SBOBBINATURE DI GENETICA prof. Varriale a.a. 2012/2013. Olivetta Michelangelo/Fonticelli Mariano. scaricato da www.sunhope.it

SBOBBINATURE DI GENETICA prof. Varriale a.a. 2012/2013 Olivetta Michelangelo/Fonticelli Mariano

16.10.2012 GENETICA N 1 Perché studiare la genetica? A parte un semplice interesse, lo studio di questa materia risulta molto importante ai giorni nostri, infatti si stima che circa il 70% delle patologie umane sono geneticamente determinate, per cui la genetica si rivela essere altamente correlata alla professione medica. Cosa studia la genetica? L informazione che risiede nella sequenza presente nel materiale genetico delle cellule, la funzione e la manifestazione dell informazione genetica, studia le variazioni dell informazione genetica (mutazioni), le variazioni dell informazione genica nell ambito della stessa specie (variabilità), ed in ultima analisi studia anche le modalità di trasmissione dell informazione. Caratteristiche principali del materiale genetico, sia esso DNA o RNA sono, la stabilità (non sempre perché la variazione è fondamentale per l evoluzione), la capacità di riprodursi fedelmente, e la capacità di esprime le proprie informazioni. Glossario di genetica : CROMOSOMA = complesso sovramolecolare costituito da acidi nucleici, ed è sempre coniugato a proteine. Per esempio anche nei batteri il materiale genetico è ancorato in una zona della cellula chiamata nucleoide grazie a delle proteine iston like proteins. GENE = sequenza di basi di DNA o RNA che possiede un significato biologico (proteine,rnat). I geni sono presenti dunque all interno di un cromosoma, facciamo un esempio, all interno del cromosoma X è presente un gene in posizione q11-12, quest ultimo è composto da circa 180mila paia di basi, di cui alcune codificanti chiamate esoni, ed altre non codificanti chiamate introni. Nello specifico le basi introniche costituiscono la maggior parte del gene (in quest esempio quasi il 99%), questa caratteristica rappresenta una sorta di meccanismo di difesa, infatti mutazioni che riguardano la parte intronica non modificano l informazione presente nel gene. LOCUS = rappresenta l esatta posizione che occupa un gene lungo un cromosoma, infatti all interno del cromosoma esistono vari geni,ed ognuno è caratterizzato da un esatta posizione. Prendiamo come riferimento il gene precedente che si trovava in posizione q11-12,cosa indica questa dicitura? Per prima cosa i cromosomi vengono numerati,

nell uomo partiamo dal numero 1 che rappresenta il cromosoma più grande fino ad arrivare al 23, il più piccolo. Ogni cromosoma è diviso da un centromero in due parti chiamate bracci, in genere i bracci sono di diversa lunghezza, il corto è rappresentato con la lettera P, quello lungo con la lettera Q. Ogni braccio a sua volta viene diviso in diverse regioni grazie ad una tecnica chiamata bandeggio, con la quale il cromosoma appare diviso in bande orizzontali di diverse tonalità, nello specifico il numero di bande è sempre uguale se prendiamo cromosomi uguali di specie uguali (per esempio nell uomo il cromosoma 1 avrà sempre 56 bande sul braccio lungo), ed hanno una numerazione progressiva partendo dal centromero. In ogni banda non è presente solo un gene, dunque lungo ogni banda sono presenti vari geni che occupano posizioni specifiche. Concludendo ora ci appare chiaro che il nostro gene presente sul cromosoma X, sul braccio corto, nella banda 12 ed occupa la posizione 11. ALLELE = è una variazione fenotipica della stessa manifestazione, in particolare la similitudine di frequenza è necessaria per la definizione di allele, infatti 2 geni che differiscono per più del 50% saranno sicuramente diversi, solo se sono uguali in percentuale > dell 80% quasi sicuramente stiamo parlando di alleli. DIPLOIDE = rappresenta il numero di cromosomi presenti nelle cellule somatiche APLOIDE = rappresenta il numero di cromosomi delle cellule germinali MATURE, ed il patrimonio genetico è presente in singola copia ed è completo!!! Non c è correlazione tra il numero di cromosomi e l evoluzione, per esempio la mosca ha 6 cromosomi, l uomo 23...ma se continuo con gli esempi il pesciolino rosso ha 50 cromosomi. Non c è nemmeno correlazione tra la quantità di materiale genetico e l evoluzione, infatti mentre l uomo possiede 94cm di DNA per cellula, la pianta di mais ne possiede più di 2,5m. Quindi l evoluzione non si valuta nel con il numero dei cromosomi ne con la quantità di materiale genetico. GENOTIPO = rappresenta il numero di geni presenti all interno del materiale genetico FENOTIPO = tutte le caratteristiche osservabili e misurabili risultato di espressione genica OMOLOGHI = cromosomi che portano informazioni identiche o simili, cioè sono sempre le stesse caratteristiche che vengono controllate, ma le espressioni possono variare. L uomo

possiede 23 coppie di cromosomi omologhi derivanti per ciascuna metà da uno dei genitori. Se le informazioni sui cromosomi omologhi sono uguali,l individuo si definisce OMOZIGOTE per quel carattere, altrimenti sarà ETEROZIGOTE, ed in particolare in condizioni di eterozigosi la caratteristica che si manifesta fenotipicamente viene definita dominante,mentre l altra recessiva, e quest ultima si manifesta solo in condizione di omozigosi. LINEA PURA = individui uguali tra di loro che danno una progenie identica alla precedente e tutta uguale tra di loro, quindi parlare di linea pura o incrocio tra omozigoti è la stessa cosa.

17.10.2012 GENETICA N 2 Nella lezione di oggi tratteremo la divisione cellulare, affrontandola dal punto di vista della genetica. GAMETOGENESI = con questo termine vengono descritti i processi che portano alla formazione di cellule germinali mature (gameti),che sono atte alla fecondazione, ed è regolata da un fenomeno che prende il nome di meiosi. I gameti maschili sono gli spermatozoi mentre quelli femminili gli ovociti. La combinazione di due genetiche diverse rappresenta un concetto molto importante, infatti è alla base della variabilità dei caratteri e quindi influisce in maniera positiva sull evoluzione. MITOSI = è un processo cariocinetico caratteristico delle cellule somatiche, che consente la formazione di cellule figlie con un patrimonio genetico identico alla cellula madre, senza che avvenga un dimezzamento del corredo cromosomico. Vediamo ora la mitosi dal punto di vista della genetica. Prima della divisione cellulare la cellula entra in una fase chiamata S, all interno della quale duplica il suo DNA. La divisione mitotica viene divisa in varie fasi, inizialmente il DNA è presente nel nucleo sotto forma di cromatina e nel citoplasma sono presenti delle strutture chiamate centrioli o centrosomi, dopo un pò la cromatina condensa ed appaiono i cromosomi duplicati o cromatidi fratelli ( qui non parliamo ancora di cromosomi perché il DNA si è duplicato), i quali sono uno la copia dell altro. Ogni coppia di cromatidi fratelli è caratterizzata da un centromero che li tiene uniti come due gemelli siamesi, ed ai lati sono presenti delle strutture proteiche chiamate cinetocori. I centrosomi iniziano a migrare ai poli opposti della nostra cellula e nel frattempo assistiamo alla scomparsa della membrana nucleare che si dissolve, in modo da rendere i cromatidi fratelli liberi nel citoplasma. Dai centrosomi si diramano altre strutture proteiche,i microtubuli, formando una serie di fasci, ed alcuni di questi microtubuli si vanno ad ancorare ai cromatidi fratelli tramite i cinetocori. Successivamente i cromatidi fratelli si sono allineati al centro della cellula, delimitando una linea ideale che divide esattamente in due parti la cellula ed il materiale genetico, la membrana cellulare si oblunga ed avviene la separazione dei cromatidi fratelli che in questo momento sono diventati cromosomi! Quindi da una cellula iniziale con X cromosomi si formeranno due cellule figlie con X cromosomi.

MEIOSI = processo cariocinetico, caratteristico delle cellule della linea germinale, mediante il quale si realizza un dimezzamento del numero di cromosomi da diploide ad aploide. Anche in questo caso prima della divisione cellulare avviene la duplicazione del DNA all interno della fase S. La meiosi è caratterizzata da una doppia divisione cellulare, ed andiamo a vedere in questo caso come si comportano i cromosomi. La prima differenza è visibile nella PROFASE 1, infatti dopo che la cromatina condensa si formano i cromatidi fratelli, in questo caso però non sono sparsi ma sono uniti,quali sono i cromatidi che si accoppiano? Quelli dei cromosomi omologhi, cioè quelli che portano le stesse informazioni,i cromatidi si organizzano per formare una struttura chiamata tetrade. Durante questa fase iniziale avviene un fenomeno chiamato ricombinazione o crossingover,il quale avviene sempre nella cellula in meiosi e solo le regioni interessate alla ricombinazioni sono casuali, grazie a questo fenomeno avviene lo scambio di regioni omologhe tra cromosomi omologhi, cioè avviene uno scambio di informazioni per le stesse caratteristiche.

Altra differenza che notiamo, i microtubuli che si diramano dai centrosomi, non attaccano la stessa coppia di cromatidi, una coppia viene presa da un lato, e l altra dal lato opposto, in modo tale che durante la prima divisione meiotica vengono separati i cromosomi omologhi e non i cromatidi fratelli come nella mitosi, importante ricordare che dopo la separazione dei cromosomi omologhi restano i cromatidi non fratelli perché c è stata ricombinazione. Alla fine della prima divisione, il numero dei cromosomi si è dimezzato ma la quantità di DNA è ancora diploide, per cui c è bisogno di una nuova divisione che separi i cromatidi e faccia diventare la quantità di DNA aploide.

La fase discriminante i due processi è la metafase, infatti mentre nella mitosi tutti i cromatidi fratelli sono allineati, nella meiosi troviamo che le coppie di cromosomi omologhi siano allineate. Quali sono le implicazioni della meiosi? 1) cambiamento della struttura del cromosoma attraverso la ricombinazione 2) consente l assortimento casuale dei cromosomi omologhi 3) consente che ciascuna cellula germinale è provvista di un numero aploide di cromosomi. Vedendo l ultima figura chiamiamo i cromosomi alle estremità parentali, invece quelli al centro ricombinanti. Durante il crossing-over vediamo come lo scambio avviene alla stessa altezza, sono interessati gli stessi loci,ciò vuol dire che si sono scambiati informazioni per le stesse caratteristiche. Soffermiamoci sull assortimento casuale dei cromosomi omologhi, prendiamo come punto di riferimento questo genotipo AaBbCcDd- il nostro soggetto di riferimento sarà eterozigoto per questi caratteri, ed ogni carattere è localizzato su quattro coppie di

cromosomi omologhi diversi, quanti tipi diversi di gameti possiamo formare? Per ogni cromosoma abbiamo il 50% di trasmettere il carattere dominate, e il 50% per quello recessivo, ed ognuno di essi quindi si distribuisce al 50% ma in maniera indipendente. ABCD ABCd ABcD ABcd AbCD AbCd AbcD Abcd abcd abcd abcd abcd abcd abcd abcd abcd Ogni coppia di cromosomi si comporta in maniera indipendente rispetto alle altra coppie permette la distribuzione al 50%, otteniamo in questo modo 16 caratteri diversi, cioè 2 n dove n rappresenta il numero di caratteri sui cromosomi non omologhi. Se prendiamo in considerazione invece XxBbGgJjKK- i caratteri diversi che si formano sono sempre 16 perché KK non si trovano in eterozigosi per cui la distribuzione al 50% è inapplicabile!!!

