CORSO DI GENETICA - la genetica a urbino

”
o
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
r
“
e
CORSO DIPi GENETICA
o
n
i
o rb
t
r
U
e
i
b
d
o
COSTRUZIONE
DI
MAPPE
GENICHE
R tà
i
s
r
e
v
i
n
U
Rapporto fenotipico tra diibridi
Mendel
”
o
altri caratteri…
Frequenza dei gameti: 1:1:1:1
i
B
l
i
AaBb x AaBb
t rlo
n
e Ca
g
r
“
e
PPLL
x ppll
i
o
A-B- 9
P in
o rb
t
A-bb 3
r
PpLl x PpLl
U
e
i
b
aaB- 3
d
o
R tà
4831 porpora allungato (P-L-)
aabb 1
i
s
r
390 porpora rotondo (P-ll)
e
Anche Batesonive Punnett
393 rosso allungato (ppL-)
n
(1905) lavorarono
sul Pisum
Mendel, ma con
sativum di U
Colore fiore : porpora (P) o rosso (p)
Forma del granello di polline:
allungato (L) o rotondo (l)
1338 rosso rotondo (ppll)
Gli esperimenti di Bateson e Punnett
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
r
“
e
i
P ino
o rb
t
r
U
e
i
b
d
o
R tà
i
s
r
e
v
i
n
U
”
o
Accoppiamento (coupling
)
”
o
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
Tendenza dei doppi dominanti
e dei doppi
r
“
einsiemeo nei gameti.
i
recessivi a rimanere
P in
o rb
t
r
U
e
i
b
d
o
R tà
i
s
r
e
v
i
n
U
Ancora Morgan…
”
o
i
+pr
+ vg+vg+
B
l
x
pr
i
Colore dell’occhio:
t rlo
n
porpora (pr) o
e Ca
g
r
“
rosso (pr+)
e
+ x pr-pr- vg-vgo
-ipr+ vg-vg
pr
F1
P
n
Ali: vestigiali (vg)
i
o
b
t
o lunghe (vg+)
r
r
U
e
+ vg+
i
b
pr
1339
d
o
R tà
pr- vg1195
i
+ vgs
pr
151
r
II due
due dominanti
dominantie ee ii
- vg+
pr
154
v
i
due
recessivi
stanno
due recessivi
stanno
n
inin accoppiamento.
U
accoppiamento.
Totale
2839
pr-pr-
vg-vg-
Se ciascuno dei genitori è omozigote per
un recessivo i rapporti cambiano:
”
o
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
r
“
+
+
e
pr pr vg vg xi pr pro vg-vg- F1
P in
o
+
t
prr vg+ rb157
e
- vg- U 146
pr
i
b
d
o
+
R prtà vg- 965
i
- vg+
pr
1067
s
r
e
v Totale 2335
i
n
U
pr+pr+ vg-vg- x pr-pr- vg+vg+
I due dominanti e i due recessivi stanno in repulsione.
Ricombinanti
”
o
i
B
l
i
Anche in questi esperimenti era possibilet recuperare
i fenotipi
o
l
n
r
ricombinanti, quelli cioè in cui i geni e
si erano ariassortiti,
ma la
g
C
loro frequenza rispetto ai parentalirnon era“più
50%, bensì molto
e o
i
meno.
P in
o rb
t
r
Morgani intuì che i due
geni prUe vg fossero localizzati sullo
e
i
stesso cromosoma. b
d
o
R tà
i
s
A seconda della disposizione
degli alleli (accoppiamento
o
r
e
repulsione) i genitori
trasmettono o cromosomi con pr vg e prvg,
v
i
n
oppure cromosomi
con pr vg e prvg+ con frequenza diversa da
U
quanto atteso in base agli esperimenti di Mendel.
+
+
+
Accoppiamento (coupling)
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
r
“
e
i
P ino
o rb
t
r
U
e
i
b
d
o
R tà
i
s
r
e
I gameti
più frequenti formati dagli
v
i
n
+vg+ e pr-vg-.
individui
F
saranno
pr
1
U
”
o
Repulsione (repulsion)
i
B
l
i
t rlo
+
n
e Ca
g
+
r
“
e
i
o
P
n
+
i
o rb
t
r
U
e
i
b
+
d
o
R tà
i
s
r
e
v
i più frequenti formati dagli
I gameti
n
Uindividui F1 saranno pr+vg- e pr-vg+.
