ESERCITAZIONE DI GENETICA

ESERCITAZIONE DI GENETICA 14-16 Maggio 2019 Dott.ssa ANNA SANTARSIERO anna.santarsiero@unibas.it CORREDO CROMOSOMICO L insieme dei cromosomi presenti in una cellula E caratteristico e costante a livello di specie, sia nel numero che nella morfologia Corredo cromosomico umano: 2n = 46 46 cromosomi, suddivisi in 23 coppie di CROMOSOMI OMOLOGHI 44 autosomi 2 cromosomi sessuali 1

CELLULA APLOIDE E DIPLOIDE CROMOSOMI OMOLOGHI E CROMATIDI FRATELLI I CROMOSOMI OMOLOGHI sono due copie di uno stesso cromosoma e che portano la stessa tipologia di geni. Prima della divisione cellulare, avviene la duplicazione del DNA: ogni cromosoma omologo si replica per formare una copia esattamente identica a se stessa CROMATIDI FRATELLI 2

CROMOSOMI OMOLOGHI E CROMATIDI FRATELLI I cromatidi fratelli sono identici, hanno il DNA perfettamente uguale. MENTRE I cromosomi omologhi non sono identici!!!! In loci corrispondenti presentano gli stessi geni, ma con informazioni diverse. Le differenti forme di uno stesso gene si chiamano ALLELI. Gli alleli sono geni con varianti diverse dello stesso carattere e occupano loci corrispondenti su cromosomi omologhi. 3

CARATTERE E TRATTO Un carattere è una particolare caratteristica dell organismo (ad es. il colore della pelle o colore del seme). Con tratto ci si riferisce ad una particolare forma del carattere, una variante (ad es il tratto albino, o colore del seme giallo o verde) GENI E ALLELI Tutti gli individui possiedono una coppia di alleli per ogni carattere ereditario: quando la coppia responsabile di un carattere è formata da ALLELI IDENTICI l individuo è detto OMOZIGOTE per uno specifico carattere. Quando la coppia è formata da ALLELI DIVERSI l individuo è detto ETEROZIGOTE per uno specifico carattere. Se per uno specifico carattere sono presenti due alleli diversi (eterozigoti), quella che si manifesta nell individuo viene detta DOMINANTE mentre quella che non si manifesta è detta RECESSIVA. 4

GENOTIPO E FENOTIPO Il GENOTIPO è l asse2o gene6co di un individuo, quindi l insieme dei geni che compongono il suo corredo cromosomico Il FENOTIPO è la manifestazione del geno6po ed è indicato dalle cara2eris6che osservabili. GENOTIPO E FENOTIPO Gli alleli dominanti (simbolo = lettera maiuscola) sono quelli che hanno la capacità di mascherare il contributo di un altro allele, che quindi viene detto recessivo (simbolo = lettera maiuscola). Se un individuo possiede due alleli recessivi si dice che è omozigote recessivo se possiede due alleli dominanti sarà omozigote dominante 5

Principi e leggi della genetica LE LEGGI DELL EREDITARIETÀ DI MENDEL Il successo della ricerca scientifica di Mendel si deve a due principali fattori: L applicazione di un disegno sperimentale rigoroso e, per la prima volta in biologia, delle leggi della probabilità La scelta di un organismo particolarmente adatto a questo tipo di esperimenti, il pisello odoroso, Pisum sativum 6

Il fiore e le modalità di riproduzione del Pisum sativum Se non si fa nulla la pianta si autoimpollina Rimuovendo le antere e trasportando il polline da un altra pianta si esegue un incrocio Mendel aveva a disposizione diverse varietà di Pisum sativum che differivano tra loro per numerose caratteristiche. Tra queste selezionò varietà che presentavano caratteri facili da studiare. Si trattava in tutti i casi di LINEE PURE, cioè di piante che davano sempre progenie con quella stessa caratteristica 7

Nei suoi primi esperimenti Mendel incrociò, rimuovendo le antere da una delle due piante, tra loro due piante provenienti da linee pure che differivano per un carattere (es semi lisci/semi rugosi) : esperimento di ibridazione Queste piante vengono definite GENERAZIONE PARENTALE o P Mendel quindi contò, tra gli individui prodotti, quanti presentavano il carattere di un genitore e quanti quello dell altro. Queste piante vengono definite PRIMA GENERAZIONE FILIALE o F 1 Quale che fosse il carattere esaminato, nella F 1 non vi era mescolanza e si presentava uno solo dei due tratti parentali 100% delle piante con lo stesso tratto presente in uno dei due genitori 8