23.10.2012 GENETICA N 3 Oggi parleremo di Medel e dei suoi esperimenti. Mendel descrisse i principi dell ereditarietà, iniziò il suo studio partendo da una serie di incroci di linee pure per un carattere, seme liscio (AA) e seme rugoso (aa),(i due caratteri sono alleli per lo stesso gene) la prima generazione di questo incrocio presentava il 100% di seme liscio, per cui definì questo carattere dominate mentre l altro era recessivo. La caratteristica recessiva però non era scomparsa, non veniva espressa ma era presente nel DNA, infatti il genotipo della F 1 era Aa, Mendel incrociando questa generazione vide che nella F 2 il carattere recessivo ricompariva, con una probabilità del 25%. A a A AA Aa a Aa aa Questa distribuzione Mendel la ottenne per una serie di caratteri diversi, nello specifico per sette caratteri, numero uguale a quello aploide della pianta di pisello. Giustifichiamo ora i risultati di Mendel, un soggetto AA al termine della meiosi potrà formare solo gameti A, mentre un soggetto aa forma solo gameti a, quindi l unione di questi gameti porta alla formazione di un individuo Aa, il quale presenterà fenotipicamente solo la caratteristica dominante, anche essendo eterozigote per questo carattere. I soggetti della F 1 invece al termine della gametogenesi potranno formare due classi di gameti A oppure a, entrambe le classi con la stessa probabilità, incrociando questi soggetti escono fuori i risultati di Mendel, cioè gli individui della F 2 per il 75% avranno il fenotipo dominante, ed il restante 25% sarà recessivo. Mendel continuò i suoi studi analizzando due caratteri contemporaneamente, il nuovo carattere era fusto alto (BB) e fusto basso (bb), usò queste linee pure AABB e aabb (come linea pura possiamo usare anche AAbb, l importante è che ci troviamo in omozigosi), formando durante la meiosi un solo gamete per ogni carattere il diibrido risultante sarà eterozigote per quei caratteri, ma fenotipicamente mostrerà solo i caratteri dominanti AaBb. Il nuovo individuo a sua volta andrà in meiosi e questa volta potrà formare 4 classi di gameti, rispettivamente AB-Ab-aB-ab, l incrocio da come risultato :

AB Ab ab ab AB AABB AABb AaBB AaBb Ab AABb AAbb AaBb Aabb ab AaBB AaBb aabb aabb ab AaBb Aabb aabb aabb In questo caso avremo 9 individui (gialli) fenotipicamente dominanti per entrambi i caratteri, 3 individui (verdi) fenotipicamente dominanti per il seme, 3 individui (celesti) fenotipicamente dominanti per il carattere del fusto e 1 individuo fenotipicamente recessivo. Il rapporto fenotipico è 9:3:3:1 mentre per un solo carattere che abbiamo visto prima era 3:1. Se ci soffermiamo però vediamo che per ogni singolo carattere avremo 12 piante a seme liscio e 4 a seme rugoso, 12/9 = 3 rapporto 3:1, poi avremo 12 piante a fusto alto e 4 a fusto basso, quindi ancora rapporto 3:1, quindi ciascuna caratteristica si distribuisce sempre in maniera indipendente con un rapporto 3:1, questa è la legge dell indipendenza dei caratteri di Mendel. A cosa è dovuta questa indipendenza? Al fatto che i geni che codificano queste informazioni si trovano su cromosomi diversi, e dalla lezione precedente sappiamo che i cromosomi omologhi durante la meiosi assortiscono in maniera indipendente e casuale! Se per esempio i caratteri si fossero trovati sullo stesso cromosoma non avremmo ottenuti questi risultati. Vediamo come si comportano linee pure che differiscono per tre caratteristiche, aggiungiamo il color del fiore, porpora (DD) o bianco (dd), la prima generazione da quanto detta fino ad ora sarà fenotipicamente dominante, ma eterozigote per ogni carattere AaBbDd, che gameti può formare quest individuo? Formerà 8 classi di gameti, perché con 8 coppie di cromosomi omologhi posso ottenere 4 piastre metafasiche diverse e quindi 8 combinazioni diverse di geni: ABD ABd AbD Abd abd abd abd abd L incrocio di un soggetto eterozigote per tre caratteri con il quadrato di Punnet sarebbe un pochino complicato e lento da produrre, analizzandolo vediamo che sono presenti 27 individui con fenotipo dominante per tutti e tre i caratteri, 1 individuo con fenotipo recessivo per tutti i caratteri, 9 individui con il primo carattere fenotipicamente recessivo, 9 individui con il secondo carattere fenotipicamente recessivo, 9 individui con il terzo carattere fenotipicamente recessivo, 3 individui con solo il primo carattere

fenotipicamente dominante, 3 individui con il secondo carattere fenotipicamente dominante ed infine 3 individui con il terzo carattere fenotipicamente dominante. Il rapporto fenotipico è 27:9:9:9:3:3:3:1 come faccio a capire effettivamente i rapporti dei vari fenotipi senza contare ne quadrato di Punnet? Sappiamo che ciascuna caratteristica si distribuisce in maniera indipendente sempre nel rapporto di 3:1 tra dominante e recessi, quindi il gioco è fatto,per tre caratteri basterà moltiplicare 3X3X3=27 e così via moltiplichiamo per quanti sn i caratteri che prendiamo in considerazione,facciamo un esempio : voglio sapere quante piante fenotipicamente dominanti per due caratteri avrò 3 seme liscio : 1 seme rugoso 3 fusto alto : 1 fusto basso Moltiplico 3x3=9 quindi avrò 9 individui fenotipicamente dominanti per questi due caratteri! In questo modo abbiamo giustificato matematicamente la meiosi, la formula è (3:1) n dove n è il numero di caratteri, per la pianta di pisello il numero max è 7, perché se i caratteri sono 8 vuol dire che 2 caratteri stanno sullo stesso cromosoma visto che il numero aploide è 7. REINCORCIO O TEST CROSS È un incrocio tra un soggetto a fenotipo dominante per un carattere ma genotipo sconosciuto, con un soggetto a fenotipo recessivo (quindi omozigote recessivo per quel carattere) per valutare se il genotipo a noi sconosciuto sia eterozigote o omozigote. Esempio. Carattere pelo nero e pelo chiaro N? X nn se la progenia sarà fenotipicamente dominante vuol dire che l individuo era omozigote dominante, altrimenti se appare il carattere recessivo con una probabilità del 25% il soggetto di partenza è eterozigote per quel carattere.

26.10.2012 GENETICA N 4 Oggi parleremo di rapporti atipici, chiamati così perché diversi da quelli mendeliani. Questi fenomeni sono determinati da diverse cause : 1) Un diverso rapporto tra gli alleli ( dominanza incompleta o codominanza) 2) Allelia multipla, cioè esistono più alleli responsabili della determinazione del carattere 3) Caratteri multifattoriali, cioè più geni interagiscono per determinare il fenotipo DOMINANZA INCOMPLETA = in questa particolare situazione, gli individui eterozigoti mostrano un fenotipo intermedio a quello degli individui omozigoti dominanti e recessi. Esempio AA = rosso Aa = rosa aa = bianco Gli individui della F 1 saranno tutti eterozigoti con fenotipo rosa (quindi assenza del fenotipo dominante e recessivo), invece quelli della F 2 si distribuiscono con un rapporto diverso dal 3:1 visto in precedenza con Mendel, ma si distribuiranno secondo un rapporto di 1:2:1(rosso:rosa:bianco) che corrisponde esattamente oltre al rapporto fenotipico anche a quello genotipico, evidenziando come in questa condizione si inutile applicare il testcross dato che ogni combinazione presenta un fenotipi diverso. Bisogna specificare che la manifestazione fenotipica e dovuta dalla presenza di un singolo prodotto genico derivante dall interazione dei due alleli. Prendiamo ora in considerazione due caratteri a dominanza incompleta, oltre a quello di sopra anche BB = Tondo Bb = ovale bb = allungato in questo caso gli individui della F 1 saranno tutti eterozigoti cioè rosa e ovali. AB Ab ab ab AB AABB AABb AaBB AaBb Ab AABb AAbb AaBb Aabb ab AaBB AaBb aabb aabb ab AaBb Aabb aabb aabb

In questo caso ci sono nove fenotipi diversi, con un notevole aumento della variabilità,ma come facciamo a prevederli senza usare il quadrato di punnet? 1rosso : 2rosa :1bianco 1tondo : 2ovali :1lungo Tenendo in mente come si distribuiscono i caratteri a dominanza incompleta posso determinare la probabilità con cui si distribuiscono i diversi fenotipi, infatti per esempio se voglio sapere quanti individui saranno rosa e lungi faccio 2X1 = 2 quindi 2 individui di fenotipo Aabb su 16, in questo caso anche il genotipo coincide. Se per caso il carattere del seme fosse a dominanza completa come facciamo a sapere il fenotipo? Sempre nella stessa maniera, perché i caratteri si distribuiscono sempre con gli stessi rapporti ma in maniera indipendente per cui : 1rosso : 2rosa : 1bianco 3tondi : 1lungo Esercizio di probabilità Dati due genitori eterozigoti, portatori sani di una determinata malattia, quante probabilità hanno di fare 4 figli sani? Visto che ad ogni gravidanza la probabilità che il figlio sia sano è di ¾, è la probabilità combinata è uguale al prodotto di ogni singolo evento, avrò (3/4) 4 = 81/256 = 0,316 quindi circa il 31,6%. Che possibilità ho di avere un figlio affetto? Ad ogni gravidanza le probabilità sono sempre le stesse, ¾ sano ed ¼ malato, però il figlio malato può nascere alla prima gravidanza, come la seconda ecc... per cui avrò (1/4)x(3/4)x(3/4)x(3/4)x4 = 42% Che possibilità ho di avere due figli malati? (1/4) 2 x(3/4) 2 x6 = 21% il 6 deriva dalle vari combinazioni, cioè il figlio malato può essere 1 e 2, oppure 1 e 3 e così via, ed avro 6 possibilità. E avere tutti e 4 figli malati? (1/4) 4 = 0,4 % CODOMINANZA = in questo particolare rapporto tra alleli si ha in condizioni di eterozigosi la manifestazione di entrambi i caratteri espressi dagli individui omozigoti. A differenza della dominanza incompleta in questo caso la manifestazione fenotipica e

