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Genetica 2/ed - dall'analisi formale alla genomica
Leland H. Hartwell, Leroy Hood, Michael L. Goldberg, Ann E. Reynolds, Lee M. Silver, Ruth C. Veres
CAPITOLO 2
PROBLEMI AGGIUNTIVI CON SOLUZIONE
1. Che cosa indica, probabilmente, la modalità di trasmissione verticale in un pedigree?
R. Carattere raro dominante
2. Calcolate la probabilità che sia prodotto un genotipo recessivo omozigote per il seguente
incrocio: AaBbccddEeFf × AaBbCcddEeFf
R. ¼ × ¼ × ½ × 1 × ¼ × ¼ = 1/512
3. Calcolate la probabilità di avere o tutti genotipi dominanti o tutti genotipi recessivi per gli alleli
A, B, E, e F nel seguente incrocio: AaBbccddEeFf × AaBbCcddEeFf
R. ( ¾ × ¾ × ¾ × ¾ ) + ( ¼ × ¼ × ¼× ¼ ) = 81/256 + 1/256 = 82/256 = 41/128
4. Quali sono i quattro argomenti generali che sono derivati dal lavoro di Mendel?
R. La variabilità, in quanto espressa in forme alternative di un carattere, è vasta in natura. Una
variabilità osservabile è essenziale per seguire l’eredità dei caratteri. La variabilità non è distribuita
solo a caso ma è ereditata secondo il dogma genetico che “ogni simile genera un suo simile”. Le
leggi di Mendel si applicano a tutti gli organismi che si riproducono sessualmente.
Quali sono i possibili genotipi delle persone 1, 2, 3 e 4?
5. Persona 1
R. Aa
6. Persona 2
R. Aa
7. Persona 3
R. Aa
8. Persona 4
R. aa
9. Sotto è riportato un pedigree di una malattia genetica umana, nel quale gli individui affetti sono
indicati con il simbolo pieno. Applica le leggi della probabilità e calcola la probabilità che la prole
generata da un matrimonio tra cugini a) 2 x 3 avrà la malattia.
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R. Il carattere è un carattere recessivo: ¼.
10. Stai parlando con tuo padre dei tuoi parenti, ed egli è d’accordo con te che c’è una malattia a
tarda - insorgenza che sembra ricorrere nella sua famiglia. Cosa potresti fare per determinare la tua
probabilità di avere questa malattia a tarda – insorgenza?
R. Creare un pedigree del tuo albero genealogico per la malattia a tarda – insorgenza, andando
indietro di almeno tre, se non tante generazioni quante possibili. Sulla base del tuo pedigree, avrai
bisogno di determinare se il carattere sia recessivo o dominante, autosomale o legato all’X. Usa la
regola del prodotto per calcolare la probabilità di avere ereditato il carattere. Tieni a mente che gli
individui non sufficientemente anziani da mostrare il carattere dovrebbero essere indicati come non
noti sul tuo pedigree e la tua probabilità di ereditare la malattia dipenderebbe dal fatto che quel dato
individuo abbia il carattere.
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CAPITOLO 3
PROBLEMI AGGIUNTIVI CON SOLUZIONE
Il colore del pelo, in alcune specie di coniglio, è governato da alleli multipli. La gerarchia, con
riferimento alla dominanza per questi alleli, è come segue: Colorato (c+), Cincillà, (cch),
Himalayano (ch) e Albino (c). Fornire i fenotipi e i rapporti risultanti dai seguenti incroci.
1.. c+ c × ch ch
R. 1 colorato: 1Himalayano
21. c+ c+ × ch cch
R. Tutti colorati
2. c+ c × ch c
R. 2 colorati: 1 himalayano: 1 albino
3. c c × ch cch
R. 1 himalayano: 1 cincillà
4. c+ ch × ch cch
R. 2 colorati: 1 himalayano: 1 cincillà
5. c+ cch × ch cch
R. 2 colorati: 2 cincillà
6. c c × c+cch
R. 2 colorati: 2 cincillà
7. In un determinato tipo di piante, il verde scuro è determinato dal gene dominante “G” e il verde
chiaro è determinato dal gene recessivo “g”. L’eterozigote mostra il 75% di penetranza e apparirà
fenotipicamente verde scuro. Se l’incrocio parentale è GG x gg; quali fenotipi potrebbero essere
osservati in una popolazione di 400 piante F2?
R. 250 verde scuro; 150 verde chiaro
8. Un uomo con gruppo sanguigno “A”, il cui padre era gruppo sanguigno “0”, ha sposato una
donna di gruppo sanguigno “B”, la cui madre era di gruppo sanguigno “0”. Quali sono i possibili
gruppi sanguigni della loro prole?
R. Sono possibili i gruppi sanguigni A, B, AB, e 0.
9. Quali fenotipi e genotipi ti aspetteresti dal seguente incrocio?
IB i rh+ rh+ × IA i rh+ rhR.