PRINCIPIO DI DOMINANZA Il tratto che si manifesta nella F 1 si chiama DOMINANTE Il tratto che non si manifesta nella nella F 1 si chiama RECESSIVO Tuttavia il tratto recessivo non andava perduto. Mendel prese gli individui della F1 e lasciò che si autoimpollinassero Queste piante vengono definite SECONDA GENERAZIONE FILIALE o F 2 Anche nella F2 non vi era mescolanza e il carattere recessivo ricompariva (circa una pianta su 4) 9

LA PRIMA LEGGE DI MENDEL La prima legge di Mendel o LEGGE DELLA SEGREGAZIONE DEI CARATTERI afferma che durante la formazione dei gameti i due alleli segregano (si separano) finendo ciascuno in un gamete diverso OMOZIGOTE dominante OMOZIGOTE recessivo Produce un solo tipo di gameti Produce un solo tipo di gameti ETEROZIGOTE 1/4 hanno fenotipo RECESSIVO 3/4 hanno fenotipo DOMINANTE 2 / 3 s o n o ETEROZIGOTI 1 / 3 s o n o OMOZIGOTI Produce due tipi di gameti Quadrato di Punnett 10

QUADRATO DI PUNNET Il quadrato di Punnett è un diagramma ideato dal genetista britannico Reginald Punnett e utilizzato per determinare la probabilità con cui si manifestano i diversi fenotipi derivati dall'incrocio di diversi genotipi. Il diagramma, una tabella a doppia entrata, r a p p r e s e n t a i l processo segregazione e assortimento indipendente dei cromosomi e il processo di fusione dei pronuclei (nuclei aploidi dei gameti) dei due genitori. Esercizio 1 Calcola le percentuali di semi verdi (in I e II generazione filiale) da una pianta a varietà pura semi verdi e una a semi gialli. GG = Gialli gg = verdi Esercizio 2 Calcola le percentuali di piante a semi lisci che si ottiene incrociando piante a semi lisci eterozigoti e piante a semi rugosi. Ll = semi lisci ll = semi rugosi Esercizio 3 Calcola la probabilità di avere piante di pisello a fiore bianco da un incrocio tra una pianta a fiore rosso e una a fiore bianco, sapendo che una piantina generata da questo incrocio ha i fiori bianchi. RR o Rr = fiore rosso rr = fiore bianco 11

Esercizio 4 L'albinismo, la totale mancanza di pigmento, è dovuto a un gene recessivo. Un uomo e una donna progettano di sposarsi e desiderano conoscere la probabilità di avere figli albini. Quali sono le probabilità se: a. entrambi sono normalmente pigmentati, ma ognuno ha un genitore albino. b. l'uomo è un albino, la ragazza è normale, ma suo padre è un albino. c. l'uomo è un albino e la famiglia della ragazza non include albini. Nella generazione F 2 i piselli lisci non sono genotipicamente tutti uguali: 2/3 ETEROZIGOTI 1/3 OMOZIGOTI Tuttavia non è possibile distinguere gli uni dagli altri in quanto hanno lo stesso FENOTIPO L unico modo per poterli distinguere è incrociarli L incrocio che permette di distinguerli è il reincrocio ( o test cross o incrocio di controllo) che consiste nell incrociare l individuo di genotipo sconosciuto con l omozigote recessivo 12

Reincrocio (incrocio di controllo) SS o Ss? ss Tutti lisci 50% lisci 50% rugosi La seconda legge di Mendel si riferisce al modo in cui gli alleli relativi a geni diversi (es. colore del seme forma del seme) si assortiscono negli incroci Mendel questa volta prese in considerazione gli incroci che si ottenevano tra due piante pure (omozigoti) che differivano per due caratteri e studiò la trasmissione di entrambi i caratteri negli incroci (incroci diibridi) Le due piante differiscono sia per il colore che per la forma del seme OMOZIGOTE dominante OMOZIGOTE recessivo ETEROZIGOTE Gialli lisci 13

Mendel trovò che nella F2 comparivano anche combinazioni nuove (ad es. giallo rugoso) chiamati anche fenotipi ricombinanti 9 Gialli lisci 3 Verdi lisci 3 Gialli rugosi 1 Verde rugoso Genotipo SSyy Ssyy SSYy SSYY SsYy SsYY ssyy ssyy ssyy Fenotipo Verde liscio Giallo liscio Giallo rugoso Verde rugoso Quando si considerano più alleli, sono molto più numerosi i genotipi ai quali corrisponde lo stesso fenotipo 14