derivante dalla presenza di due prodotti genici, quindi per esempio il colore rosa deriverà dalla presenza sia del colore bianco sia del colore rosso! Un esempio di codominanza si ha nei gruppi sanguinei con i soggetti di tipo AB. CARATTERI MULTIFATTORIALI = sono caratteri la cui manifestazione è regolata da due o più geni, cioè + geni per un fenotipo, e questi geni possono essere presenti su cromosomi diversi. Un esempio sono le catene metaboliche dove una serie di geni portano ad un risultato finale ed a un fenotipo al termine della catena. Quando l azione di un gene condizione quella del gene successivo all interno di una sequenza per esempio per la determinazione del colore, parliamo di epistasi. Iniziamo con il primo esempio, il gene dominante A provoca un cambio di colorazione da albino a rosso, mentre il gene dominante B da rosso a verde. Dal grafico notiamo come siamo in presenza di un rapporto atipico, infatti la distribuzione del fenotipo sarà 9:3:4, in questo caso parliamo di epistasi recessiva perché è proprio

l allele recessivo a a determinare il fenotipo, infatti in condizioni di omozigosi recessiva il gene B non avrà più alcun effetto. Nel caso in cui fosse stato l allele dominante A a condizionare l allele B avremmo parlato di epistasi dominante. Da come mostra il grafico il rapporto fenotipico nell epistasi dominante sarà di 12:3:1, e l azione del gene B sarà mascherata dalla presenza dell allele dominante A. Nel prossimo esempio di epistasi vediamo come il primo enzima attivato dal gene A dominante provoca un cambiamento di colore ai nostri occhi impercettibile ( ricordiamo che il colore è relazionato alle diverse lunghezze d onda, quindi piccole variazioni portano a variazioni cromatiche che ci sono, ma sono all occhio impercettibili ), questo prodotto sarà poi trasformata dal gene b recessivo in marroncino.

In questo caso vediamo che il rapporto fenotipico è 13:3 e ci troviamo di fronte ad una interazione dominante-recessivo. In questo caso invece la trasformazione del colore a marroncino e data al gene dominante B.

I questo caso il rapporto fenotipico sarà di 9:7 e ci troveremo di fronte ad un epistasi recessiva doppia, oppure ad un epistasi dovuta a geni doppi recessivi. Nell ultimo esempio prendiamo in considerazioni due geni che producono lo stesso fenotipo però seguendo due linee metaboliche diverse, per esempio, l acido piruvico può essere ottenuto dalla degradazione degli zuccheri ma anche degli acidi grassi, quindi due linee metaboliche che producono un risultato uguale. Nel nostro esempio vediamo come solo gli alleli dominanti consentono la trasformazione mentre quelli recessivi no.

In questo caso il rapporto fenotipico è di 15:1 e ci troviamo in presenza di una epistasi dominante doppia. Dobbiamo ricordarci che in questo caso gli effetti dei singoli geni non sono cumulativi, cioè se un individuo presente un fenotipo dominante per entrambi i geni non vuol dire che sarà più marrone di un individuo che presenta solo un gene dominante. Diverso dunque è il caso in cui il fenotipo derivante dall espressione di entrambi gli alleli dominanti sia diverso, per esempio un solo allele dominante darà un colore beige, mentre entrambi marrone, in questo caso il rapporto fenotipico sarà di 9:6:1 e ci troviamo di fronte ad un epistasi dominante doppia con effetto cumulativo. A cosa serve tutto ciò che abbiamo fatto?prendiamo un gruppo molto ampio di individui, divisi per un determinato fenotipo, a cosa è dovuto questo fenotipo? Facendo il MCD (massimo comune divisore) del numero degli individui dei vari gruppi possiamo sapere la caratteristica come si ripartisce tra essi e possiamo prevedere quale sia il gene oppure i geni che ne regolano l espressione.

09.11.2012 GENETICA N 5 Oggi tratteremo l allelia multipla, la quale si realizza quando in una popolazione sono presenti più di due alleli. Immaginiamo di avere tre alleli differenti con questa relazione: A W > A > a in questo caso abbiamo tra gli alleli un rapporto di dominanza completa, per cui possiamo avere tre fenotipi diversi. Proviamo adesso a cambiare i rapporti tra gli alleli : A W A > a in questo caso c è dominanza incompleta tra il primo ed il secondo allele, ed in questo caso possiamo avere 4 tipi di fenotipo. Sistema con doppia dominanza incompleta A W A a in questo caso però ricordiamoci che l allele A W è in rapporto di dominanza completa con a per cui possiamo avere 5 fenotipi differenti. A W = A = a in questo caso abbiamo codominanza tra tutti e tre alleli, e nessuno è in rapporto di dominanza completa, per cui in questo caso possiamo avere 6 fenotipi differenti. Sistema AB0 Si definisce antigene una molecola riconosciuta estranea, quindi NO SELF, dal nostro organismo, e che da luogo a reazioni del nostro sistema immunitario il quale produce anticorpi atti a distruggere l antigene. Gli anticorpi non sono altro che proteine libere nel plasma chiamate immunoglobuline (Ig), tra cui le più importanti sono IgM e IgG, le prime rappresentano una difesa abbastanza grossolana e poco specifica, e richiedono circa 30 giorni per prodursi, invece le G sono proteine monomeriche e neutralizzeranno il loro antigene in maniera estremamente specifica e sono richiesti circa 180 giorni per la loro produzione. In questo sistema il gene è localizzato sul cromosoma 9 q34 ed è formato da solo 3 alleli, il gene si chiama I ed è presente nelle tre forme alleliche I A I B I 0 ed esiste una relazione specifica tra i tre alleli A e B sono tra di loro codominanti, ed entrambi sono dominanti su 0, il prodotto del gene è una transferasi mentre l azione si manifesta fenotipicamente con la formazione di antigeni di membrana. Come faccio a riconoscere il fenotipo di un individuo? Grazie all azione degli anticorpi anti-a ed anti-b che agglutinano sangue con la presenza o meno degli antigeni A o B, quindi per esempio sangue di gruppo 0 non viene agglutinato, in questo modo possiamo

determinare l antigene presente sul globulo rosso, anche perché nei soggetti AB funzionerà sia l anti-a che l anti-b. Qual è l azione dell allele I A? sappiamo che espressione dell allele è una transferasi, in particolare parliamo di una acetil-galattosaminil-transferasi, la quale produce l attacco di una acetilgalattosammina ad un esaglicolipide producendo per l appunto l antigene A, il quale si andrà a posizionare all esterno della membrana plasmatica. Qual è l azione dell allele I B? in questo caso abbiamo la formazione di una galattosiltransferasi la quale lega una molecola di galattosio all esaglicolipide producendo l antigene B. L allele I 0 dà una transferasi inattiva, dunque l esaglicolipide resterà tal quale e si lo chiameremo sostanza H. Importante ricordare che geneticamente l individuo è predisposto a produrre entrambi i tipi di anticorpi però viene soppressa la produzione nel caso in cui l anticorpo attaccasse il SELF, cioè chi appartiene al gruppo A ha soppressa la produzione dell anticorpo anti-a.

Esiste anche un altro gene situato sul cromosoma 8 p12, il cui prodotto è caratterizzante per fare una distinzione tra individui sempre in ambito sanguineo. Il gene si chiama H ed esistono solo due alleli H e h tra i quali esiste un rapporto di dominanza completa, il prodotto di questo gene è ancora una transferasi, ed il prodotto fenotipico è la sostanza H!!! L allele H cosa fa? È responsabile della produzione di una fucosil-transferasi la quale attacca una molecola di fucosio al pentaglicolipide per la produzione della sostanza H, la quale a sua volta potrà essere usata come substrato delle transferasi derivanti dall allele I A e I B. Quando ci troviamo in condizioni di omozigosi recessiva, la transferasi è inattiva e quindi la sostanza H non si produce, tutto questo ha ripercussioni sul sistema sul sistema AB0 infatti non essendoci la sostanza H non si possono formare gli antigeni e se non sono presenti gli antigeni avremmo un fenotipo di tipo 0, in questo caso dunque ci troviamo di fronte ad un epistasi recessiva, in cui l azione di un gene recessivo impedisce la formazione del substrato a cui è rivolta l azione del gene seguente nella catena metabolica. SISTEMA Rh Questo sistema si basa su di un gene localizzato sul cromosoma 1 in p36-11 e fenotipicamente produce una proteina antigenica di membrana. In questo caso ci troviamo di fronte ad un sistema multigenico, formato da almeno 3/5 geni...la cosa importante è il gene D(il quale non è presente in più alleli), infatti la sua presenza o assenza definisce in maniera clinica un individuo Rh+ o Rh-. Se un individuo Rh- entra in contatto con sangue Rh+ il suo sistema immunitario produce anticorpi contro il fattore Rh, durante una gravidanza può sorgere un problema, infatti sappiamo che la placenta si sviluppa per tenere separate la circolazione materna da quella fetale, producendo anche un elevata quantità di immunosoppressori per impedire interazioni derivanti dall incompatibilità materno/fetale (la quale c è sempre perché madre e figlio hanno geni differenti), però la placenta può andare incontro a processi di invecchiamento precoce (dal 7 /8 mese in poi) il quale potrà permettere il passaggio di globuli rossi in uscita ed in entrata, se il feto è Rh+, la madre entrando a contatto produce anticorpi contro il fattore Rh, questi anticorpi non danneggeranno il feto, infatti il

bambino durante il tempo che si formano le IgM già sarà nato, ma la madre avrà sviluppato comunque anticorpi anti-rh i quali provocheranno danni nella seconda gravidanza andando ad interagire con il sangue del feto il quale deve essere Rh+, in questo caso parliamo di eritroblastosi fetale, perché gli anticorpi della madre promuovono una continua emolisi che viene compensata da feto con la messa in circolo di globuli rossi non maturi,appunto eritroblasti. Se il passaggio avviene grazie ad un invecchiamento della placenta, non si può intervenire, altrimenti se il passaggio di sangue avviene durante il parto (lacerazione della madre e cordone del feto) si può intervenire con somministrazione di anticorpi specifici 72h prima del parto in modo tale che i globuli Rh+ del feto vengono distrutti e la madre non produrrà immunità contro l antigene Rh. SISTEMA MN Il gene responsabile si trova sul cromosoma 16 ed è formato da due alleli codominanti L M e L N ed è un sistema che viene usato per lo studio della genetica delle popolazioni. Parliamo adesso di geni letali, per essere letale il gene deve presentarsi in omozigosi recessiva, questi gene causano la morte del feto in età intra-uterina, sono diverse le malattie di questo tipo. Nella distrofia muscolare di Duchenne l individuo riesce a nascere anche se le sue aspettative di vita si aggirano intorno ai 10 anni, in questo caso non parliamo di geni letali, perché non causano la morte in età intra-uterina, ma bensì parleremo di geni sub-letali Si definisce in genetica pleiotropia un gene che è in grado di influenzare aspetti multipli del fenotipo di un individuo, facciamo un esempio, il gene che codifica l enzima che produce il piruvato, bloccandolo bloccheremmo tutti i metabolismi possibili nell uomo, è come se fosse un epistasi multipla, cioè non in catena lineare ma in catena parallela. Facciamo un altro esempio per capire meglio, prendiamo in considerazione un soggetto albino, in quest individuo abbiamo la presenza di vari caratteri fenotipici chiari, questo deriva dall assenza di una molecola che viene utilizzata per produrre il colore, e la sua assenza influenza aspetti multipli del fenotipo dell individuo albino.