”
o
Come si originano le
”
o
classi meno frequenti?
il
B
i lo
t
n
r
e
a
g “C
r
e o
i
P in
o rb
t
r
U
e
i
b
d
o
R tà
i
s si originano in seguito a crossing over, cioè
Le classi meno frequenti
r
e
in seguito a uno scambio
fisico tra i due omologhi.
v
i
n a quelli dei genitori vengono chiamati parentali;
I cromosomi U
identici
quelli diversi dai genitori vengono chiamati ricombinanti.
Il crossing over avviene in
”
o
i
B
l
profase di meiosi
I
i
t
lo
n
r
e
a
g “C
r
e o
i
P in
o rb
t
r
U
e
i
b
d
o
R tà
i
s
r
e
v
i
n
U
I chiasmi sono la manifestazione
visibile del crossing over”
o
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
r
“
e
i
P ino
o rb
t
r
U
e
i
b
d
o
R tà
i
s
r
e
v
i
n
U
Il crossing over
”
o
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
r
“
e
i
P ino
o rb
t
r
U
e
i
b
d
o
R tà
i
s
r
e
v
i
n
U
Questo è l’unico momento in cui i due cromatidi fratelli sono diversi!
Associazione genica
”
o
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
prvgg
r
“
accoppiamento
e
i
pr+
vg+
P ino
o rb
t
r
U
e
+
i
b
pr
vg
d
o
repulsione
R tà
+
pr
vg
i
s
r
e
v
iè un evento comunque raro, quindi solo una parte
Il crossing over
n
U ricombina; questo spiega perché prevalgono i
degli omologhi
I geni che si trovano sullo stesso cromosoma vengono definiti
associati o concatenati.
cromosomi parentali.
Il test cross
”
o
L’incrocio con l’omozigote recessivo (test cross) consente
di analizzare la meiosi di un solo genitore.
i
B
l
i
t rlo
n
e
a
+
+ vg+vg
+
g
pr pr vg vg x pr
pr
C
r
“
e
i
P ino
o rb
t
r
+
pr pre vg-vg+Ux pr-pr- vg-vgF1
i
b
d
o
R tàpr+ vg+ 1339
i
s pr- vg- 1195
r
e
+ vgv
pr
151
i
n
pr- vg+
154
U
Totale
2839
Associazione genica
”
o
i
B
l
i
o
t indipendente
l
¸ in conseguenza dell’assortimento
n
r
e
a
g over
C
¸ in seguito a crossing
r
“
e o
i
P in
o e rgeni
b
Geni indipendenti
associati
t
r
U
e
i
b
AaBbx aabb
AaBbx aabb
ABo 25% d
AB 35%
R tà
Ab 25%
i
Ab 15%
s
aBer25%
A e B sono geni
A e B sono geni aB 15%
v
i
indipendenti n ab 25%
associati
ab 35%
U
I ricombinanti si possono generare quindi:
L’associazione dei geni sull’X
P
y- w+/ y- w+ x y+w-/Y
”
o
i
B
l
i
t rlo
F1
n
e Ca
g
r
“
y-w+/y+w- x y-w+/Y
e
si
considera solo la
i
o
P in progenie maschile
o rb
t
r
U
e
i
b
maschi:
yw+
d
o
à
y- w43Rricombinanti
t
i
yw+
s
y+ X wr
y+ w2146 parentali
e
v
i
y+
wn
y- w+
2302
U parentali
y+ w+
22 ricombinanti
non serve il reincrocio con
l’omozigote recessivo
La distanza di mappa o”
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
Morgan osservò che r le frequenze
dei
“
e o
i
P inper differenti
ricombinanti variavano
o rb
t
r
coppie di geni
considerati;
dedusse
U
e
i
b
pertanto Rocheà d la frequenza dei
t
i
ricombinantirs riflettesse l’effettiva
e
v
distanzanidei geni.
