” o B i l i lo t n r e a g “C r CORSO DIPieGENETICA o n i o b t r r U e i b d o ESTENSIONI DELLE R tà i s DI MENDEL LEGGI r e v i n U Mendel rinuncia ” o i alle sue ricerche B l i o t l n r e a g C r “ esu altreo piante per ottenere i Mendel proseguì le sue ricerche P n i conferme alle sue leggi, ma trovò tante e tali contraddizioni o b t r r che (si dice) cadde in depressione, abbandonò la ricerca e si U e i del convento… b mise a curare l’amministrazione d o R tà i si scoprì che queste contraddizioni Solo diverso tempo s dopo r andavano contro i risultati ottenuti solo APPARENTEMENTE e v i sul Pisum sativum. n U Variazioni della dominanza I ” o i B l i t rlo n In molte piante è e a g C possibile trovare delle r “ e o i varianti a fiori colorati e P n i delle varianti a fiori o rb t bianchi. Tra queste la r U e i bocca di leone e bla d o Mirabilis jalapa (bella di R tà i notte). In queste piante, s r incrociare individui aefiori rossi con individuiiva fiori n bianchi dà U risultati inattesi… La genetica della ” o Mirabilis jalapa i B l i o t l 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 In altre parole, in questo caso si ha una completa corrispondenza tra genotipi e fenotipi, per cui gli eterozigoti A/a sono facilmente distinguibili dagli individui A/A. Quando il fenotipo degli eterozigoti è intermedio tra quello dei genitori, si parla di dominanza incompleta. In questo caso i rapporti fenotipici e genotipici coincidono (1:2:1). i l 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 r e v i n U ” o B Spiegazione molecolare i l 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 r e v i n U ” o B i l Lo stesso i lo t n r e a g “C vale anche r e o i P n i per gli o rb t r U e animali ob di R à t i s r e v i n U ” o B Variazioni della dominanza II ” o B i l 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 r e v i n Quando il fenotipo in F è la SOMMA di quello dei Ugenitori, si parla di CODOMINANZA. 1 Variazioni della dominanza III i l i lo t Y[l] è un gene che per il n r e a fenotipo del colore del pelo g “C r e o si comporta da dominante, i n ma per la letalità è recessivo! P i o rb t r U e i b d o R tà i s r e v i n U ” o B Rapporto alterato 1:2:0 Rapporti mendeliani ” o i atipici in diibridi il o B t rl n e a g C r “ e mantenuto Il classico rapporto 9:3:3:1 iviene SOLO quando o P nche non hanno niente in i due geni controllano dueocaratteri b t r comune. In questo caso i geni (e le loro funzioni) sono del r U e i tutto indipendenti.bMa se i due geni considerati hanno qualche d o tipo di interazione tra R tà loro, i rapporti possono subire i profonde modificazioni: le diverse classi genotipiche possono s run fenotipo comune, oppure divergere per convergere verso e creare nuoviivfenotipi. Oppure concorrere alla formazione n dello stesso U carattere... Il caso della cresta dei polli i l i lo t Le due coppie geniche si n r e a influenzano a vicenda per g “C r il fenotipo della cresta. 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 ” o B Epìstasi Si parla di epìstasi (da non confondere con epistàssi) quando un gene è in grado di alterare l’espressione di un altro gene che non è suo allele. Per cui, quando il gene di un locus maschera l’azione di un gene presente in un locus diverso, si parla di epìstasi (che in greco significa star sopra, sopraffare). Il gene che ha il potere inibente è detto gene epistatico, mentre quello sopraffatto è detto gene ipostatico. Sia i geni epistatici che ipostatici esistono abitualmente come coppie di alleli che mostrano tra loro gli abituali rapporti di dominanza. i l 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 r e v i n U ” o B L’epistasi nei gruppi sanguigni i l 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 r e v i n U ” o B Fenotipo Bombay o “h” ” o i Bprivi degli il h sono Gli eritrociti di soggetti omozigoti per iltgene o l n antigeni A, B, o H, quindi nei test di determinazione del gruppo r e a g AB0 gli eritrociti risultano di gruppo 0 ed il genotipo viene C r “ e denominato 0h. i o P n i chiamato Bombay in quanto Il fenotipo 0h viene generalmente o b t r osservato per la primarvolta a Bombay (India), dove sembra U e i Durante la determinazione dei essere più frequentebche altrove. d appaiono di gruppo 0 in quanto il o gruppi AB0, gli R eritrociti 0h à siero agglutina sia le emazie di gruppo A che quelle di gruppo B. t i semazie A e B è dovuta alla presenza nel L’agglutinazione delle r e