20.11.2012 GENETICA N 6 Quanti sono i geni espressi in una cellula eucariotica? I geni potenzialmente esprimibili in una cellula eucariotica sono circa 15mila, non tutti però vengono espressi, tra quelli espressi, sicuramente grande importanza è data ai geni omeotici, responsabili dello sviluppo dell embrione e quindi del differenziamento cellulare. Dove sono localizzati questi 15mila geni? All interno dei cromosomi, in homo sapiens ne ritroviamo 23 coppie di cromosomi, quindi 15mila X 2 = 30geni perché anche i geni sono presenti in coppie. Che relazione esiste tra i geni ed i cromosomi? Ogni cromosoma contiene un determinato numero di geni i quali se appartengono allo stesso cromosoma non possono segregarsi in maniera indipendente per trasmettersi alla progenie, anche se in genetica può avvenire un fenomeno che provoca una sorta di mescolamento di porzioni cromosomiche e che prende il nome di ricombinazione, la quale viene visualizzata sotto forma di chiasma o crossingover. Dall immagine vediamo come la ricombinazione porta la formazione di cromosomi ricombinanti con una combinazione diversa di geni rispetto ai cromosomi che hanno iniziato la meiosi, e ciò è dovuto ad uno scambio fisico di materiale omologo tra cromosomi omologhi. Dalla grafica notiamo che lo scambio è avvenuto tra due cromatidi non fratelli, ma nulla vieta che lo scambio avvengo tra cromatidi fratelli, sappiamo però che quest ultimi sono identici tra di loro, dunque questo scambio non porterà a nessuna

ricombinazione, cioè a nessun nuovo assetto genetico. Durante la profase meiotica si realizza almeno una ricombinazione per ogni braccio cromosomico, quindi per ogni coppia di cromosomi omologhi ce ne sono almeno due, e la regione del braccio coinvolta è casuale. Ogni braccio cromosomico si comporta in maniera indipendente rispetto l altro braccio, di conseguenza anche i geni dei due bracci si comporteranno in maniera indipendente, anche se i geni si trovano molto vicina tra loro questi non saranno mai geni associati perché c è bisogno che si trovino sullo stesso braccio, quindi in homo sapiens parlo di almeno 46 gruppi di geni associati. Come avviene la ricombinazione? Per il momento i meccanismi coinvolti non sono ancora del tutto chiari, noi prenderemo come riferimento il modello HOLIDAY, come funziona questo modello, come risultato finale abbiamo lo spostamento di una doppia elica da un cromosoma ad un altro. Inizialmente abbiamo l appaiamento dei cromosomi omologhi, dopo l appaiamento tra i due cromosomi si forma un NIK cioè un taglio del legame fosfodiestereo tra la sequenza delle basi, questo taglio avviene su un elica di ciascuna doppia elica, ed interessa eliche che hanno lo stesso orientamento ( es. 5 --- 3 ), a questo punto ogni elica rotta invade la doppia elica opposta ( ricordiamo che ciascuna doppia elica si è denaturata, cioè è avvenuta la rottura dei legami H tra le basi ) ed avviene un appaiamento di basi tra l elica importata e l elica fissa, però la sequenza di nucleotidi non è la stessa, cioè non è perfettamente complementare, per cui assisteremo alla formazione di appaiamenti impropri e questa struttura prende il nome di HETERODUPLEX oppure intermedio di HOLLIDAY, questa struttura viene tagliata da un endonucleasi secondo un piano orizzontale o verticale, e si possono produrre nuove doppie eliche ibride ( i ricombinanti si producono solo con taglio verticale). Nelle due doppie eliche sono presenti delle interruzioni dovute al taglio che vengono saldate enzimaticamente, ora resta da risolvere la questione degli appaiamenti impropri, a questo punto interviene una polimerasi a correggere gli errori di appaiamento, promuovendo sostituzione delle basi, le basi di quale filamento? Le basi dell elica ricevente e non dell elica entrante, e come la riconosce quest elica, grazie al riconoscimento del NIK, della zona dove è avvenuta il taglio iniziale che discrimina tra l due eliche.

Errori durante il processo di ricombinazione possono essere l appaiamento asimmetrico, un esempio è rappresentato dalla mutazione occhio Bar in Drosophila, dove appunto notiamo un crossing-over ineguale. Riprendiamo la ricombinazione dal punto di vista genetico e abbandoniamo i meccanismi. Avevamo detto che alla fine del processo ci ritrovavamo con 2 cromatidi parentali e 2 ricombinanti, con quale percentuale però? Questo dipende dalla percentuale di crossingover. Procediamo per gradi,sappiamo che due geni sono indipendenti se segregano indipendentemente uno dall altro, dunque se questi geni sono disposti su coppie di cromosomi diversi otterremo il 50% di parentali ed il 50% di ricombinanti. Se invece i nostri geni sono disposti su cromosomi omologhi e sullo stesso braccio sappiamo che può avvenire ricombinazione, cosa accade però se abbiamo il 100% di ricombinazione? In questo caso si vengono a formare il 50% di parentali e il 50% di

ricombinanti, dunque i geni si comportano in maniera indipendente e non possono essere definiti associati anche se si trovano su cromosomi omologhi, sullo stesso braccio, ed è avvenuto il 100% di ricombinazione!!! Quando allora i nostri geni possono considerarsi associati? Quando in seguito a ricombinazione la percentuale di ricombinanti che si forma e < del 50%, in questo caso i geni non si comporteranno come se segregassero in maniera indipendente. Facciamo un esempio pratico, nel grafico è riportato un evento di ricombinazione che si verifica solo nell 80% delle cellule, e vediamo come i parenterali risultanti sono 40+40+80+80=240 su 400, quindi il 60% mentre il restante 40% è rappresentato da ricombinanti, in questo caso possiamo affermare che i geni non sono indipendenti e quindi associati.

In modo particolare bisogna ricordare che esiste tra i nostri geni una distanza massima ed una minima che permette la ricombinazione, e questa distanza è direttamente proporzionale alla frequenza dei ricombinanti che si formano. Questo punto è molto importante perché si può riuscire a stabilire in che ordine sono i geni tra loro, ed è proprio grazie a questo che si è potuto costruire la mappa statistica del genoma umano, infatti definisco una misura UM (unità di mappa) che corrisponde alla percentuale dei ricombinanti, cioè se ho il 30% di ricombinanti i geni distano tra loro 30um. Vediamo adesso un caso limite, quando avviene il 99% di ricombinazione, dai dati che otteniamo vediamo che si formano 198 ricombinanti su 400, quindi il 49.5%, anche in questo caso i geni A e B sono associati, però potrebbe anche capitare un doppio crossingover, infatti abbiamo detto inizialmente che ne avviene ALMENO uno, ma ciò non esclude che ne possono avvenire due o più. Cosa succede in questi casi? Possiamo notare come dopo che è avvenuta la prima ricombinazione in cui si ha lo scambio tra B e b immaginiamo che un percentuale di cellule subisca un secondo evento di ricombinazione e B e b tornino ai loro posti, in questo caso dunque il numero di parenterali aumenterà a discapito dei ricombinanti, e questo dato ci può dare delle informazioni sbagliate su come si trovano distanziati i geni. Quindi la distanza di mappa tra due geni e basata sulla frequenza di ricombinazione tra questi geni, ma quando la distanza tra i geni aumenta, l incidenza di crossing-over multipli fa si che la frequenza di ricombinazione sia una sottostima della frequenza di crossing-over e quindi di distanza di mappa.

29.11.2012 GENETICA N 7 Pioniere degli studi sull associazione genica fu il sig. Morgan, il quale scelse la Drosophila come animale su cui attuare i suoi esperimenti, questo perché avevano un numero di cromosomi estremamente basso cioè 4coppie, erano facili da allevare e poi cosa molto importante il maschio di Drosophila durante la meiosi non fà crossing-over diminuendo così il numero di variabile durante gli incroci. Morgan prese due caratteri occhi ed ali, che si trovavano su cromosomi sessuali, e fece incrociare maschi omozigoti dominanti con occhi rossi ed ali grandi con femmine omozigoti recessivi con occhi bianchi ed ali piccole, nella F 1 si ritrovo con il 50% di femmine eterozigoti ed il 50% di maschi occhi bianchi ali piccole. Successivamente fece incrociare la F 1, in teoria se io incrocio soggetti eterozigoti per due caratteri (le femmine) con soggetti omozigoti recessivi (i maschi) dovrei ottenere quattro classi fenotipiche distribuite al 25%, di cui il 50% sono i parentali cioè AB e ab ed il 50% ricombinanti, nel suo esperimento però è vero che ottenne tutti e quattro i fenotipi ma non ottenne le percentuali attese, infatti i il 63% erano parentali ed il 37% ricombinanti, dunque affermo che questi due geni erano in linkage tra di loro e non si assortivano in maniera indipendente, e le nuove classi fenotipiche dipendevano dal fenomeno della ricombinazione.

