BIOTECNOLOGIE ANIMALI: LINKAGE E MARCATORI

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1 BIOTECNOLOGIE ANIMALI: LINKAGE E MARCATORI

2 Associazione o Linkage Marcatori genetici Su ciascun cromosoma sono presenti più geni, ognuno ad un locus specifico Se i cromosomi venissero trasmessi da una generazione all altra come unità inscindibili allora tutti gli alleli dei loci che si trovano su uno stesso cromosoma segregherebbero insieme.

3 Se in un cromosoma sono presenti: allele A al locus 1 allele B al locus 2 e nel cromosoma omologo: alleli a e b Se i cromosomi segregassero come unità integrali, allora nei gameti si troverebbero solo le combinazioni AB e ab. Se la segregazione dei loci fosse completamente indipendente allora si avrebbero quattro tipi di gameti: AB, Ab, ab, ab.

4 In realtà i cromosomi non vengono trasmessi come unità inscindibili perché all atto della meiosi avviene il crossingover che può dare luogo alla ricombinazione genetica.

5 Se consideriamo due loci su un cromosoma: possibilità che tra essi avvenga una ricombinazione espressa come frequenza di ricombinazione r è legata alla distanza fisica che li separa sul cromosoma. Esempio precedente Genitori siano AABB e aabb Aplotipi parentali AB e ab Meiosi 4 tipi di gameti AB, Ab, ab, ab Aplotipi Ab e ab non si ritrovano nei genitori ma possono formarsi per crossing over (ricombinanti) Se si estrae un campione di n gameti, e di questi nr sono ricombinanti (cioè presentano la combinazione allelica Ab o ab), la frazione di ricombinazione r fra i due loci 1 e 2 sarà r = nr /n

6 Nella realtà: eccezioni alla seconda legge di Mendel fenomeno diffuso Sfruttato dai genetisti ai fini del mappaggio dei geni Ciò che si osserva sono le frequenze dei fenotipi (non le alleliche) Calcolo della frequenza di ricombinazione procedure complesse basate sulla stime di funzioni di massima verosimiglianza.

7 Distanza tra due loci viene calcolata sulla base del numero medio di crossing-over Si esprime in centimorgans (cm) centimorgan equivale ad una frequenza di ricombinazione 1% Se due geni si trovano molto vicini su un cromosoma, allora la possibilità che tre essi avvenga una ricombinazione è piuttosto bassa. I loci si dicono associati in linkage (in italiano associazione)

8 Combinazioni alleliche nei cromosomi parentali fasi di linkage Conseguenza: trasmissione degli alleli di due geni associati non avviene in maniera indipendente Quando tra due geni esiste una stretto linkage, la seconda legge di Mendel sull assortimento indipendente degli alleli nei gameti non è più valida: si parla allora di disequilibrio di associazione (o linkage).

9 Esistenza del linkage usata per: localizzazione dei loci sui cromosomi stabilire la posizione relativa dei loci Geni presenti sullo stesso cromosoma costituiscono i cosiddetti gruppi di linkage o di sintenia Spesso i geni oggetto di studio sono di difficile identificazione In questi casi lo studio del gene viene condotto indirettamente attraverso l impiego di un altro locus ad esso strettamente associato, che viene denominato marcatore genetico Impiego di un marcatore forte associazione tra esso ed il gene oggetto di studio Segregazione degli alleli dei due loci non è indipendente

10 A e B sono due loci associati su un cromosoma Ciascuno con due alleli (A1 e A2; B1 e B2) Toro Gelsomino ha combinazione A1 B1 e A2 B2 Figli che ereditano l allele A1 da Gelsomino, ricevono anche l allele B1; lo stesso vale per A2 e B2

11 È possibile conoscere l allele presente al locus B sulla base dell allele che è presente al locus A Il locus A è un marcatore genetico del locus B Va però tenuto ben presente il fatto che se si prende un altro toro dalla popolazione, non parente di Gelsomino, non è detto che anche in questo animale l allele A1 si trovi associato a quello B1 e l A2 al B2.

12 In effetti la fase di associazione allele marcatore-allele gene di interesse cambia da famiglia a famiglia e, entro la stessa famiglia, può cambiare con il passare delle generazioni (possibilità che si verifichino crossing over). È quindi necessario conoscere la distanza tra i diversi marcatori e poi quella tra marcatore e gene che esprime il fenotipo

13 ANALISI DI LINKAGE (CONCATENAZIONE) L analisi di linkage permette di determinare la posizione cromosomica di un locus responsabile di una determinata malattia/carattere genetico rispetto a marcatori polimorfici la cui localizzazione è nota L analisi di linkage è un approccio molto utile per il mappaggio e l identificazione di geni responsabili di malattie genetiche Mendeliane (oltre 1,200 geni identificati) Più difficoltosa è l identificazione dei numerosi geni implicati in malattie più comuni, ad ereditarietà complessa (pochissimi geni identificati finora)

14 NO CROSSING OVER A B A B a b a b Meiosis I A B A B a b a b Meiosis II A B A B a b a b CROSSING OVER gametes A A a a B b B b Meiosis I A A a a B b B b Meiosis II A A a B b b NR R R a b NR gametes L analisi di linkage si basa sulla sulla co-segregazione alla meiosi di 2 o più loci più frequentemente di quanto ci si aspetta per caso. Se 2 loci vengono ereditati insieme frequentemente, è probabile che siano localizzati vicini fra di loro sul cromosoma

15 INFORMATIVITÀ Per misurare la frequenza di ricombinazione fra 2 marcatori e necessario che gli eventi meiotici siano informativi, cioe che i marcatori parentali siano doppi eterozigoti A 1 B 1 Ricombinaz. No ricombinaz A 1 B 1 MEIOSI NON INFORMATIVA A 1 B 2 A 2 B 1 A 1 B 2 MEIOSI INFORMATIVA FASE = Disposizione degli alleli di due loci adiacenti sullo stesso cromsosoma Una serie di alleli per loci adiacenti che vengono ereditati insieme sullo stesso cromosoma formano un aplotipo

16 Trattando i dati molecolari e parlando di MARCATORI MOLECOLARI è opportuno chiarire il concetto di Fase Per distinguere genotipi ricombinanti da non ricombinanti si deve conoscere come erano associati gli alleli sui cromosomi parentali. Se questa associazione è conosciuta si dirà che la fase è conosciuta.

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19 Come determinare la fase in modo non ambiguo? Determinare il genotipo di figli genitori e nonni Genotipizzare quindi 3 generazioni di pedigree invece di 2 NO SI