U
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
r
“
e
i
P ino
o rb
t
r
U
e
i
b
d
o
R tà
i
s
r
e
v
i
n
U
”
o
Definizione della
distanza di mappa o”
B
li
i lo
t
n
Sturtevant elaborò un metodo per calcolare
r
e
a
g di“C
la distanza dei geni associati: propose
r
e o
utilizzare la percentuale di iricombinanti
Pdue coppie
n
i
come indice della distanza tra
di
o
b
t
r
geni in una mappa genetica.
r
U
e
i
b
o
La distanza di mappa
viene d
misurata in unità
R tà (cM).
di mappa (um) o centimorgan
i
s
r
Una unità di mappa
corrisponde ad una
e
v
i
frequenza di ricombinazione
dell’1%.
n
U
Calcolo della distanza di mappa
”
o
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
r
“
e
Distanza di
i
o
X 100
di ricombinazione
= frequenza
P
n
i
mappa
o
b
t
r
r
U
e
i
b
d
numero
dei ricombinanti
Frequenza R
dio = à
t
ricombinazione si numero totale della progenie
r
e
v
i
n
U
Esempio di calcolo della
distanza di mappa o”
i
B
l
i
o
t
pr-vg-/pr+vg+ x pr-nvg-/prr-lvge Ca
g
r
“
e
i
o
pr- vg-/ pr- vg- 165
P
n
parentali
i
+
+
pr vg / pr vg to 191 b
r
r
+
U
pr vg / pr vg
23
e
i
ricombinanti
b
+
d
pr vg / pro vg
21
R tà 400
i
s
r
e
d pr/vg = (23+21)/400
x 100 = 0.11 x 100= 11 um
v
i
n
U
11.0
pr
vg
La mappa è la
”
o
percentuale di
i
B
l
i
t rlo
n
ricombinanti ge Ca
r
“
e o
i
P in
o rb
t
r
U
e
i
b
d
o
R tà
i
s
r
e
v
i
n
U
Una unità di mappa corrisponde
alla frequenza di ricombinazione
dell’uno per cento; nell’esempio a
lato, significa che il 18% della
progenie
sarà
ricombinante,
ovvero che i ricombinanti saranno
per il 9% vg+,b- e per il 9% vg-,b+.
Analogamente, i parentali (82%)
saranno per il 41% vg+, b+ e per il
41% vg-, b-.
Associazione a due punti
”
o
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
Se in un reincrocio si osserva
una “frequenza di
r
e o che i due
ricombinazione del 50%, isi può inferire
P
n
i
geni assortiscono in o
modo indipendente.
Questo è
b
t
r
r
dovuto o a geni effettivamente
indipendenti, o a
U
ema cosìi distanti tra loro che la
geni associati,
b
d
o
probabilità
che
avvenga
R tà almeno un crossing over
tra loro, ad ogniimeiosi, è molto elevata.
s
r
e
v
i
n
U
Mappe sull’X
”
o
Le mappe sul cromosoma X sono del
tutto simili a quelle autosomiche,
soltanto per il reincrocio si usa il
maschio emizigote.
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
r
“
e
i
P ino
o rb
t
r
U
e
i
b
d
o
R tà
i
s
r
e
v
i
n
Notare che la somma delle mappe
U
parziali può essere superiore a
50cM!
Mappa di geni a coppieo”
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
r
“
e
Considerando i geni a due a due,
è
i
o
P
possibile costruire mappe di in
o
b
t
associazione con le
posizioni
r
r
relative dei geni.be
Esistonoi U
però
d
o
metodi più veloci…
R tà
i
s
r
e
v
i
n
U
I crossing over multipli
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
r
“
e
i
P ino
o rb
t
r
U
e
i
b
d
o
R tà
i
s
r
e
v
i
n
U
”
o
Maggiore è il numero dei crossing over,
minore è la probabilità che avvengano!
Il saggio a tre punti o”
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
r
“
e
Il saggio a trePipuntinopermette
i
o
b
t l’ordine
di determinare
di tre
r
r
U
e
i
b
geni sul
cromosoma
e le
d
o
R tà
distanzesdi
i mappa.
r
e
v
i
n
U
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
r
“
e
i
P ino
o rb
t
r
U
e
i
b
d
o
R tà
i
s
r
e
v
i
n
U
”
o
Stabilire l’ordine dei geni
”
o
1.
2.