La scorsa lezione accennammo al doppio crossing-over, grazie al quale aumentava la percentuale di parentali provocando errori nella mappatura dei geni. Se vediamo lo schema di una doppia ricombinazione e ci focalizziamo su i due estremi sembra che non sia cambiato nulla, invece è avvenuto uno spostamento fisico di materiale genetico nella porzione centrale. Soffermiamoci sullo scema in cui sono riportati 3 geni a b d in cui sono presenti sul cromosoma in eterozigosi, nel primo esempio avviene ricombinazione tra a e b, nel secondo tra b e d e nel terzo esempio vediamo come sia avvenuto un doppio crossing-over prima tra a e b e poi tra b e d che crea come risultato solo lo spostamento della porzione b. Quindi per non avere problemi nella determinazione della distanza tra due geni, è meglio introdurre un terzo gene, il quale ci fa distinguere i falsi parentali che si formano per doppia ricombinazione. Vediamo un esempio, prendiamo una femmina eterozigote per 3 caratteri ed un maschio che ricordiamo non fa crossing-over e possiede solo un cromosoma X, li incrociamo, e come se facessimo un test cross, ed analizziamo i risultati. Otteniamo 3000 individui e nello specifico il 53% di parentali ( per 3 caratteri i parentali dovrebbero essere il 25% ), questo numero elevato mi fa capire che questi 3 geni sono associati, il resto sono tutti ricombinanti, divisi in 3 classi α γ e β la classe in cui è avvenuta una doppia ricombinazione, però sappiamo che la probabilità combinata è il prodotto di ogni singola probabilità, quindi un doppio evento e meno probabile di un singolo evento ricombinativo

quindi il gene che sta al centro e che ha avuto doppia ricombinazione non è b ma w il quale presenta la frequenza fenotipica più bassa, quella del 3%. Per fare il calcolo delle frequenze cosa facciamo? (N individui di una classe fenotipica / N totale di individui) X 100 Quindi andando ad analizzare i nostri dati, visto che la frequenza più bassa rappresenta individui che subiscono una doppia ricombinazione possiamo introdurre il gene w al centro della nostra mappa, però il dato 3% non coincide con il prodotto di ogni singolo evento ricombinativo, cioè 16% X 28% = 4.4% come possiamo spiegare questa discrepanza? Quando avviene il fenomeno della ricombinazione, il quale si basa sullo scambio delle emieliche, avviene una destabilizzazione termodinamica delle zone adiacenti alla porzione che ricombina dovuta all apertura della doppia elica, questa destabilizzazione può essere negativa oppure positiva, cioè si destabilizza talmente tanto che alla fine si rompe e l elica non è più super-avvolta e si può favorire un secondo crossing over, a seconda dunque di come si comporta il DNA possiamo avere dei dati che non combaciano con le frequenze attese, quindi questi impedimenti di tipo meccanico termodinamico fanno variare la frequenza attesa da quella reale, e questo fenomeno si chiama INTERFERENZA DA CHIASMA, ed è uguale ad 1 C, dove C è il coefficiente di coincidenza, se io non avessi ostacoli nella seconda ricombinazione la mia C sarebbe 1 se invece fosse impedito il secondo crossing-overe la C sarebbe 0. Quando la C è maggiore di 1 l interferenza I risulta

negativa, ciò vuol dire che durante il processo si sono venute a creare delle condizione che anno favorito la doppia ricombinazione rispetto alla frequenza attesa. Nella maggior parete dei casi l interferenza è sempre positiva, ma se è stata impedita la doppia ricombinazione, vuol dire che le frequenze dei singoli ricombinanti sono aumentate e di conseguenza la misura in termini di distanza genica è sbagliata, in realtà i geni sono meno distanti tra loro e l interferenza può mettere in relazione le misure esatte tra i geni in termini di unità di mappa. Quindi abbiamo detto che l interferenza può impedire la ricombinazione, importante ricordare che la ricombinazione è favorita dalla distanza, dunque due geni vicini ricombinano con una frequenza minore, altro punto è la composizione del DNA, infatti sappiamo che si deve aprire la doppia elica, quindi zone ricche di CG influiscono sulla ricombinazione, infatti non dimentichiamoci mai i meccanismi coinvolti,l elica si deve denaturare ed aprire, quindi impedimenti di tipo meccanico sono implicati nella ricombinazione. L associazione genica ha un grande valore dal punto di vista patologico, per esempio un soggetto diabetico è predisposto ad avere il piede diabetico (piede gonfio, edema... ), questo perché i due sono associati, ma non tutti i soggetti diabetici hanno questo problema, infatti può avvenire ricombinazione! ( vedere Russel approccio analitico alla risluzione dei problemi di genetica- cap. del crossing-over )

Che cosa sono le famiglie di geni? Una famiglia genica è un gruppo di geni che mostrano una certa similarità di sequenza di DNA e derivano tutti da un gene ancestrale comune. Esempio sono le Zinc finger protein per il recettore degli androgeni, estrogeni, testosterone, THC ecc.. queste proteine derivano tutte dalla stessa famiglia genica. Questi geni però non sono localizzati sugli stessi cromosomi, quindi come è possibile che sia avvenuto un trasporto di DNA da un cromosoma ad un altro (non tra omologhi) senza perdita di materiale, altrimenti avremmo parlato di traslocazione? grazie alla trasposizione, grazie a questo fenomeno delle particolari sequenze chiamate trasposoni possono essere trasferite da un cromosoma ad un altro senza perdita di materiale genetico, esistono diversi meccanismi con cui avviene questo fenomeno, uno di questi sfrutta la trascrittasi inversa, la quale trasforma nuovamente l RNA in DNA, questo frammento ora sta fuori al cromosoma d origine e verrà intergrato in un nuovo cromosoma. A volte la trasposizione è sbagliata, cioè viene inserito in un cromosoma una sequenza incompleta di un gene, il quale non si potrà esprimere, portando alla formazione di PSEUDOGENI.

04.12.2012 GENETICA N 8 Con il termine CARIOTIPO indichiamo la costituzione genica di un individuo intesa come numero e tipologia di cromosomi durante la metafase. Quindi per osservare un cariotipo cellulare dobbiamo disporre di cellule che si stanno dividendo ed in cui i cromosomi non solo sono duplicati ma sono soprattutto visibili al microscopio. Per procedere nella nostra analisi la prima tappa consiste in un prelievo di sangue, successivamente pratichiamo un emocoltura in un terreno ricco di fitoemoagglutinina un fattore che stimola le mitosi, lasciamo il tutto incubare per 2/3 giorni in modo che aumenti il numero di globuli bianchi e poi agiamo con un veleno mitotico la colchicina che consente il blocco delle cellule in anafase, dopo centrifugazione e raccolta aggiungiamo una soluzione ipotonica che provoca l emolisi delle emazie, centrifughiamo e raccogliamo i linfociti, a queste cellule si addiziona una miscela di acido-alcol e si preleva un campione che sarà posto su un vetrino e trattato con un determinato colorente, ed infine avremmo l osservazione con il microscopio.

La prima cosa che poi facciamo è la conta dei cromosmi, e per essere sicuri che sono visibili tutti i cromosomi andiamo a contare più piastre metafasiche, in linea generale se ne prendono in considerazione almeno 10. Vediamo come i cromosomi ci appaiono con varie bande, queste tecniche di bandeggio ci permettono di distinguere i cromosomi in base alla loro struttura, cosa prevede questa struttura? Una costrizione primaria o centromero, la presenza di due bracci e la presenza di un eventuale costrizione secondaria che individua le regioni telomeriche, i cromosomi poi possono essere distinti in base a dove si trova la costrizione primaria, e abbiamo cromosomi telocentrici, metacentrici, acrocentrici e sub metacentrici, in più possiamo dividere i cromosomi anche in base alla loro lunghezza, corti, lunghi e medi. Con le tecniche di bandeggio possiamo distinguere in maniera ancora migliore i cromosomi, infatti cromosomi omologhi saranno caratterizzati dalla stessa distribuzione di bande. Grazie a queste tecniche possiamo distingue i cromosomi in varie categorie che vanno dalla A alla G oltre ai cromosomi sessuali, e vengono distribuiti in ordine di altezza, dai più grandi ai più piccoli. La femmina di homo sapiens è caratterizzata dall avere un cariotipo 46XX, mentre il mascio 46XY. Queste definizione però sono vere fino ad un certo punto ed ora capiremo il perchè. Osservando i due cariotipi mi rendo conto che la femmina possiede un

quantitativo genetico maggiore rispetto al maschio, questa disparità però scompare perchè avviene l inattivazione di una parte del cromosoma X nelle femmine, questa inattivazione porta alla formazione di eterocromatina la quale si addensa vicino alla membrana nucleare e prende il nome di corpo di BARR. Quali sono i sistemi di determinazione del sesso? In verità tutti gli individui della specie hanno la stessa potenzialità di sviluppare caratteri sessuali primari femminili o maschili (le gondai). Iniziamo con la determinazione di tipo ambientale, facciamo l esempio delle tartarughe che depongono le uova nella sabbia, ora tutti gli individui che stanno nella parte alta più calda saranno di un sesso, l opposto per gli altri individui, quelli che stavano nella parte bassa meno calda, dunque in questo caso la determinazione del sesso è temperatura dipendente, la quale temperatura sicuramente andrà ad interagire con le HSP. Il numero di soggetti che ha la determinazione del sesso di tipo fenotipico ambientale è molto inferiore rispetto a quelli la cui determinazione è genotipica. Ne abbiamo vari tipi, la presenza dei cromosomi Z e W caratteristici di alcune classi di vertebrati ed invertebrati. La presenza del cromosoma Y, infatti su questo cromosoma è presente il gene sry ( sex determining region Y )che si trova nel braccio corto vicino ad una regione chiamata PAR, questo gene elabora la proteina TDF (fattore di determinazione del testicolo) responsabile della formazione delle gonadi maschili. Come è avvenuta questa scoperta? Semplicemente si è fecondato un ovocita di topo con una cellula che aveva il cromosoma X ma al cui interno è stato introdotto il gene sry, naquero tutti topini maschi con genotipo XX (cariotipo femminile), fecero anche un secondo esperimento, spermatozoi in coltura XY di topi knockout per il gene syr, da questi topi nascevano solo femmine, anche se il cariotipo era XY. Sul braccio corto del cromosoma X c è un altro gene che si chiama tfm, questo gene induce la produzione del recettore del testosterone, se questo gene non funziona abbiamo l assenza dei caratteri secondari maschili. A questo punto vediamo l affinità tra il cromosoma X e Y, la grandezza è totalmente diversa, però si appaiano durante la meiosi e fanno anche ricombinazione, questo perchè hanno una serie di geni in comune, queste regioni comprese il telomero si chiamano regioni PAR (regione pseudo autosomica), e rasppresentano le regione implicate nella ricombinazione perchè sono presenti geni sia che appartengono a X sia ad Y, se per caso

avvenisse un crossing over ineguale in cui il gene sry passa sul cromosoma X si potrebbero avere soggetti maschi ma con genotipo XX. L ultimia modalità di determinazione del sesso è quella che dipende dal carico genetico dal punto di vista quantitativo, si ritorna alla nostra drosophila, in questo caso ritroviamo un paio di cromosomi sessuali e tre paia di autosomi, in questo caso il sesso omogametico (XX) è quello femminile, quello eterogametico (XY) è maschile. Ma il sesso non è determinato dalla presenza o dall assenza del cromosoma Y, bensì dal rapporto del numero di cromosmi X ed il numero di assetti autosomici A. Dato che la drosophila è diploide ci sono due assetti di autosomi, cioè 2A, in una femmina ci sono 2X quindi il rapporto è 1, nel maschio invece il rapporto è 0,5, quindi se il rapporto è 1 l individuo è femmina, se il rapporto è 0,5 sarà maschio. Ricorda che tutti i geni che regolano l andamento dello sviluppo sono fortemente conservati, cioè non sono cambiati nel corso dell evoluzione e sono simili anche in specie diverse!

