I pattern dell ereditarieta Le leggi di Mendel

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1 I pattern dell ereditarieta Le leggi di Mendel

2 Il concetto di gene Fu proposto per la prima volta nel 1865 da Gregor Mendel Fino a quel momento ben poco si conosceva riguardo ai meccanismi dell eredita. Si riteneva che l uovo e lo spematozoo contenessero delle essenze, che al momento del concepimento si mescolavano e davano origine al nuovo individuo Eredita per mescolamento Ma la progenie non sempre risulta da una mescolanza dei caratteri parentali..

3 Mendel e l eredita particolata In seguito ai sui studi Mendel propose la teoria secondo la quale i caratteri che vengono ereditati dalla progenie sono trasmessi come unita discrete Gli studi di Mendel rappresentano il prototipo dell analisi genetica: Sperimentazione ed analisi Pisum Sativum -facilmente reperibile -vasta gamma di colori e forme -si riproducono per autoimpollinazione (mantenendo le linee pure) o impollinazione incrociata -generazione breve -elevato numero di progenie -basso costo

4 Impollinazione incrociata

5 Mendel studio le modalita di trasmissione di 7 caratteri o proprieta della pianta

6 -per ciascun carattere ottenne delle linee pure, ovvero una popolazione che rimane identica di generazione in generazione per autoimpollinazione Semi sempre gialli di generazione in generazione Semi sempre verdi di generazione in generazione

7 Mendel eseguì la sua sperimentazione su piante (linee pure) che differivano di 1 solo carattere per volta, fenotipicamente diverse Fenotipo: forma del carattere,variabilita di manifestazione del carattere

8 Primo esperimento: trasferimento di polline dalla pianta bianca nella carena della pianta porpora Linea pura dal fiore porpora Linea pura dal fiore bianco Generazione Parentale rima Generazione iliale F1 Tutte piante con fiori porpora Il carattere o fenotipo bianco sembrava scomparso

9 Incrocio reciproco: polline dalla pianta porpora nella carena della pianta bianca Stesso fenotipo: tutta la F1 porpora Non c e mescolamento di caratteri ma la dominanza di uno sull altro

10 Secondo esperimento: autofecondazione delle piante F1 F1xF1 Lascio che polline cadesse sullo stimma del fiore porporaxporpora F2 Piante a fiori porpora 705 Ritorna il fenotipo bianco Piante a fiori bianchi 224 Rapporto 3:1

11 Gli incroci di piante fenotipicamente diverse per gli altri 6 caratteri davano gli stessi risultati Nella generazione F2 si manifesta sempre il rapporto 3:1

12 Osservazioni (I) Dall incrocio dei parentali, la generazione F1, pur essendo purpurea mantiene la potenzialita di produrre fiori bianchi, che tornano a manifestarsi nella F2 Nella F1 il fenotipo bianco non viene espresso perche il fenotipo porpora e dominante mentre il bianco e recessivo, ovvero il dominante maschera la presenza del recessivo

13 Incrocio tra semi P F1 autofecondazione F2 3/4 1/4 autofecondazione ¼verdi puri 2/4 gialli impuri ¼ gialli puri Sempre verdi Gialli /verdi 3:1 Sempre gialli

14 Mendel dedusse che: Osservazioni (II) I. Esistono determinanti ereditari o caratteri che vengono trasmessi alla progenie. Oggi chiamiamo questi caratteri GENI II. I geni sono presenti in coppie o forme alternative dette alleli III. Se gli alleli di una coppia genica sono uguali si parla di OMOZIGOSI, se sono diversi si parla di ETEROZIGOSI; ad es. in Pisum Sativum l allele dominante del gene del colore sel seme e il giallo mentre il recessivo e il verde

15 Fenotipo Dominante -> il fenotipo che si manifesta in eterozigosi Fenotipo Recessivo -> il fenotipo che si manifesta solo in omozigosi

16 Le Leggi di Mendel Legge della Dominanza In un eterozigote, un allele dominante puo mascherare la presenza di un altro recessivo; l allele dominante e in grado di determinare completamente il fenotipo Legge della Segregazione I membri di una coppia genica (i 2 alleli) segregano (si separano) con uguale frequenza nei gameti, ovvero nelle uova e negli spermatozoi. Ne consegue che ogni gamete porta un solo allele e i gameti si combinano tra di loro in modo del tutto indipendente

17 Schematizzazione degli incroci A-> carattere o allele dominante a-> allele recessivo di Mendel Sono linee pure e la coppia di alleli e in omozigosi

18 Verifica delle ipotesi di Mendel incrocio seme giallo eterozigote della F1 con verde omozigote recessivo Ottenne 52 semi verdi 58 semi gialli

19 Fenotipo: rappresenta la forma del carattere, la manifestazione del carattere Genotipo: rappresenta la costituzione genetica del carattere Y/Y Y/y Fenotipo giallo Genotipo