LA SECONDA LEGGE DI MENDEL: segregazione o assortimento indipendente dei caratteri Alleli appartenenti a geni differenti segregano indipendentemente al momento della formazione d e i g a m e t i e p e r t a n t o s o n o e r e d i t a t i indipendentemente uno dall altro La legge dell indipendenza dei caratteri non è sempre vera: se i geni che controllano due caratteri si trovano vicini sullo stesso cromosoma essi tenderanno ad essere associati nella progenie Esercizio 5 In una particolare specie di fiore, considerato il carattere «altezza» il tratto alto è dominante sul basso, e il colore dei petali arancione è dominante sul bianco recessivo. Usa T e t per simboleggiare gli alleli per l'altezza, e F e f per simboleggiare gli alleli per il colore dei fiori. Un fiore alto e bianco omozigote è incrociato con un fiore eterozigote per entrambi i tratti. Elenca i genotipi dei genitori. Quali sono i rapporti genotipici e fenotipici F1? 15

Esercizio 6 La fibrosi cistica è causata da un gene letale recessivo e può essere rilevata da una concentrazione eccessiva di cloruro nel sudore. Se un test del sudore rivela che un uomo è eterozigote e sua moglie è omozigote normale, quali sono le probabilità che i suoi figli abbiano la malattia? Qualcuno dei loro nipoti potrebbe avere la malattia? Esercizio 7 La corea di Huntington è dovuta a un allele letale dominante negli umani. La malattia compare in età avanzata, quindi gli individui afflitti potrebbero aver già avuto dei bambini. Quali sono i rapporti genotipici e fenotipici nella generazione F1 da genitori che sono omozigoti dominanti ed eterozigoti? Esercizio 8 Nei piselli, un gene per piante alte (T) è dominante sul suo allele per piante corte (t). Il gene per i piselli lisci (S) è dominante sul suo allele per i piselli rugosi. I geni non sono collegati. Calcolare entrambi i rapporti fenotipici e genotipici per i risultati di ciascuna delle seguenti incroci: a. TtSs x TtSs b. Ttss x )ss c. )Ss x Ttss Esercizio 9 In una razza di cani l allele B (occhi neri) è dominante rispetto all allele b (occhi verdi); l allele M (colore del manto nero) è dominante rispetto all allele m (colore del manto marrone). Dall incrocio fra due cani BBMm X bbmm che cosa otteniamo? 16

ECCEZIONI ALLE REGOLE DI MENDEL Dominanza incompleta Quando vi è dominanza completa di solito è perche l allele dominate codifica per un enzima attivo mentre l allele recessivo codifica per un enzima inattivo È sufficiente però che uno solo dei due alleli funzioni perché si ottenga il prodotto (ad esempio un pigmento Giallo) Nel caso di dominanza incompleta invece la cellula produce più pigmento se entrambi gli alleli codificano per un enzima funzionante di quanto non faccia se un solo allele produce enzima attivo: è il caso del pigmento rosso nella specie Antirrhinum majus (bocca di leone) Esercizio 10 È noto da tempo che i capelli mossi sono l'espressione di un genotipo eterozigote in cui l'allele per capelli lisci (L) è abbinato all'allele per i capelli ricci (l) (dominanza incompleta). Lucinda Lovelee ha sposato Larry Legg. Entrambi hanno i capelli mossi. Qual è la probabilità che la loro prole abbia: a. capelli mossi? b. capelli ricci? c. capelli lisci? 17

ECCEZIONI ALLE REGOLE DI MENDEL Codominanza Entrambi gli alleli specificano per una proteina funzionante e il fenotipo dell eterozigote non è intermedio ma mostra entrambi i tratti E il caso dei gruppi sanguigni ABO. Molti geni anziché possedere due sole forme alleliche, ne possiedono tre o più Nel sistema dei gruppi sanguigni ABO dell uomo per esempio ci sono tre alleli diversi I A I B i (anche indicato come I O ) I A I B sono dominanti su I 0. I A I B sono tra loro Codominanti Sia I A che I B infatti codificano una specifica glicoproteina che si trova sulla membrana plasmatica dei globuli rossi (antigene di membrana) mentre l allele i non codifica alcuna proteina I A I A I A i Gruppo A I B I B I B i Gruppo B I B I A i i Gruppo AB Gruppo O Nei confronti di i sia I A che I B si comportano come normali alleli dominanti Codominanza Omozigote recessivo 18