. 07.12.2012 GENETICA N 9 Sappiamo che per homo sapiens il suo assetto autosomico è formato da 22 coppie di cromosomi omologhi, identici tra loro, e da una coppia di cromosomi sessuali. La trasmissione di un gene su un autosoma è indipendente dal sesso dei genitori e dal sesso degli individui, e la manifestazione del gene localizzato su di un autosoma dipende dalla combinazione genica che si ha per quel gene sulla coppia di autosomi. In natura esistono caratteri autosomici dominanti e caratteri autosomici recessivi, come si trasmettono questi caratteri? Per quanto riguarda la trasmissione di un carattere autosomico dominante, essa è indipendente dal sesso degli individui, e si manifesta in genere in tutte le generazioni di una famiglia quando il carattere è presente. Se prendiamo in considerazione i caratteri autosomici recessivi anch essi sono indipendenti dal sesso dell individuo, ma si manifestano soltanto in omozigosi, si può avere nella famiglia la presenza di individui portatori sani, che possono trasmettere nuova generazione una determinata patologia silente, ed infine in linea generale si manifesta con un salto di generazione in una famiglia dove il carattere è presente. Più complessa è la situazione per quanto riguarda la trasmissione di geni presenti su cromosomi sessuali. Sappiamo che tra i due cromosomi X e Y, è presente in egual modo solo una piccola quantità di geni localizzati nelle regioni PAR, questo fa si che in individui maschi alcuni geni presenti sul cromosoma X siano presenti solo in singola copia, e questi geni si manifesteranno anche se sono recessivi. Se ho uno zigote XY tutti e due cromosomi verranno espressi, cosa diversa avviene per lo zigote XX, infatti si ha una parziale inattivazione del cromosoma X per pareggiare il carico genetico, con la formazione del corpo di barr che si rende visibile sulla membrana nucleare. Ora quale cromosoma X si inattiva? Il fenomeno è casuale e per questo la femmina viene considerata un mosaico dal punto di vista dell espressione del cromosoma sessuale. Nella linea germinale femminile però c è la riattivazione del cromosoma X altrimenti sarebbe impossibile promuovere la meiosi, mentre per le cellula della linea somatica si attiva solamente durante la mitosi. Sul cromosoma X è presente una regione chiamata Xic che rappresenta il centro di inattivazione del cromosoma, se su cellule di topo in coltura, di tipo XY introduco la

regione Xic, quest ultima si andrà a posizionare su di un autosoma, ed il maschio presenterà il corpo di barr, derivante dall inattivazione o dell autosoma o del cromosoma X. il centro di inattivazione è presente sul braccio lungo in posizione q12-q13, questa regione elabora un RNA m di 15mila basi che si chiama Xist, la cosa interessante per questo gene è che esistono due promotori, uno a valle e uno a monte, se viene tradotta l elica antisenso si formeranno degli RNA chiamati interferenti tsix, antiparalleli e complementari agli RNA senso normali e che ne impediscono la traduzione, ora chi riesce a produrre prima l anti RNA inattiva l altro comosoma X. Sul cromosoma X è presente un altro gene chiamato report gene, ne esistono diverse versioni, diverse forme alleliche che hanno un diverso prodotto enzimatico (funzionano però sullo stesso substrato), se ho due versioni alleliche su due cromosomi X ritroverò nel citoplasma solamente il prodotto di un allele perché uno dei due X si inattiva, e si inattiva il cromosoma che non riesce a fare per primo l anti RNA, infatti l altro cromosoma produrrà una grande quantità di antitrascritto che andrà a coprire l altro cromosoma, il fenomeno viene chiamato cromosm painting e come conseguenza abbiamo l inattivazione di una X, quindi l inattivazione è casuale, dipende chi prima produce l anti RNA. La trasmissione dei caratteri presenti sui cromosomi sessuali e diversa rispetto alla trasmissione in autosomi, infatti è dipendente dal sesso. Vediamo l esperimento di Morgan, egli prese linee pure di drosophila, il gene del colore degli occhi è dominante per quanto riguarda occhi rossi e recessivo per gli occhi bianchi. Prese tutte femmine ad occhi rossi le fece incrociare con maschi recessivi ad occhi bianchi e come risultato ebbe il 100% di individui ad occhi rossi, come ci aspettavamo.

Cosa successe nella F 2, facendo incrociare due individui eterozigoti mi aspetto che il 75% degli individui sia dominante, ed il restante recessivo, ed infatti così fu, però c era una particolarità, gli individui ad occhi bianchi erano solo maschi. A questo punto fece nuovamente l esperimento partendo però da femmine omozigoti recessive, dunque occhi bianchi e maschi occhi rossi, ma come risultato non ottenne il 100% di fenotipo dominante, il 50% degli individui, e solo maschi presenta Il fenotipo recessivo e le restanti femmine quello dominante. Nella F 2 visto che partiamo da femmine eterozigoti e maschi emizigoti recessivi ritroviamo un equa distribuzione del fenotipo tra entrambi i sessi!!!

Con questo esperimento di vede come i caratteri presenti sui cromosomi sessuali dipendono anche dal sesso della progenie, a differenza dei geni presenti sugli autosomi. All inizio del corso dicemmo che un carattere recessivo si manifestava solo in condizioni di omozigosi, ciò vale per tutti i cromosomi tranne che per quelli sessuali, infatti nel maschio dove è presente solo una X anche gli alleli recessivi si manifestano fenotipicamente, perché c è la condizione di emizigosi!!! I caratteri sul cromosoma X possono essere sia dominanti che recessivi, vediamo le modalità di trasmissione: per quanto riguarda il carattere Xlinked dominante è più probabile che le femmine mostrino questo carattere, proprio perché hanno il doppio X, la femmina eterozigote mostrerà il carattere e lo trasmetterà indipendentemente dal sesso al 50% della progenie, invece il maschio che manifesta il carattere lo trasmetterà a tutte le figlie femmine proprio perché è l unica X che può trasmettere. Vediamo l eredità Xlinked recessiva, questa è più frequente nei maschi che nelle femmine, perché per manifestarsi nelle femmine si deve trovare in condizione di omozigosi recessiva, i figli maschi di femmine portatrici manifestano nel 50% il fenotipo recessivo, e tutti i figli maschi di femmine che mostrano il carattere lo mostrano anche loro. Vediamo adesso qualche esempio di albero genealogico: in questo caso cosa notiamo? Vediamo che il carattere è presente in tutte le generazioni, quindi probabilmente sarà un carattere dominante, ma autosomico o Xlinked, se vediamo attentamente nella IV generazione possiamo notare che gli individui malati sono solo

femmine, e nessun maschio e malato, visto che l eredità autosomica è indipendente dal sesso la possiamo scartare, la prova finale che si tratta di un gene Xlinked dominante a determinare la manifestazione della malattia è che tutte le figlie femmine di un maschio malato sono anch esse malate! Vediamo un altro esempio, analizzando questo albero cosa potrò dire? Vedo che il carattere si manifesta in tutte e due le generazione indipendentemente dal sesso, e faccio l ipotesi autosomico dominante, ciò è possibile se il maschio della 1 generazione è eterozigote, ugualmente però il carattere potrebbe essere anche autosomico recessivo, infatti anche se è assente il salto generazionale se la femmine fosse eterozigote e il maschio omozigote recessivo potremmo avere il quadro sottostante nella 2 generazione. Questo carattere potrebbe essere Xlinked dominate? La risposta è no perchè come risultato tutte le figlie femmine sarebbero state malate, ed Xlinked recessivo? In questo caso la risposta è si perchè la femmina potrebbe essere eterozigote e quindi portatrice di conseguenza i figli possono manifestare il carattere o non indipendentemente dal sesso. Altro albero, in quest incrocio la prole rappresentata solo da femmine, in questo caso come nel caso precedente il carattere può essere autosomico dominante, nel caso in cui il maschio sia eterozigote, ed anche autosomico recessivo ed in questo caso è la femmina che deve essere eterozigote, scartiamo la Xlinked dominante perché altrimenti tutte e quattro le figlie femmine avrebbero manifestato il carattere, ma potrebbe essere Xlinked recessivo, ed in questo caso la femmina della 1 generazione sarà eterozigote.

Nel prossimo albero vediamo come il carattere potrebbe essere autosomico dominante, in questo caso la femmina è eterozigote, potrebbe essere autosomico recessivo con maschio eterozigote nella 1 generazione (il fatto che solo i figli maschi siano malati è puramente casuale) potrebbe anche essere Xlinked dominante con la femmina della 1 generazione eterozigote, però non può essere Xlinked recessivo, perché in questo caso la femmina dovrebbe essere in omozigosi per presentare il carattere e sappiamo che questo carattere si dovrebbe presentare in tutti i figli maschi perché si troverebbero in condizioni di emizigosi, ma ciò non avviene perché nell ultimo figlio il carattere non si presenta!

10.12.2012 GENETICA N 10 CONSULENZA GENETICA ALBERO GENEALOGICO Lo studio del DNA è molto importante: infatti basti pensare che si possono individuare patologie genetiche, e quindi si possono fare sia diagnosi in condizioni prenatali che postnatali. Questo, però, non significa che una volta che abbiamo conosciuto i geni e le loro complicazioni, sappiamo le modalità di trasmissione: si possono sapere le caratteristiche chimiche ma non sempre si conoscono le modalità di trasmissione. Ma soprattutto una volta determinata una patologia genetica, possiamo solo limitarla, ma non possiamo eliminarla, perché dovremmo intervenire sul DNA e ciò non si può fare. Bisogna indagare su quali sono le modalità di trasmissione. Lo studio di patologie genetiche non è certo semplice, infatti ci sono molte patologie che non sono state ancora ascritte a determinati geni, soprattutto perché molto spesso capita che più geni siano coinvolti nella manifestazione di una patologia. Quindi ci sono patologie che richiedono l intervento di tutta una serie di geni: ad esempio la DHD (sindrome di iperattività e deficit di attenzione), che è una patologia che colpisce i bambini e sembra una patologie lieve, ma in realtà non lo è; per questa patologia c è l intervento di almeno 25 geni (per esempio sono stati descritti problemi a carico della trasmissione dopaminergica). Ma quando non si conoscono le modalità di trasmissione, qual è l oggetto principale dello studio dei caratteri (specialmente per quanto riguarda il comportamento, la loro ereditarietà)? Sono i gemelli monozigoti: questo perché c è un grado di correlazione che è intorno al 78-79%: questo aiuta a comprendere che quella patologia è ereditaria. Quindi la comprensione sull ereditarietà di un carattere c è data proprio dal fatto che nella consanguineità c è meno correlazione tra fratelli e molta correlazione tra gemelli monozigoti. Questo perché i gemelli monozigoti hanno lo stesso patrimonio genetico, mentre ciò non è detto per i fratelli (visto il riarrangiamento dei cromosomi).