siero dei soggetti 0h di anticorpi anti H la cui formazione è v i determinata dall’assenza di sostanza H negli eritrociti di gruppo n U agglutinano sia le emazie A che quelle B. 0h. Tali anticorpi Fenotipo Bombay o “h” ” o B Il sospetto che il soggetto non appartenga al gruppo 0 viene dall’osservazione che il suo siero agglutina anche le emazie di gruppo 0. Tuttavia la conferma che il soggetto in esame appartiene al gruppo 0h si ha cimentando i suoi eritrociti con un reagente capace di reagire specificatamente con la sostanza H. Questo reagente è rappresentato da un estratto salino di Ulex europaeus (la leguminosa a lato). Le emazie in esame, mancando della sostanza H, non reagiscono con l’estratto. i l 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 r e v i La controprova si può avere nel caso in cui si n disponga di emazie di fenotipo Bombay U dimostrando che queste emazie non vengono agglutinate dal siero del soggetto. Un tipico esempio di epistasi ” recessiva: l’albinismo o i B l i t rlo L’albinismo è un’anomalia congenita ed ereditaria n e nella a caratterizzata da mancanza di pigmento g C r “ pelle, nei capelli, nei peli e negli occhi. È causata e o i dall’assenza dell’enzima tirosinasi,Pindispensabile n i b per la sintesi delle melanine. tIlosoggetto albino r r U e peli presenta cute sottile e e rosata, capelli i b finissimi di colore bianco o giallo dorato. Si d o R tà visivi: miopia, accompagna in genere a deficit i s astigmatismo, ipermetropia, daltonismo, r e malformazioni del cristallino, nistagmo; notevole v i solare e predisposizione a sensibilità alla luce n neoplasie della U cute. Chi ne è affetto deve usare precauzioni, come occhiali da sole e creme protettive, nell’esporsi al sole. L’epistasi può alterare i rapporti F2 in vari modio” i B tutta la l i 9 : 3 : 4 - È quanto accade incrociando topi neri e albini; o t l n vengono rincrociati tra loro, progenie F è aguti, e quando questi aguti e a g la progenie è costituita approssimativamente da 9/16 aguti, 3/16 neri C r “ e 4/16 albini (epistasi recessiva). ie P ino o rb t 12 : 3 : 1 - La polpa della zucca comunemente presenta 3 colori: r U e bianco, giallo e verde. Negli incroci tra bianco e giallo e tra bianco e i b d o verde, il bianco è sempre espresso; negli incroci tra giallo e verde si R tà esprime il giallo; si deduce che il giallo è recessivo rispetto al bianco, i sLa spiegazione più semplice è che un allele per r ma dominante sul verde. e v il bianco sia epistatico su quelli per il giallo e per il verde. La progenie i n di individui doppi eterozigoti della F mostra F di un’autofecondazione U 1 2 1 un rapporto 12 frutti bianchi, 3 gialli e 1 verde (epistasi dominante). La ridondanza o duplicazione ” genica o il B i lo t n r e a È il caso della forma del frutto rg C “ nella pianta officinale Capsellaie o P n i bursa-pastoris (Brassicaceae) o b t r r U e i b d o R tà i s r e v i n U Un esempio particolare di ” o epistasi: la complementazione i B il t rlo n Problema: vogliamo sapere se due e linee pure, che hanno lo a g C r “ stesso fenotipo (fiore bianco, occhio rosa in Drosophila, e i o gene oppure no. ecc.) sono mutazioni a carico P dello stesso n i o b t r r Soluzione: si esegueeun TESTU DI COMPLEMENTAZIONE. i b d o R tà i s r e v i n U Come cambiano ” o i B l i rapporti in F2 i t rlo n e a g se i due geni er C “ i P ino NON sonoto rb r U e i b alleli? d o R à t i s r Un rapporto ineF di vdella i 9:7 è tipico n COMPLEMENTAZIONE U 2 Riassunto dei rapporti ” o mendeliani atipici più comuni i B il t rlo n 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 Epistasi e dominanza o” i B l i t rlo n e a g C r “ La sostanziale differenza tra dominanza ed e o i P cheinla dominanza e la epistasi consiste nel fatto o dirunb “conflitto” tra una recessività sono l’esito t r U a uno stesso locus, coppia di allelie appartenenti i b mentre l’epistasi riguarda sempre 2 o più coppie d o R risiedono à di alleli che in loci diversi. t i s r e v i n U Penetranza ed espressività ” o B i l 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 r e v Un fiore rosa, inato da un incrocio rosso x bianco, è dovuto a n dominanzaU incompleta o a espressività variabile? Come si può distinguere tra i due casi? Altre difficoltà ” o i Molti caratteri non segregano come fattori lmendeliani B semplici, o i o t re lcontesto risentono in maniera notevole di ambiente, cultura storico. n e genealogico? Ad esempio, che c’è di strano