20 Cosa sono gli alleli? Sono geni presenti in un determinato locus dei cromosomi omologhi che differiscono tra di loro per uno o pochi nucleotidi; quindi sono versioni differenti di un gene fondamentalmente uguale

21 La segregazione allelica Avviene durante la meiosi in cui la cellula diploide si divide per produrre gameti aploidi A A 1/2 a a 1/2

22 Incroci diibridi Mendel proseguì con i suoi esperimenti analizzando i discendenti provenienti da linee pure che differivano per 2 caratteri anziche 1

23 Incroci tra semi che variano per colore e forma Linee parentali pure Negli incroci diibridi il apporto 9:3:3:1 appresenta un altro pattern costante come 3:1 nel monoibrido autofecondazione

24 Osservazioni (III) Mendel noto che i. Rispetto alla forma del seme vi erano 423 semi lisci / 133 semi grinzosi ii. Rispetto al colore del seme vi erano 416 semi gialli / 140 semi verdi Tornano i rapporti 3:1

25 Il rapporto 9:3:3:1 non e altro che la combinazione casuale del rapporto 3:1 indipendente

26 La seconda legge di Mendel Coppie geniche differenti si assortiscono in maniera indipendente durante la formazione dei gameti Ma questa legge e vera solo in certi casi, ovvero per geni localizzati su cromosomi differenti

27 Spiegazione genotipica Tabella 4x4 o quadrato di Punnett

28 Verifica dell ipotesi: testcross F1 R/r Y/y x r/r y/y Tester individuo omozigote recessivo RY Ry ry ry F2 ry RrYy Rryy rryy rryy ry RrYy Rryy rryy rryy ry RrYy Rryy rryy rryy ry RrYy Rryy rryy rryy 4/16 ¼ 4/16 1/4 4/16 1/4 4/16 1/4

29 Tester individuo omozigote recessivo Importante nella determinazione del genotipo sconosciuto, perche non contribuisce nel fenotipo Serve a smascherare il genotipo incognito

30 Incroci triibridi Triplo eterozigote amificazioni

31 Gli esperimenti di Mendel stabilirono tre principi genetici di base: 1)Alcuni alleli sono dominanti, altri recessivi 2)Durante la formazione dei gameti, gli alleli differenti segregano l uno dall altro 3)Geni indipendenti assortiscono indipendentemente

32 A B a A b B PAIRING A a B b A b SEGREGATION INDEPENDEN ASSORTMENT a b a B

33 Modi per schematizzare gli incroci -metodo delle ramificazioni ->complesso per piu di 2/3 caratteri -diagramma di Punnett -> complesso per 2 o piu caratteri -calcolo delle probabilita ->regola del prodotto e della somma

34 metodo delle ramificazioni Incrocio AaBb x AaBb Quanti tipi di gameti sono prodotti? ½A ½a ½B ½b ½B ½b ¼AB ¼Ab ¼aB ¼ab 2 n Numero delle coppie geniche eterozigoti = 2 2 = 4

35 Quanti genotipi? ¼AA ¼BB ½Bb AABB 1/16 AABb 1/8 Numero delle coppie geniche eterozigoti ¼bb AAbb 1/16 ½Aa ¼BB ½Bb AaBB 1/8 AaBb 1/4 3 n = 3 2 = 9 ¼bb Aabb 1/8 ¼BB aabb 1/16 ¼aa ½Bb aabb 1/8 ¼bb aabb 1/16 Carattere 1 Carattere 2

36 Quadrato di Punnett si ottengono tutte le combinazioni (16) su cui contare genotipi e fenotipi AB Ab ab ab AB AABB AABb AaBB AaBb Ab AABb AAbb AaBb Aabb ab AaBB AaBb aabb aabb ab AaBb Aabb aabb aabb

37 Quanti fenotipi? ¾A- ¾B- ¼bb A-B- 9/16 A-bb 3/16 Numero delle coppie geniche eterozigoti ¼aa ¾B- ¼bb aabb 3/16 aabb 1/16 2 n = 2 2 = 4

38 Aa Aa Bb Aa Bb Cc Aa Bb Cc Dd Schema

39 A cosa serve la statistica A riassumere tanti numeri in pochi numeri: Statistica descrittiva A decidere se un ipotesi è o non è compatibile con i dati: Statistica decisionale test statistici

40 Regola del prodotto la probabilita che 2 eventi indipendenti si verifichino insieme e data dal prodotto delle probabilita dei singoli eventi Probabilita che esca 3 e 3 lanciando i 2 dati 1/6 x 1/6 = 1/36 Si applica il prodotto perche i 2 eventi sono indipendenti e l uno non esculde l altro

41 Esempio Aa/Bb x aa/bb Qual e la probabilita di ottenere aa/bb? Consideriamo i 2 eventi in modo indipendente Probabilita aa =1/2 Probabilita BB=1/4 Per cui prob aa/bb => ½ x ¼ => 1/8

