Erosione genetica e biodiversità

Erosione genetica e biodiversità

Caratteri qualitativi e quantitativi 5 4 3 2 1 VF = VG + VA h 2 = VG/VF

QTL (Quantitative trait loci) Locus genetico in corrispondenza del quale alleli diversi da un punto di vista funzionale segregano e causano effetti significativi sul carattere quantitativo

QTL mapping Localizzare ed identificare il locus che regola il QTL - Iden'ficare il QTL che regola il cara4ere studiato - localizzare la regione del genoma dove un QTL che regola il cara4ere è ospitato Locus: posizione fisica del gene sul cromosoma Mappa genetica: serve per determinare la posizione del locus

Caratteri quantitativi e postulati di Mendel Ø Più geni responsabili del carattere fenotipico (poligeni) Ø Alleli plus & minus Ø Geni associati Ø Geni su uno stesso cromosoma vengono ereditati insieme (linkage)

Caratteri quantitativi e postulati di Mendel Legge della dominanza gli individui nati dall'incrocio tra due individui omozigoti che differiscono per una coppia allelica, avranno il fenotipo dato dall'allele dominante Legge della segregazione alleli differenti di uno stesso gene segregano a meiosi Legge dell'assortimento indipendente (o legge di indipendenza dei caratteri): gli alleli posizionati su cromosomi non omologhi si distribuiscono in modo casuale nei gameti.

Deviazione rapporti mendeliani Esperimento Bateson & Punnet Incrocio diibrido tra una linea pura con fiori viola e granuli pollinici allungati ed un altra linea pura con fiori rossi e granuli pollinici rotondi

Si concluse che gli alleli parentali erano accoppiati e non andavano incontro assortimento indipendente

Biologia.blu, D.Sadava G.Heller G.Orians W.Purves D.Hillis M.Pignocchino, Zanichelli Esperimenti di Morgan geni sullo stesso cromosoma possono essere ereditati in maniera accoppiata

Gli studi di Morgan hanno dimostrato che nella drosofila i geni responsabili del colore del corpo e delle dimensioni delle ali sono associati, cosicché i rispettivi alleli non seguono un assortimento indipendente. Questa associazione è responsabile della discordanza dei fenotipi osservati rispetto a quelli attesi in base alla legge mendeliana dell assortimento indipendente

Calcolo chi 2 Analisi dei rapporti di segregazioni a ciascun locus per vedere se i valori osservati differiscono da attesi Geni concatenati hanno rapporti atipici

Osservati Attesi (575-965) 2 /965 (575-944) 2 /944 (575-26) 2 /26 (575-185) 2 /185 156,81 144,24 66,97 822,16 1784.18 I valori di χ 2 elevati indicano che le differenze osservate sono statisticamente significative, e che quindi l ipotesi che i geni si assortiscano in modo indipendente deve essere rigettata

4 classi fenotipiche -> 3 gradi di libertà valore χ 2 1784,18 Se p>.5, la deviazione tra Osservati ed Attesi non è significativa Se p<=.5, la deviazione è statisticamente significativa; ciò significa che i geni possono essere legati

Geni indipendenti Seguono le leggi di Mendel sull assortimento indipendente Sono su cromosomi diversi Geni in linkage Geni fisicamente uniti sugli stessi cromosomi

Linkage Si analizza la frequenza allelica di ricombinazione nella progenie di un incrocio Nuove associazioni di alleli parentali si ottengono a seguito della ricombinazione genetica Tests crosses determinano quali geni sono legati, e la mappa genetica si contruisce per ogni cromosoma

Ricombinazione Grazie alla ricombinazione risulta possibile mappare i geni Alla meiosi: Segmenti di DNA che sono su diversi cromosomi si distribuiscono a caso nei gameti Segmenti che sono sullo stesso cromosoma vanno soggetti a ricombinazione. Questa è tanto più frequente quanto più distanti sono i due segmenti di DNA sul cromosoma DISTANZA DI MAPPA è misurata dalla % di RICOMBINAZIONE