In questo contesto gioca un ruolo fondamentale la consulenza genetica, che costituisce un processo informativo, quindi non si fanno analisi o prelievi di sangue. Attraverso i pazienti affetti da determinate patologie o i loro familiari, riceviamo informazioni relative alla patologia stessa e alla sua modalità di trasmissione, comprese le opzioni riproduttive: cioè che possibilità ci sono di trasmettere quella patologia? In realtà fare consulenza genetica è l omni-comprensivo dello studio della genetica, perché il consulente conosce quella patologia dal punto di vista molecolare, dal punto di vista clinico e può sapere come si può trasmettere e quali sono le possibilità. Ci sono diverse fasi/tappe che costituiscono la consulenza genetica: 1. Raccolta delle informazioni (ricostruzione dell albero genealogico, visite specialistiche ed esami di laboratorio); 2. Calcolo del rischio genetico; 3. Comunicazione dei risultati. La fase della comunicazione dei risultati non è assolutamente da sottovalutare: rappresenta la fase più delicata, perché comunicare ad un soggetto, o ad una coppia, i rischi che si corrono nel fare un bambino non è piacevole. Infatti in genere nel consultorio c è anche lo psicologo, per fornire supporto psicologico: c è bisogno di dire le cose in maniera diretta, precisa, chiara ma soprattutto con una certa delicatezza ed empatia con le persone che si hanno davanti. A volte può essere eticamente pesante comunicare certi risultati. Ma cosa significa costruire un albero genealogico? Sembra semplice, ma in realtà non lo è, perché bisogna fare una serie di interviste. La ricostruzione è migliore quante più informazioni si hanno su più componenti della famiglia in questione: è necessario raccogliere informazioni su più generazioni, piuttosto che solo del soggetto/paziente che è sotto inchiesta genetica. Da sottolineare che prima non era tanto facile ottenere esatte informazioni sulle generazioni passate, a causa del possibilità di figli illegittimi. Oggi invece con la legge italiane non esiste più erede legittimo o meno: queste cose si capivano risalendo al periodo storico della famiglia in questione. Analizziamo la simbologia convenzionale per costruire un albero genealogico: rombo (soggetto di sesso sconosciuto), cerchio (femmina), quadrato (maschio). Questi simboli possono essere vuoti o pienamente colorati: nel primo caso si rappresenta un soggetto sano

e nel secondo un soggetto malato. Oppure si può mettere un simbolo con un numero, ed indicherà così il numero di individui di quel determinato sesso. Si disegnano gli incroci, e quando si trova un punto interrogativo vorrà significare genitore sconosciuto (sconosciuto non vuol dire che non c è stato, ma che non si hanno informazioni a riguardo). Quando invece vediamo che il simbolo è sbarrato vorrà indicare soggetto deceduto. Quindi a titolo di esempio abbiamo visto l albero genealogico (quello più conosciuto di tutti) della famiglia inglese della regina Vittoria (carrier dell emofilia). Si è così studiato le modalità di trasmissione dell emofilia: i soggetti colorati in azzurro sono tutti soggetti emofilici, compreso quello della famiglia imperiale russa. Sono tutti soggetti imparentati e fare incroci inbred (ovvero incroci tra parenti, impropriamente detti linee pure), vuol dire far aumentare la frequenza di certe patologie. Abbiamo poi visto un esempio di albero genealogico ricostruito completamente, che riporta l esempio di trasmissione Autosomico Dominante (si vede facilmente dal fatto che non ci sono carrier, che in un albero genealogico ricostruito completamente sono segnalati con un puntino).

Abbiamo visto un altro esempio di albero genealogico, in cui si vede un soggetto maschio che ha il collegamento (incrocio) con due diverse famiglie: lo stesso maschio che si è sposato due volte. Questo albero riporta la trasmissione dell Albinismo, patologia fenotipica recessiva (Autosomica recessiva): Vediamo ancora qualche esempio: trasmissione del Daltonismo. Abbiamo così visto un albero genealogico che parte da una coppia: Daltonico e Carrier. Si tratta di una patologia sul Cromosoma sessuale X recessivo (carattere X-linked recessivo). In tal caso quando un individuo maschio presenta il gene malato sul cromosoma X, manifesterà quel carattere, mentre la femmina sarà un carrier, dal momento che eredita la X con gene malato dal padre affetto da Daltonismo. Ma, da questo esempio, che probabilità ci sono che il soggetto IV-1 possa manifestare il carattere? E del 25%, perché devo mettere insieme due probabilità: la prima è che eredita il cromosoma X malato dalla mamma (probabilità di 1/2), e la seconda è che sia maschio (probabilità di 1/2). Quindi la probabilità di ereditare Daltonismo è ½ per ½ = 1/4 (25%). Invece la probabilità che il soggetto 1 della generazione V possa essere Daltonico è del 12,5%: infatti il soggetto proviene da una mamma che ha il 50% che sia portatrice, poi si ha il 50% che possa fare un maschio e poi si ha ancora un 50% che possa fornire il cromosoma X con l allele malato (in totale quindi la probabilità è ½* ½ * ½ = 1/8). I risultati e, quindi, le diagnosi sono diverse a seconda delle generazioni. Quindi nell esempio che stiamo facendo, o consideriamo la generazione IV o la generazione V, non abbiamo la stessa probabilità (nella prima è del 25%, mentre nella seconda è del

12,5%). Ed, infatti, probabilmente andando avanti con le generazioni, dovrebbe diminuire la probabilità di dare figlio daltonico. Da sottolineare che quando si considera una patologia sul cromosoma X recessivo, un soggetto maschio malato fornisce il suo cromosoma X a tutte le sue figlie femmine, che pertanto saranno tutte carrier! Nota che se su un albero genealogico vediamo delle frecce, vuol dire: che tipo di figli si possono avere? Cioè queste frecce costituiscono delle proiezioni che vengono fatte dal consulente. Ora vediamo un esempio di carattere soglia, in particolare su sindrome da X-fragile (non è una patologia invasiva, cioè letale, ma dà demenza: colpisce il maschio perché determina la perdita di parte della X, e nel maschio c è una sola X rispetto alla femmina). Questa sindrome prevede maschi che possono essere portatori del carattere (carrier) e maschi che, invece, lo manifestano. Ma come è possibile che per il maschio, che ha una sola X, si possano presentare due diverse situazioni per questo cromosoma sessuale? Perché stiamo parlando di un carattere soglia : ciò significa che il carattere non si manifesta fino ad un certo valore soglia, ma da un certo punto in poi sì. In genere questo succede quando si presentano le cosiddette espansioni di triplette o espansioni geniche. Infatti normalmente c è del DNA ripetuto, ma in condizioni patologiche (come nel caso dell Xfragile) questo DNA ripetuto si ripete ancora di più, ovvero aumenta il numero di ripetizioni e ciò rende la X fragile. Però fino a un certo numero di amplificati non succede niente, quando poi ci sono amplificazioni di numero da un certo punto in poi, allora si verifica la manifestazione fenotipica. A questo punto un soggetto che porta un certo numero di ripetizioni al di sopra del normale, seppur al di sotto del valore soglia, è comunque un portatore: infatti bastano altre copie di ripetizioni affinché si possa manifestare la malattia. Chiaramente una femmina portatrice della X-fragile non ha problemi dal punto di vista della manifestazione fenotipica, perché c è inattivazione del cromosoma X parziale. Il problema diventa, invece, più grave nel maschio, perché una volta ereditato il cromosoma a X-fragile (quindi il cromosoma ridotto), manifesta tutte le caratteristiche dovute alla mancanza di quella serie di geni (che sarebbero posizionati in quel tratto di X che si è perso).

Questa sindrome comporta demenza a causa della mancanza di un pezzo di X deputato alla produzione di proteine sinaptiche: le sinaptobrevine sono proteine presenti nelle sinapsi (punti di congiunzione tra i diversi neuroni) e possono dividersi in proteine presinaptiche e post-sinaptiche: difetti di queste proteine comportano una neurotrasmissione non corretta (ciò può essere causa di demenza). Ecco un altro esempio di albero genealogico: Il soggetto I-2 manifesta il carattere, mentre nella generazione II il carattere è distribuito al 50%. Quindi la prima cosa che ci viene da pensare è che sia carattere Autosomico. Inoltre vedendo che si manifesta in tutte le generazioni possiamo dire che è autosomico dominante. Ma è corretto? In realtà è autosomico recessivo: allora cosa è successo in quella famiglia? Viene da pensare che il soggetto I-1 sia eterozigote carrier. Allora il soggetto II-1 ha probabilità di avere figli che manifestano la malattia del soggetto I-2? Il soggetto II-1 è carrier, quindi per avere questa possibilità è sufficiente che si incroci con un altro carrier (e quindi in questo caso con una possibilità del 25% di avere un omozigote recessivo). Stiamo così facendo consulenza genetica, ovvero proiezioni su quella che è la possibilità procreativa dei soggetti. Facciamo un po di esercizi. Esercizio 1 I baccelli delle piante di Mendel con fiore terminale (piuttosto che assiale) erano pieni e verdi, essendo questi caratteri ad un gene dominante in ognuno dei 3 loci ad assortimenti

indipendenti. I genotipi recessivi (tt, pp e vv) producono piante con fiore assiale, con baccelli irregolari e gialli. Per avere la F1 (prima generazione filiale), dal punto di vista genotipico, come incrocio gli individui? Se una varietà pura, con baccelli irregolari e gialli, viene incrociata con una varietà con fiore assiale e con baccelli pieni e verdi, ottengo il 100% dei soggetti F1 che sono eterozigoti e manifestano i 3 caratteri dominanti. Invece per la F2 (seconda generazione filiale), tenendo conto che sono 3 i caratteri in questione, avrò un rapporto 27:9:9:9:3:3:3:1. In particolare avremo 27 eterozigoti dominanti (fenotipi dominanti), 9 portano un solo carattere recessivo, altri 9 ne portano il secondo recessivo e altri 9 portano il terzo recessivo (avrò alternativamente recessivi per un carattere); poi 3 portano il primo carattere dominante, altri 3 portano il secondo dominante e altri 3 portano il terzo dominante. Infine uno solo porta tutti e 3 recessivi. Esercizio 2 Nei topi il colore a chiazze del pelo è dovuto al gene recessivo s e il colore pieno è dovuto all allele dominante S. I topi con pelo colorato possiedono un allele dominante C, mentre gli albini sono omozigoti recessivi cc. Il colore nero è prodotto da allele dominante B e il colore marrone dall allele recessivo b. Il genotipo recessivo cc è epistatico per entrambi i loci B e S. Quale rapporto fenotipico è atteso nella progenie di genitori triibridi? Triibrido vuol dire: Ss, Cc e Bb. Da considerare che se troviamo cc, i loci B e S possono essere come vogliono loro (cioè o b/b e s/s, cioè o eterozigoti o omozigoti) ma il soggetto è comunque albino. Quindi abbiamo 27 soggetti con tutti e 3 caratteri dominanti (e possono essere omozigoti o eterozigoti per quel carattere: quindi sono S?, C? e B?; ovvero il secondo allele o è un carattere recessivo o è dominante, ma non ci interessa perché ho sempre fenotipo dominante, perciò al secondo allele mettiamo il punto interrogativo); 9:9:9 hanno alternativamente un carattere recessivo; 3:3:3 hanno un carattere dominante; 1 ha tutti e tre caratteri recessivi. Quindi dovremmo trovarci un rapporto fenotipico 27:9:9:9:3:3:3:1. Ma il carattere cc è epistatico rispetto a B e S: insomma otteniamo che della classe a frequenza 9, 9 di loro hanno il carattere recessivo cc; della classe a frequenza 3 abbiamo 3:3 (e quindi 6) che hanno il carattere recessivo cc e poi 1 che ha tutti e 3 caratteri recessivi (s, b e c). In totale abbiamo 16 albini: il rapporto finale è 27:9:9:3:16.