42 Regola della somma a probabilita che si verifichino o l uno o l altro evento (che non si possono verificare ontemporaneamente) e data dalla somma delle probabilita dei singoli eventi o Probabilita che esca 3 e 3 o 5 e 5 lanciando i 2 dati 1/36 + 1/36 = 1/18

43 Aa/Bb x aa/bb Esempio Qual e la probabilita di ottenere aa/bb o Aa/Bb? Prob. aa/bb => ½ x ¼ => 1/8 Prob. Aa/Bb=> ½ x ½ => ¼ 1/8 + ¼ = 3/8

44 Esempio Abbiamo 2 piante con genotipi A/a ; b/b ; C/c ; D/d ; E/e e A/a ; B/b ; C/c ; d/d ; E/e Vogliamo recuperare nella progenie dall incrocio gli individui a/a ; b/b ; c/c ; d/d ; e/e Quanti individui della progenie dobbiamo coltivare per avere almeno 1 individuo col genotipo omozigote recessivo? Consideriamo che le coppie geniche si assortiscano in modo indipendente e calcoliamo la probabilita di ottenere l omozigote recessivo per ogni carattere a partire dai genotipi parentali

45 A/a deriva da A/a e A/a AA ½x ½= ¼ ½A ½a x ½A ½a b/b deriva da b/b e B/b ½b ½b X ½B ½b aa ½ x ½ = ¼ Aa (½ x ½)+ (½ x ½)+ = ¼+ ¼ = ½ Bb (½ x ½)+ (½ x ½)+ = ¼+ ¼ = ½ bb (½ x ½)+ (½ x ½)+ = ¼+ ¼ = ½

46 c/c deriva da C/c e C/c ½C ½c x ½C ½c CC ½x ½= ¼ cc ½ x ½ = ¼ Cc (½ x ½)+ (½ x ½)+ = ¼+ ¼ = ½ d/d deriva da D/d e d/d ½D ½d x ½d ½d Dd (½ x ½)+ (½ x ½)+ = ¼+ ¼ = ½ dd (½ x ½)+ (½ x ½)+ = ¼+ ¼ = ½

47 e/e deriva da E/e e E/e ½E ½e x ½E ½e Ee (½ x ½)+ (½ x ½)+ = ¼+ ¼ = ½ ee½x ½= ¼ EE ½x ½= ¼ a/a ; b/b ; c/c ; d/d ; e/e ¼x ½x ¼x ½x ¼= 1/256

48 Verifica di ipotesi genetiche Ipotesi->sperimentazione->dati (numeri)->analisi statistica autofecondazione Ipotesi: esistono 2 alleli per il colore con dominanza parziale

49 Come accettare o respingere l ipotesi? Il metodo del χ 2 e una procedura statistica che permette di accettare o respingere l ipotesi verificando la corrispondenza tra le previsioni di una ipotesi e i dati reali In altre parole serve a verificare se i risultati ottenuti in un dato esperimento si discostano dai risultati attesi soltanto per effetto del caso

50 Confronto dei dati osservati con quelli attesi mendeliano 1/4 2/4 1/4 Confronto con il valore critico

51 Se il χ 2 statistico supera un valore critico, i dati reali non sono in accordo con quelli attesi, quindi l ipotesi iniziale deve essere respinta; Se il χ 2 statistico e inferiore a quel valore, l ipotesi puo essere accettata I valori critici sono stabiliti in base alla probabilita del 5% (limite di significativita stabilito arbitrariamente) e in base ai gradi di liberta, ovvero alle categorie sperimentali, ovvero in base alla complessita sperimentale Gradi di liberta => minor numero dei parametri indipendenti tramite i quali si può individuare un sistema

52 Il livello di significatività 5% viene adottato molto frequentemente in quanto si ritiene che il rapporto 1/20 (cioè 0.05) sia sufficientemente piccolo da poter concludere che sia «piuttosto improbabile» che la differenza osservata sia dovuta al semplice caso. In effetti, la differenza potrebbe essere dovuta al caso, e lo sarà 1 volta su 20.

53 Ipotesi errata-> grosse differenze tra i valori osservati e gli attesi Limite di significativita x

54 Gradi di liberta, si sottrae 1 al numero di classi fenotipiche

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56 Altro esempio RrYy x rr yy Liscio giallo rugoso verde Ipotesi zero: I geni assortiscono indipendentemente (rapporto 1:1:1:1) Risultati osservati Risultati attesi 154 lisci gialli 124 lisci verdi 144 rugosi gialli 146 rugosi verdi 142 lisci gialli (RrYy) 142 lisci verdi (Rryy) 142 rugosi gialli (rryy) 142 rugosi verdi (rryy) Tot. 568 Tot. 568

57 Calcolo del chi quadrato Per ogni classe, si calcola la differenza tra valore osservato ed atteso, la si eleva al quadrato, la si divide per il valore atteso, e infine si fa la somma dei risultati ottenuti per tutte le classi. Numero delle classi -1