3.
i
B
l
i
t rlo
n
e deiCgeni?
Come si stabilisce l’ordine
a
g
r
“
e
i
o
P degli
Determinare la disposizione
alleli nei genitori
n
i
b
esaminando le classitoparentali
(quelle che mostrano
r
r
frequenza più alta);
U
e
i
b
o à ddi progenie derivanti da doppi
identificare Rle classi
t
crossing over (quelle
che mostrano frequenza più bassa);
i
s
r
e
stabilire l’ordine
dei geni sul cromosoma in base alla
v
i degli alleli nelle classi dei doppi crossing over,
disposizione
n
U ai parentali.
paragonati
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
r
“
e
i
P ino
o rb
t
r
U
e
i
b
d
o
R tà
i
s
r
e
v
i
n
U
”
o
Che cos’è un doppio crossing over?
”
o
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
r
“
e
i
P ino
o rb
t
r
U
e
i
b
d
o
R tà
i
s
r
L’esame
dei doppi crossing
e
v
i
over permette di dedurre quale
n
gene si trova in mezzo: il gene
U
in mezzo si sposta!
possibile ordine genico
p+
p
p+
p
r+
r
j+
r+
cromatidi doppi
ricombinanti
p+
j
r+
”
o
i
B
l
i
t rlo
n
p e j+ a
r
j
r
g
C
r
“
e
r+
j+ Pi p+ no r
j+
i
o
b
t
r
r
U
e
i
b
r+
j
r o
j d p
R tà
i
p+
j+
s
r+
p
j+
r
e
v
i
n
Up
r
p+
j
j
L’ordine dei geni
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
r
“
e
i
P ino
o rb
t
r
U
e
i
b
d
o
R tà
i
s
r
e
v
i
n
U
”
o
Calcolo
”
o
delle
i
B
l
i
t rlo
n
e Cadistanze
g
r
“
e
i
P ino di mappa
o
b
t
r
r
U
e
i
b
d
o
R tà
i
r
s
r
r+
e
v
i
n
U
d
p-j=
(52+46+4+2) x100 =20,8um
500
d
j-r=
(22+22+4+2) x100 =10 um
500
d
p-r
attesa: 20,8+10=30,8
Calcolo della
distanza tra p
”
o
i
ed
r
ignorando
j
B
il
t rlo
n
e Ca
g
r
d =“(52+46+22+22)x100=28,4um
e
i
P ino 500
o rb
t
r
d = (52+46+22+22+4+2+4+2)x100
U
e
i
b
500
d
o
R tà
i
r
s
r
30,8um (20,8+10)
r+
e
v
i
n
U
bisogna aggiungere due
p-j
p-j
volte i doppi scambi
Interferenza e
”
coefficiente di coincidenza
o
i
B
l
i
o
tosservata
l
In alcuni casi la frequenza dei doppi scambi
è inferiore
n
r
eper vari
a
a quella attesa. Questo perché a volte,
motivi (struttura
g
C
r
“
tridimensionale del cromosoma, ingombro
dei
complessi proteici
e
i
o
P l’avvenire
coinvolti nella ricombinazione, ecc.)
di un crossing over
n
i
o rb con il fatto che esso
in una zona cromosomicatinterferisce
r
U
avvenga anche nelle zone
immediatamente
adiacenti; posso quindi
e
i
b osservati
misurare quanto datioattesi e d
coincidano.
R tà
i
Interferenza (I)rs = 1- coefficiente di coincidenza
e
v
i
Coefficientendi = frequenza dei doppi scambi osservati
U
frequenza dei doppi scambi attesi
coincidenza (cc)
Quindi
i
B
l
i
t rlo
n
• doppi scambi osservati g=eattesi
a
C
r
“
e o
i
P= 0 in
c.c. = 1
I
o rb
t
r
U
e
i
b
d
o
• doppi scambi
osservati
<
attesi
R tà
i
s
r
c.c. < 1 ive
I>0
n
U
”
o
Calcolo della frequenza dei
”
doppi scambi attesi
o
i
B
l
i
o
t
l
n
distanza di mappa della regione I
distanza di r
mappa regione II
e
a
X rg
C
“
100
e o 100
i
P in
o
b
t
es:
r
r
U
e
i
b
d
o
R
à 0.208 x 0.100 = 0.0208
t
Doppi scambi iattesi:
s
r
e
Doppi
scambi osservati: 6/500= 0.012
v
i
n
U
cc= 0.012/0.0208=0.577
I= 1-0.577=0.423
NB: avrei ottenuto lo stesso risultato anche facendo il rapporto tra numeri anziché tra percentuali.