I geni associati sul cromosoma possono avere duplice destino: 1) Non si trasmettono insieme a causa della ricombinazione, quindi si separano per l avvento del CROSSINGOVER nel tratto di cromosoma compreso tra i due geni. (assortimento indipendente) 2) Si trasmettono insieme, ciò accade quando sono molto vicini tra di loro

Crossing over scambio fisico reciproco di parti tra i due cromosomi omologhi (tra cromatidi non fratelli) con la formazione di nuove combinazioni alleliche

Frequenze di Ricombinazione Progenie ricombinante Totale progenie % % 5% Geni associati Geni non associati

Geni con frequenza di ricombinazione minore del 5% si trovano sullo stesso cromosoma => linked (ricombinazione intracromosomica) crossing over Geni che si sottopongono ad assortimento indipendente hanno una FR del 5 % e sono posizionati in cromosomi non-omologhi oppuri di lontani e sullo stesso cromosoma=> unlinked (ricombinazione intercromosomica)

Tipologie di mappe Mappe genetiche o di linkage Distanza che separa i geni basata su rapporti di ricombinazione Citogenetiche Visulizzazione al microscopio dei cromosomi Mappe fisiche Posizione fisica di una sequenza di DNA o di un gene Nucleotide Sequence Maps Genomi sequenziati

Tipologie di mappe www.genome.gov

Mappe genetiche La mappa genetica determina l ordine di geni Le frequenze di ricombinazione tra alleli determinano le distanze tra essi Le distanze tra geni si misurano in termini di unità di mappa 1 unità di mappa = 1 cm (centimorgan) (1% fenotipi ricombinanti) Tali frequenze sono inveramente proporzionali alla distanza tra alleli

Calcolo distanza mappa 26+185 26+185 + 965 + 944 X 1 = 17% = 17 cm NB: Caso semplice

Associazione Cis e Trans Alleli dominanti in uno degli omologhi Alleli dominanti sui due omologhi

Calcolo distanza mappa Calcolare ricombinazioni in cis ed in trans Calcolare crossing over multipli A1 B1 C1 A1 B2 C2 A1 B2 C1 A2 B2 C2 A2 B1 C1 A2 B1 C2 Singolo CO Doppio CO

ABC abc Abc abc st + e + ss + st e s A B C a b c ABc abc AbC abc Pierce, GENETICA, Zanichelli editore S.p.A. Copyright 25

Vogliamo stabilire l ordine dei geni sul cromosoma e stimare le distanze tra questi ABC 283 abc 278 Abc 5 Genotipi più frequenti sono i parentali Genotipi meno frequenti sono i doppi ricombinanti abc 52 ABc 5 abc 3 AbC 43 abc 41 Calcolo dell ordine dei geni A-B-C? C-B-A? B-A-C? ecc.

A C B ABC 283 ACB abc 278 acb a c b A c b Abc 5 Acb abc 52 acb a C B ABc 5 AcB A c B abc 3 acb AbC 43 ACb a C b abc 41 acb A C b Il doppio crossing over sposta l allele centrale da un cromatidio fratello all altro a c B

A questo punto bisogna calcolare la distanza tra A - C e C - B 283 ACB 278 acb 5 Acb 52 acb 5 AcB A C = (5+3+5+52)/755 * 1 = 14.6 C B = (5+3+43+41)/755 * 1 = 12.2 3 acb 43 ACb 41 acb A B = [5+52+43+41+ (5*2) + (3*2)]/755 * 1 = 26,8

28,8 cm A C B 14,6 cm 12,2 cm

Distanza genetica Esempio Drosophila distanza Additiva (14,6 + 12,2 = 28,8) CROSSOVER MULTIPLI Aumentando la distanza tra due loci, aumenta la probabilità di crossing over doppi o multipli A B A b B b B a b a B b B b