Riepilogando: la classe a frequenza 9 ha 1 gene in condizioni di recessività; la classe a frequenza 3 ha un gene dominante, quindi l unica possibilità di avere animale colorato è quando ci sta C: quando invece c è recessivo (cc) è albino, e in questo caso ne sono 6; la classe a frequenza 1 ha tutti e 3 caratteri recessivi. In totale 9 + 6 + 1 = 16. Esercizio 3 Affinché un qualsiasi colore si sviluppi nello strato aleuronico dei chicchi di granturco devono essere presenti alleli dominanti in due loci, più la condizione recessiva in un terzo locus (A? R? - ii). Quindi, oltre al terzo locus omozigote recessivo, per avere colore negli altri 2 locus ci devono essere alleli dominanti, o che siano in omozigosi o in eterozigosi. Qualunque altro genotipo produce aleurone incolore. Quale rapporto fenotipico di piante con aleurone incolore sarebbe atteso nella progenie risultante da incroci fra piante con genotipo AaRrIi? Quindi i dati sono: abbiamo 3 geni, di cui uno in condizioni di omozigosi recessiva e contemporaneamente gli altri due devono essere in condizioni dominanti. Quindi gli unici che hanno questa condizione genetica sono soltanto quelli a frequenza 9 che hanno A? R? ii, e sono soltanto 9! Perché è vero che anche altre classi hanno la ii, ma hanno o la a o la r (cioè hanno anche un altro carattere recessivo), e così non viene soddisfatta la condizione per avere colore. Quindi il rapporto è 55:9 dove 55 sono quelli incolore, mentre 9 sono quelli con colore. Esercizio 4 Nel granturco sono state identificate, sul cromosoma 3, le seguenti coppie alleliche (3 condizioni fenotipiche): +/b colore della pianta (con il carattere + si intende il carattere selvatico, ovvero quello maggiormente presente in natura); +/lg foglie con o senza appendici; +/v pianta verde invece che virescente. Un reincrocio (che significa incrocio fatto con omozigosi recessiva per i 3 caratteri presi in considerazione nel nostro esempio, indipendentemente se fa parte o no della generazione) tra tripli omozigoti recessivi e triibridi diede una progenie con i seguenti fenotipi:

+ v lg 305 (hanno pianta colorata, foglie senza appendici e sono virescenti) b + + 275 (sono il reciproco della classe precedente: pianta senza colore, foglie con appendici e sono verdi); 128 b + lg 112 + v + 74 + + lg 66 b v + 22 + + + 18 b v lg Determinare la sequenza dei 3 geni sul cromosoma 3, le distanze di mappa tra i 3 geni e calcolare il coefficiente di coincidenza e l interferenza. Cosa vuole sapere l esercizio? Bisogna sapere la sequenza dei 3 geni. Innanzitutto i parentali sono le prime due classi (305 e 275): sono le classi fenotipicamente più abbondanti. Bisogna osservare, però, che un incrocio triibrido con un omozigote recessivo ci deve dare 8 classi fenotipiche che hanno la stessa e identica frequenza, se i geni sono indipendenti, e tutte a frequenza 1/8. Ma dalla tabella precedente osservo che le 8 classi non sono tutte a frequenza 1/8, quindi la prima cosa che possiamo dire è che i geni (le 3 coppie alleliche) non sono indipendenti ma associati, perché altrimenti avremmo osservato pari frequenza di tutte le classi fenotipiche, e ciò non avviene. Allora, visto che sono associati, ricordando una delle caratteristiche dell associazione, la frequenza dei parentali è la più elevata! Quindi siccome le classi a maggiore frequenza sono 305 e 275, queste sono le classi parentali. Pertanto non è proprio giusto dire che stiamo facendo un reincrocio tra omozigote recessivo e un triibrido: non è vero che abbiamo messo da un lato tutti i triibridi e dall altro tutti i recessivi. I fenotipi che abbiamo dato e che abbiamo fatto incrociare sono

misti! In realtà ho da una parte un soggetto che è eterozigote per il gene b mentre è omozigote recessivo per i geni v e lg; l altro soggetto che abbiamo fatto incrociare, invece, è omozigote recessivo per b ed eterozigote per gli altri due caratteri. Comunque stiamo parlando di test-cross. Le due classi parentali (305 + v lg e 275 b + +) differiscono per il fatto che il primo presenta un dominante e due recessivi e la seconda presenta un recessivo e due dominanti, ovvero quello che al primo è dominante al secondo è recessivo, e quello che al primo è recessivo al secondo è dominante. La caratteristica dei parentali è che sono tali e quali ai genitori, e ciò significa che un genitore era + v lg e l altro era b + +. Pertanto la dizione un reincrocio tra tripli omozigoti recessivi e triibridi è sbagliata. Piuttosto noi abbiamo fatto incrociare un eterozigote per il primo carattere ed omozigote per gli altri 2 caratteri con un omozigote recessivo per il primo carattere ed eterozigote per gli altri 2 caratteri. Quindi l incrocio che abbiamo fatto è: +/b, vv e lglg con bb, +/v e +/lg. A questo punto sappiamo che la condizione di posizione dell uno rispetto all altro ci è data da quello che sta al centro, perché quello che sta al centro, se si muove, si muove a causa di una doppia ricombinazione, che ha una frequenza più bassa. Nel nostro esempio quelli che hanno la frequenza più bassa sono 18 (b v lg) e 22 (+ + +); e rispetto ai parentali cambiano entrambi per il gene b. Quindi b sta al centro, in mezzo tra lg e v! Per questo è molto importante capire quali sono i parentali, altrimenti non riuscirei a capire quali sono i doppi ricombinanti. Nota che se avessi ascoltato ciecamente la dizione del testo ( un reincrocio tra omozigote e triibrido ) associavo direttamente le classi parentali a frequenza 22 e 18: grandissimo errore! Quindi la frequenza dei 3 geni sul cromosoma, in qualsiasi direzione sia (centromero-telomero, o telomero-centromero), è sicuramente b al centro, v da una parte e lg dall altra. Adesso però bisogna calcolare le distanze di mappa. Come si calcola? Io ho una classe a una singola ricombinazione di frequenza di 128 e una di 112 (128+112=240); mentre in un altro caso ho 74 e 66 (74+66=140), anch essi a singola ricombinazione. Il totale di tutti i soggetti è 1000 (=305+278+128+112+74+66+22+18), di cui 580 sono i parentali (=305+275) mentre 40 (22+18) sono i doppi ricombinanti. Abbiamo così 240 (=128+112)

soggetti che sono ricombinanti tra b e v, e 140 (=74+66) che sono ricombinanti tra b e lg. Dobbiamo calcolare le distanze reciproche. Quante volte hanno ricombinato b e v? Nei 240 e nei 40 (nei 40 però sono avvenute due volte le ricombinazioni!): 240+40=280, quindi 280/1000=0.28 (dove 1000 è il numero totale di soggetti), ovvero il 28%. Mentre tra b e lg, quelli che ricombinano sono 66 + 74 + 40 = 180, quindi 180/1000=0.18, ovvero il 18%. Quindi uno sta al 28% di distanza di frequenza da b, e l altro sta a 18%. Abbiamo trovato le distanza tra geni: 18 e 28. Vediamo se ci sta l interferenza. Che frequenza hanno i doppi ricombinanti? 40/1000=0.04, ovvero 4% di doppia ricombinazione. Il coefficiente di coincidenza è il rapporto tra la frequenza osservata di doppia ricombinazione (4%) e la frequenza attesa di doppia ricombinazione (28% per 18% (prodotto delle singole ricombinazioni), ovvero 0.28*0.18=0.0504, ovvero 5,04%). Da queste cifre possiamo osservare che sperimentalmente si trovano meno crossing-over di quelli attesi: il coefficiente di coincidenza è 4/5.04=0.79, e quindi l interferenza (il coefficiente di interferenza è pari a 1 coefficiente di coincidenza) è 0.21. Possiamo dire così che c è il 21% di interferenza, ovvero il 21% dei casi il doppio crossing-over non si è realizzato. Insomma la tecnica è: 1. Individuare le classi parentali (attribuirne subito i fenotipi); 2. Identificare la classe dei doppi ricombinanti (quelli a più bassa frequenza); 3. Si stabilisce l ordine dei geni, vedendo le frequenze reciproche delle varie classi, compresa quella dei doppi ricombinanti; 4. Calcolo del coefficiente di coincidenza; 5. Calcolo dell interferenza. Esercizio 5 In Drosophila, l allele b conferisce corpo nero (che normalmente invece dovrebbe essere marrone: +b è marrone, ++ è marrone, bb è nero), l allele wx determina ali cerose (che normalmente dovrebbero essere invece non cerose: wx è l allele mutato), l allele cn conferisce occhi di color cinapro (che normalmente dovrebbero essere invece rossi: cn quindi è l allele mutato, quello recessivo). Una femmina eterozigote per questi 3 geni (+b,

+wx, +cn) viene reincrociata (che significa che è incrociata con un maschio che è omozigote recessivo per i 3 caratteri, ovvero è bb, wxwx, cncn). I 1000 individui della progenie sono classificati come segue: 5 + + + 6 b wx cn 382 + + cn 379 b wx + 48 + wx + 44 b + cn 69 + wx cn 67 b + + Determinare l ordine dei geni, calcolare le relative distanze di mappa e l interferenza.

11.12.2012 GENETICA N 11 La genetica quantitativa si occupa dei caratteri controllati da più geni. In particolare distinguiamo i caratteri quantitativi quelli effettivamente misurabili, come per esempio l altezza, il peso ecc... mentre si definiscono qualitativi i caratteri non misurabili come per esempio il colore degli occhi, dei capelli ecc... perché non misurabili?perché ognuno ho una percezione differente dei colori! In entrambi i casi comunque parliamo di caratteri continui, quando si manifestano nella popolazione con una grande variabilità, e di caratteri discontinui quando la variabilità e bassa. Di solito per i caratteri discontinui esiste una relazione semplice tra il genotipo ed il fenotipo, questa semplice relazione fa si che i genotipi possono essere dedotti dallo studio dei fenotipi dei genitori e della progenie. Questa limitata variabilità fenotipica fa si che questi caratteri si distribuiscano in maniera discontinua all interno della popolazione. Il grafico mostra l andamento del colore della conchiglia ( carattere discontinuo) La maggior parte dei caratteri però, appartiene alla categoria di quelli continui, in cui è presenza una grande variabilità di fenotipi e la relazione tra fenotipo e genotipo xquesti caratteri non è molto semplice. Per comprendere meglio il tutto facciamo un esempio, carattere del colore dei capelli, supponiamo che ci siano più geni ad influenzare questo carattere, quindi carattere multifattoriale e la presenza di un genotipo dominante omozigote od eterozigote aumenterà la tonalità di questo carattere, quindi diciamo che