Creighton
e
McClintock
(1931)
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
r
“
e
i
P ino
o rb
t
r
U
e
i
b
d
o
R tà
i
s
r
e
v
i
n
U
Barbara McClintock e Harriet Creighton
”
o
La ricombinazione mitotica
”
o
i
B
l
i
Nel 1936 Curt Stern,
lavorando
su Drosophila,
o
t
l
n
si accorse che
anche ircromosomi mitotici,
e
a
g
occasionalmente,
possono
ricombinare, anche
C
r
“
se in ie
cellule mitotiche
di norma non c’è
o
P
n
appaiamento itra
omologhi.
o
b
t
r
r
U
e
i
b
d
o
R tà
i
s
r
e
v
i
n
U
Il sistema analizzato da Stern
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
r
“
e
i
P ino
o rb
t
r
U
e
i
b
d
o
R tà
i
s
r
e
v
i
n
U
”
o
La mappa per delezione
”
o
Alcuni cromosomi possono perdere parte della loro informazione
e quindi essere deleti. Se la delezione è sufficientemente
grande, è possibile valutarne l’estensione a livello cromosomico
ed eventualmente mapparla in base a parametri prefissati (per
es., il bandeggio naturale dei cromosomi politenici di Drosophila
melanogaster). In questo caso è possibile paragonare mappa
statistica (genetica) e mappa citologica. Come?
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
r
“
e
i
P ino
o rb
t
r
U
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b
d
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R tà
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s
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U
La complementazione su delezione
i
B
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P ino
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U
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U
”
o
La mappa per delezione
i
B
l
i
Test di complementazione
o
t
l
n
con cromosomi deleti, di
r
e
a
g “C
cui è nota l’estensione di
r
e o
ciascuna
delezione
a
i
P in
livello citologico, danno la
o
b
t
r
possibilità di mappare un r
U
e
gene.
i
b
o ha à d
Nell’esempio a lato, R
ciò
reso possibile mappare ilit
s
r
gene white di Drosophila
e
v
in posizione 3A1-3C2
della
i
n
mappa citologica.
U
”
o
La mappa per duplicazione
funziona in maniera analoga
”
o
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B
l
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P ino
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U
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U
Mappa dei cromosomi umani
i
B
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P ino
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U
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b
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R tà
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s
r
e
v
i
n
U
”
o
Poiché (per ovvie ragioni) è complicato fare una mappa genetica
dei cromosomi umani, la mappa citologica (e quella molecolare)
rappresentano dei buoni strumenti per mappare i geni sui
cromosomi.
Altre tecniche
di mappatura:
gli ibridomi
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
r
“
e
i
o
P
n
i
Mediante vari mezzi (per esempio
o
b
t
r
il virus Sendai) si induce la fusione
r
e Glii U
tra cellule di topo e b
uomo.
d
o
ibridi ottenuti (ibridomi)
vengono
R tà
seminati su terreno selettivo;
le
i
s
cellule
di
topo r perdono
e
v
progressivamente ii cromosomi
n
umani fino a U
mantenere
almeno
quello per cui sono selezionate.
”
o
La mappa
”
o
i
B
l
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t rlo
n
e Ca
g
r
“
e
i
P ino
o rb
t
Se il prodotto genico in runa linea ibrida non è presente, tutti i
U
e
cromosomi presenti b
in quella i linea non contengono il gene di
d
o
interesse; se invece
una
linea
R tà contiene il gene di interesse, allora
i
almeno uno dei cromosomi
presenti in essa contiene il gene. Dal
s
confronto dei dati, e
è rpossibile mappare il gene su un cromosoma (o
su parte di esso,iv
se si usano frammenti ottenuti ad esempio con i
n
raggi X). In questo
U caso il gene è sul cromosoma numero 9!
(cioè quello con lo stesso schema dell’ultima colonna…)