico e si ricomincia 24

25 Genetica dei batteriofagi Riproduzione dei batteriofagi I fagi capaci di alternare cicli lisogeni e cicli litici si dicono temperati profago Divisione del batterio iclo lisogeno 25

26 Trasduzione trasduzione generalizzata alcuni batteriofagi contengono un frammento casuale di DN del batterio: sono tutti diversi 26

27 Trasduzione trasduzione generalizzata il frammento di DN si appaia in corrispondenza di sequenze omologhe Divisione del batterio 27

28 Trasduzione trasduzione specializzata Dopo un ciclo litico tutti i batteriofagi contengono una copia dello stesso frammento di DN del batterio: sono tutti uguali 28

29 Trasduzione Esempio di trasduzione specializzata del fago (fago temperato) Il cromosoma del fago, durante il ciclo lisogeno, si inserisce con un proprio sito specifico in un sito specifico del cromosoma di E. coli questo sito specifico di E. coli si trova tra i geni gal e bio 29

30 Trasduzione Esempio di trasduzione specializzata del fago (fago temperato) L inserimento è reversibile fago -dgal Sporadicamente può avvenire che il disimpegno del cromosoma virale avvenga con qualche imprecisione 30

31 Trasduzione Esempio di trasduzione specializzata del fago (fago temperato) quando -dgal infetta un altro batterio fago helper helper -dgal batterio merodiploide per il gene gal 31