Gli effetti del crossing-over multiplo sono annullati, pertanto la frequenza di ricombinazione, sottostima la distanza genetica Interferenza Il Crossover in una regione diminuisce la probabilità di altri nella medesima regione cromosomica Coincidenza Numero di doppi ricombinanti osservati diviso il numero di attesi Tendenza a non vedere doppi crossover in piccole regioni cromosomiche

28,8 cm A C B 14,6 cm 12,2 cm Probabilità di doppi CO tra A e B = frac x frcb,146 X,122 =,178 283 ACB 278 acb 5 Acb 52 acb 5 AcB 3 acb 43 ACb 41 acb Numero di doppi CO attesi =,178 X 755 (progenie totale) = 13,4 Numero di doppi CO osservati = 5 + 3 = 8 Coefficiente di coincidenza = doppi CO oss./ doppi CO att. = 8/13,4 =,6

Coefficiente di coincidenza =,6 Interferenza = 1 - coefficiente di coincidenza => 1,6 =,4 Il 4% della progenie attesa e derivante da doppio crossing over non sarà osservata Interferenza No doppi crossing over >1 doppi crossing over

Crossing over più frequenti in regioni subtelomeriche rispetto le centromeriche, quindi ad una piccola distanza nella mappa genetica può corrispondere una grande distanza in quella fisica

Mappe genetiche

Costruzione mappa genetica Si scelgono due parentali distanti dal punto di vista genetico con caratteri agronomici utili Incrocio e sviluppo popolazione segregante Genotipizzazione con marcatori molecolari q Associazione del fenotipoà Alleli di interesse

COSTRUZIONE DI UNA MAPPA GENETICA CON MARCATORI MOLECOLARI RICERCA DI MARCATORI MOLECOLARI Trovare marcatori polimorfici tra i due parentali Analizzare la segregazione di tali marcatori nella popolazione segregante Ricercare l associazione tra i diversi marcatori Calcolare la % di ricombinazione tra i marcatori associati

Costruzione mappa genetica Cultivated Wild X Segregant population Marker1 Marker analysis Mappa

Linkage mapping Associazione di un marcatore ad un gene di resistenza Progenie da incrocio Resistente X Suscettibile Testare la progenie con marcatori equamente distribuiti sul genoma (~ogni 1cM) Lod score ( log of the odds ) punteggio risultante da un test statistico che confronta la probabilità di osservare due marcatori, legati o meno. Punteggi LOD positivi favoriscono la presenza di linkage, mentre i punteggi LOD negativi indicano che il legame è meno probabile

Mapping function 1. LOD >3. evidenza del legame 2. LOD <-2. non legati 3. Intermedi dati inconclusivi, collezionare maggiori individui Formule matematiche per definire le relazioni tra ricombinazione e distanza di mappa Tali formule mettono in relazione la frequenza dei CO e la distanza tra I geni

Associazione del fenotipo 1 3 2 3 2 3 2 2 2 2 2 3 1 2 2 2 2 1 1 1 1 2 2 1 Genotipo Fenotipo S R R R R R R R R R R R S R R R R S S S S R R S 1 1 5 8 7 4 5 4 5 3 2 5 2 8 2 9 3 1 2 4 5 4 3 2 3 1 1 6 1 8 2 3 4 4 3 1 4 2 4 2 5

Linkage = Co-segregazione A 1 A 2 A 3 A 4 A 1 A 3 A 2 A 4 A 2 A 3 A 1 A 2 A 1 A 4 A 3 A 4 A 3 A 2 Marker allele A 1 cosegrega con un Carattere dominante per resistenza

Mappatura di geni agronomicamente interessati Elevato n di markers = consentirà la saturazione delle mappe genetiche, ottenendo distanze di mappa tanto ridotte da consentire la dissezione di caratteri quantitativi nelle diverse componenti geniche. Vantaggi = possibilità di trovare una stretta associazione tra il marcatore ed i geni di interesse. L associazione tra il marcatore molecolare ed il gene permette di inferire la presenza del gene in un individuo o in un gruppo di individui mediante l identificazione del marcatore ad esso legato.