Esercizio 11 Se Mr. e Mrs. Fecundity, entrambi con sangue di tipo B, hanno 12 figli, 3/4 dei quali sono di tipo B e 1/4 di loro sono di gruppo O, quali sono i genotipi dei genitori? Esercizio 12 Una famiglia di sei persone comprende quattro bambini, ognuno dei quali ha un gruppo sanguigno diverso: A, B, AB e O. Quali sono i genotipi dei genitori? Esercizio 13 In un caso di paternità sono stati riportati alla luce i seguenti fatti; la madre, un'assassina, ha gruppo sanguigno A, sua figlia, Lizzie, è di tipo O, e il presunto padre, un criminale di mite maniera, è di tipo B. Potrebbe essere il padre? Spiegare. ECCEZIONI ALLE REGOLE DI MENDEL Geni legati al sesso X Y Porzione non omologa Breve porzione omologa Gli eterocromosomi possiedono una porzione omologa (nella quale avviene crossing over) e una non omologa. Quest ultima contiene molti dei geni che contribuiscono al differenziamento sessuale 19

Alla meiosi le femmine producono gameti uguali tutti con un cromosoma X I maschi invece producono due tipi di spermatozoi. X Metà degli spermatozoi hanno il cromosoma X e metà hanno il cromosoma Y Y X XY Maschio XY Maschio XX Femmina XX Femmina X Eredità legata al sesso (o X-linked) Molti geni si trovano sul cromosoma X nella porzione che non ha omologo nel cromosoma Y, quindi hanno una modalità di trasmissione particolare Gli alleli recessivi che appartengono a questa categoria si comportano in modo differente a seconda che appartengano ad un individuo di sesso maschile o femminile Un esempio di questa trasmissione è il daltonismo. Ci sono diversi tipi di daltonismo. Il più comune provoca l incapacità a distinguere il rosso dal verde (per mancanza di una popolazione di cellule della retina) 20

Allele per il daltonismo X X N e l l a d o n n a l espressione del daltonismo è simile a quella dei caratteri autosomici Essendo recessiva la patologia, la presenza di una copia dell allele per il daltonismo non dà alcuna manifestazione fenotipica Allele per il daltonismo X Y Nell uomo, l allele per il daltonismo si esprime anche se è da solo perché sul cromosoma Y esso non ha un allele corrispondente Perché una donna manifesti daltonismo deve essere omozigote recessivo (molto raro) Un individuo di sesso maschile daltonico X D Y non può trasmettere il carattere ai figli maschi perché passa loro il cromosoma Y che non porta il gene per quel carattere. Passa però l allele a tutte le sue figlie femmine che sono pertanto portatrici. Queste femmine portatrici a loro volta produrranno figli maschi che per metà sono affetti da daltonismo 21

Malattie genetiche legate al sesso L emofilia è una malattia che colpisce quasi solamente gli individui di sesso maschile. Gli individui affetti mancano di un fattore (una proteina) necessario per la coagulazione del sangue: fattore VIII" (emofilia A), o "fattore IX" (emofilia B), entrambi i geni per i due fattori sono localizzati sul cromosoma X. In seguito a ferite l emorragia non si arresta e si ha morte per dissanguamento. L emofilia si trasmette come carattere recessivo legato al sesso (si trova sul cromosoma X), individui di di sesso femminile sono di solito solo portatori e la trasmettono ai figli maschi 22

X A X A x X A X a Y X a Un maschio con la malattia (se sopravvive) trasmette l allele a tutte le sue figlie e a nessun figlio (nessun emofiliaco) X A X A X a X A X a X A Y X A Y Y X A X a x X a X A Y X A Una femmina portatrice passa la mutazione a metà delle figlie e a metà dei figli (che saranno affetti) X A X A X a X A X A X a Y Y X A Y Maschio emofiliaco 23

Una donna portatrice che si sposa con un uomo affetto ha il 50% di avere figli affetti indipendentemente dal sesso X A X a x X a Y X A X a X a X a X a X a X A X A Y Y Femmina emofiliaca X a Y Maschio emofiliaco Esercizio 14 La cecità ai colori rosso-verde è ereditata come recessiva legata al sesso. Se una donna daltonica sposa un uomo che ha una visione normale, quali sarebbero i fenotipi attesi dei loro figli? Esercizio 15 Supponiamo che il gene b sia legato al sesso, recessivo ed embrionale letale. Un uomo sposa una donna che è eterozigote per questo gene. Se questa coppia avesse molti bambini normali, quale sarebbe il rapporto sessuale previsto di questi bambini?. 24