Mutazioni cromosomiche
Quadro d insieme delle mutazioni cromosomiche
Cambiamenti nel numero di cromosomi Uno più corredi cromosomici: euploidia (monoploidia n, diploidia 2n, triploidia 3n, tetraploidia 4n) Monoploidi: maschi delle api, vespe e formiche, sterili perché nella meiosi i cromosomi non hanno omologhi con cui appaiarsi
Distribuzione della frequenza di numeri cromosomici aploidi in piante dicotiledoni. Alta frquenza di valori pari nei gradi più alti = ancestrale poliploidizza zione
Le piante poliploidi sono più grandi spesso e hanno componenti più grandi delle corrispondenti piante diploidi
Due possibili modalità per l appaiamento di tre cromosomi omologhi, nella fase che precede la I divisione meiotica in un triploide. L esito finale è sempre lo stesso: una delle cellule figlie riceverà 2 cromosomi, l altra 1 solo
Utilizzo della colchicina per generare un diploide a partire da un monoploide. La somministrazione di colchicina a cellule in metafase e anafase blocca la formazione delle fibre del fuso, impedendo la migrazione dei cromatidi dopo la divisione del centromero: si genera un unica cellula che contiene coppie di cromosomi identici, omozigoti a tutti i loci
Modalità di appaiamento alla meiosi nei tetraploidi
ALLOPOLIPLOIDI I prototipo: ibrido fertile che avesse le foglie del cavolo (Brassica) e le radici del ravanello (Raphanus) cioè le parti più importanti delle due piante. Contengono 18 cromosomi ciascuna e possono essere incrociate.
Schema triangolare che mostra quanto l anfidiploidia sia stata importante nella speciazione del genere Brassica
Tappe evolutive che avrebbero portato al moderno frumento esaploide: sarebbe avvenuta la formazione di anfidiploidi in due momenti distinti dell evoluzione della specie. A,B, D indicano corredi cromosomici differenti
Applicazioni in agricoltura la variazione del numero cromosomico è stata sfruttata per creare nuove linee di piante con caratteristiche desiderate GENERAZIONE DI PIANTE MONOPLOIDI MEDIANTE COLTURA TISSUTALE
Autotetraploidi Si formano spontaneamente in natura per l accidentale raddoppiamento di un genoma 2X in 4X (o con colchicina) Uva diploide Uva tetraploide
Un organismo o una cellula sono definiti euploidi quando presentano un assetto cromosomico completo o un multiplo esatto di assetti cromosomici completi. Questa condizione è definita come euploidia. Un organismo o una cellula sono definiti aneuploidi quando presentano un assetto cromosomico incompleto, o ridondante, per la mancanza o la presenza in eccesso di uno o più cromosomi singoli.la condizione è definita come aneuploidia. Variazioni nel numero di cromosomi che portano ad una situazione di aneuploidia possono verificarsi per mancata o irregolare disgiunzione di una o più coppie di cromosomi omologhi in prima o seconda divisione meiotica nel corso della gametogenesi.
Origine di gameti aneuploidi
Monosomia (2n-1) Sindrome di Turner XO 1 ogni 5000 nati di sesso femminile
Trisomia (2n+1) I trisomici possono essere fertili Genotipi dei prodotti meiotici di un soggetto trisomico A/a/a. Le 3 possibili modalità di segregazione sono equiprobabili
Una trisomia dei cromosomi sessuali: sindrome di Klinefelter XXY Maschi con lieve ritardo mentale
Trisomia 21: sindrome di Down, causata dalla non disgiunzione dei due 21 in uno dei due genitori. In alcune forme rare è dovuta a traslocazione, in questi casi può essere trasmessa dai genitori ai figli
L aneuploidia è quasi sempre deleteria a causa dello squilibrio genico Questa differenza interferisce con il normale funzionamento del genoma
Cambiamenti nella struttura cromosomica
Riarrangiamenti bilanciati e non Bilanciati Modificano l ordine dei geni sul cromosoma ma non rimuovono né aggiungono pezzi di DNA (Inversioni, traslocazioni recipriche) Non bilanciati Delezioni e duplicazioni
Inversioni paracentriche: se il centromero è fuori del segmento che si inverte Pericentriche: se è coinvolto anche il centromero
Effetti delle inversioni a livello del DNA I geni sono indicati con A, B, C e D. Le linee a zig zag indicano i punti in cui la rottura del DNA ha dato luogo a fusione genica (il gene A con il gened) dopo inversione e ricongiunzione. P=promotore
I cromosomi di un eterozigote per inversione formano un ansa durante l appaiamento nel corso della meiosi a) Rappresentazione schematica b)foto al TEM dei complessi sinaptonemici nella profase 1 della meiosi in topo eterozigote per una inversione paracentrica
Prodotti meiotici risultanti da un singolo crossingover all interno di un ansa da inversione paracentrca All interno dell ansa si forma un crossing over tra due cromatidi non fratelli
Prodotti meiotici risultanti da un singolo crossing over all interno di un ansa da inversione pericentrica. I cromosomi si separano in modo normale, senza che si formi alcun ponte
Traslocazioni Traslocazioni reciproche
Modalità più comuni di segregazione cromosomica in un eterozigote per traslocazione reciproca N1 e N2: cromosomi normali non omologhi T1 e T2 cromosomi traslocati a nord e a sud indicano i poli opposti a cui migrano gli omologhi durante l anafase 1
Polline di mais semisterile Granuli pollinici chiari: prodotti meiotici non bilancia ti Granuli pollinici opachi: genotipo completo per la traslocazione o cromosomi normali
Geni localizzati su cromosomi traslocati funzionano come se fossero associati se i loro loci si trovano in prossimità del punto di rottura della traslocazione Quando si evidenzia una associazione di geni che notoriamente si trovano su cromosomi diversi (pseudoassociazione) è un indizio che rivela la presenza di una traslocazione
Quando un frammento traslocato porta un gene marcatore, questo marcatore può mostrare associazione con geni traslocati sull altro cromosoma
Una delle possibili origini della sindrome di Down In pochi casi: la sindrome di Down ha origine da un genitore eterozigote per una traslocazione robertsoniana che coinvolge il cromosoma 21. La segregazione meiotica produce gameti che portano un cromosoma con un grande segmento aggiuntivo proveniente dal cromosoma 21. In caso di combinazione con un 21 normale fornito dal gamete dell altro genitore, si manifestano i sintomi della sindrome di Down anche se non sussiste una trisomia 21 completa
Variegatura da effetto di posizione
DELEZIONI La letalità delle grandi delezioni in eterozigosi si spiega con lo squilibrio del bilanciamento genico o con l espressione di alleli recessivi deleteri
Configurazioni cromosomiche ad ansa in una Drosophila eterozigote per una delezione Durante l appaiamento meiotico l omologo normale forma un ansa
Mappatura di alleli mutanti mediante pseudodominanza (alleli recessivi esibiscono dominanza)
Sindrome del cridu-chat Perdita dell estremità del braccio corto di uno degli omologhi del cromosoma 5
Possibile origine della delezione (cromosom a 7) che provoca la sindrome di Williams (malattia autosomica dominante con sviluppo anomalo del sistema nervoso)
Identificazione di cambiamenti nella quantità di DNA cromosomico mediante ibridazione genomica comparativa