in questo albero 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 Pleiotropìa ” o B Un gene è detto pleiotropico quando possiede effetti molteplici. Tale gene determina due o più caratteri che risultano strettamente tra loro correlati. La prima osservazione venne fatta da Mendel che notò come il medesimo fattore ereditario influenzasse il colore dei fiori e il colore del tegumento dei semi. Il gene per la fenilchetonuria (PKU) è responsabile dell’assenza dell’enzima che trasforma la fenilalanina in tirosina. Questo determina la presenza di una quantità eccessiva di fenilalanina, una carenza di tirosina, e un eccesso del prodotto di degradazione alternativo, l’acido fenilpiruvico, nei liquidi del corpo e nell’urina. Ulteriori conseguenze di queste molteplici anomalie biochimiche possono essere il danneggiamento del sistema nervoso centrale, che si esprime nel deterioramento delle funzioni mentali, e nella diminuzione della produzione di melanina, a causa della carenza di tirosina, diminuzione che determina una colorazione chiara dei capelli. i l 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 r e v i n U La pleiotropia nella fibrosi cistica i l 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 r e v i n U ” o B Allelìa multipla i l i lo t All’interno del genoma di un n r e a individuo diploide (a meno di eventi g C r “ e o eccezionali) sono presenti solo due i alleli ad un certo locus genetico,Puno in o t per ciascun cromosomar omologo.rb e Tuttavia nella popolazion ei U di b o individui è possibile che dsiano R à t presenti tanti alleli diversi, che tra i s variabili loro possono avere rapporti r e di dominanza, iv espressività e n penetranza. U ” o B I gruppi sanguigni o” B li i lo t n r Un esempio di allelia e a g “C multipla riguarda il r e o i sistema di gruppi sanguigni P n i ABO. In questo caso o b t r esistono tre alleli noti alr U e locus I (il cui prodotto i b d o finale dà la presenza di un R tà antigene di superficie sul globulo rosso). Gli alleli sono I , I e I i s (detto anche i). I e Ir sono codominanti tra di loro, e sono entrambi e v dominanti su Ii . Ne discendono quattro possibili fenotipi, n corrispondenti a U sei possibili genotipi. A A O B B O Caratterizzazione fenotipica ” o dei gruppi sanguigni i B il t rlo n e a g C r “ e o i P in o rb t r U e i b d o Solo i gruppi che non R tà agglutinano i globuli rossi i s r hanno la possibilità di e v scambiarsi sangue (trai n sfusioni). AB è accettore U universale, O è donatore universale. Le famiglie geniche o” i B l i t rlo n ecaso di ageni correlati, Le famiglie geniche sono invece un g C molecolare) r “ simili tra di loro per strutturae(organizzazione i o stessa porzione P innella e funzione, e quasi sempre localizzati o geni b cromosomica. Tuttavia tquesti non sono alleli tra di r r loro. In alcuni casi esono soloUuna ridondanza di funzione i b (es.: geni per l’rRNA), in altri casi i singoli membri possono d o R tàverso funzioni correlate ma non evolversi e divergere i sovrapponibili. rs e v i n U Nomenclatura i l i lo t n A livello genico, si parla di r e a g “C omologia in caso di geni r correlati evolutivamente. In ie o P n i particolare, due geni sono o b t r ortologhi se hanno sequenze r e iU omologhe in specie b differenti d o (per esempio l’emoglobina R tà nei mammiferi e negli iuccelli). s i geni r Sono invece paraloghi e v omologhi presenti nella stessa i n specie e che sono insorti per U duplicazione genica. ” o B L’emoglobina (Hb) o” B li i lo t n r e L’Hb è la proteina responsabile a g C r del trasposto dell’ossigeno ai “ e i o tessuti attraverso il sangue. P n i o Nei globuli rossi dei mammiferi b t r r essa è formata da due e coppie U i b di polipeptidi tra loro correlati d o R tàuna (a e b), uniti a formare i struttura proteica quaternaria. s r e v i n U Le Hb a e b hanno struttura simile i l 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 r e v i n U ” o B Le Hb a e b fanno parte di ” una famiglia genica… o i B l i t rlo n 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 …e ogni membro della ” famiglia ha una sua lfunzione. o i 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 r e v i n U Un caso particolare: la Hb-S ” o i B l i t rlo n 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 Un singolo cambiamento aminoacidico può provocare gravi danni. Esistono molti mutanti in Hb i l 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 r e v i n U ” o B