IBIArh+rh- AB positivo
IBIArh+rh+ AB positivo
IBirh+rh- B positivo
IBirh+rh+ B positivo
IAirh+rh- A positivo
IAirh+rh+ A positivo
ii rh+rh- O positivo
ii rh+rh+ O positivo
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10. Sei un giudice in una causa civile in cui un giovane uomo sta tentando di provare che è il figlio
illegittimo di un uomo molto ricco morto di recente. Egli desidera essere incluso nella distribuzione
delle sue ricchezze. Dopo avere considerato tutte le testimonianze relative al concepimento di
questa persona, la prova chiave sembra venire da due fatti principali. L’uomo facoltoso e la madre
del giovane sono entrambi sordi, il giovane no. Quindi l’avvocato di famiglia suggerisce che l’uomo
facoltoso non sia il padre. La madre, l’uomo facoltoso e il giovane hanno tutti gruppo sanguigno 0,
MM, Rh-, a livello fenotipico, ma il processo per individuare il genotipo indica che quest’ultimo è,
in realtà, di gruppo sanguigno IAIA hh. Come interpreti la prova presentata e come ciò influenza la
tua decisione in questo caso legale?
R. Il fatto che il giovane possa sentire non è una prova a sfavore che egli sia il figlio dell’uomo
ricco. Due individui sordi possono, tramite complementazione, generare prole in grado di udire, se
la mutazione che portano è su geni differenti (l’udito è un carattere poligenico). La prova del
gruppo sanguigno è decisamente a favore del fatto che l’uomo benestante non sia il padre del
giovane. Sebbene entrambi i genitori putativi e il figlio in questione abbiano gruppo sanguigno 0,
l’uomo facoltoso è geneticamente di gruppo A e fenotipicamente di gruppo 0, dovuto
all’omozigosità recessiva dell’allele h, che determina il fenotipo Bombay; la proteina alla quale lo
zucchero A si attacca viene persa, rendendo quindi l’uomo ricco fenotipicamente di gruppo 0. Ogni
suo figlio dovrebbe avere, con elevata probabilità, l’antigene-A perché l’allele h è molto raro negli
uomini, rendendo la prole omozigote recessiva estremamente improbabile, eccetto che nei
matrimoni tra consanguinei.
11. Nel grano, sono necessari 3 geni dominanti per produrre il colore bruno del chicco. Il genotipo
B__D__R produce un fenotipo colorato. L’individuo omozigote recessivo per un gene non è
colorato. Indicate il genotipo e il fenotipo della progenie derivante dall’incrocio BbDdRR ×
BbDdRR
R. Fenotipo: 9 Colorati; 7 non colorati
Rapporto
dei
genotipi
1
BBDDRR
2
BbDDRR
2
BBDdRR
4
BbDdRR
1
bbDDRR
2
bbDdRR
1
BBddRR
2
bbDdRR
1
bbddRR
12. Quali fenotipi e genotipi vi aspettate dal seguente incrocio?
IB i rh+ rh+ × IA i rh+ rhR.
IBIArh+rhIBIArh+rh+
IBirh+rhIBirh+rh+
IAirh+rhIAirh+rh+
ii rh+rhii rh+rh+
AB positivo
AB positivo
B positivo
B positivo
A positivo
A positivo
O positivo
O positivo
I geni “A” e “B” sono richiesti per l’espressione del colore. Se “A” o “B” sono assenti (“a” o “b”) il
risultato è assenza di colorazione. Indicate i genotipi e i fenotipi per ogni F1 e F2 riportate sotto.
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Genitori
48. AAbb×aabb
F1
Genotipo
Fenotipo
F2
Genotipo
Fenotipo
49. aaBB×aabb
50. AAbb×aaBB
13. AAbb × aabb
(R. F =Aabb/non colorato; F2= 1AAbb:2Aabb:1aabb/tutti non colorati)
14. aaBB × aabb
(R. F1=aaBb/non Colorato; F2= 1aaBB:2aaBb:1aabb/tutti colorati)
15. AAbb × aaBB
(R. F1=AaBb Colorati; F2=9 Colorati; 7 non colorati)
Genotipo
F1=AaBb
F2=1AABB
2AABb
2AaBB
4AaBb
1aaBB
1AAbb
2aaBb
2Aabb
1aabb
Fenotipo
Colorato
Colorato
Colorato
Colorato
Colorato
Non
Colorato
Non
colorato
Non
Colorato
Non
Colorato
Non
Colorato
Le cinque madri riportate in tabella (a, b, c,d,e) con il proprio fenotipo, generano un figlio ciascuna
il cui fenotipo è descritto tramite il gruppo sanguigno (A,B,0), gli antigeni M o N, e il fattore Rh.
Per ogni figlio individua il padre tra i cinque genotipi maschili riportati.
(ii =gruppo sanguigno tipo 0) [rr = rh- e R = rh+]
Fenotipo Fenotipo dei
materno
figli
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(a)
AMR
OMR
(b)
BNr
ONr
(c)
OMr
A MN R
(d)
ANR
AB MN R
(e)
AB MNr A MN r
Genotipo dei
possibili padri
1. IAi MN rr
2. IBi MN RR
3. iiNNrr
4. iiMMrr
5. IAIAMNRR
16. Figlio (a) = Padre
(R. 1 o 4)
17.Figlio (b) = Padre
(R. 1 o 3)
18.Figlio (c) = Padre
(R. 5)
19. Figlio (d) = Padre
(R.2)
20. Figlio (e) = Padre
(R.1 o 3 o 4)
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CAPITOLO 4
PROBLEMI AGGIUNTIVI CON SOLUZIONE
11. In Drosophila, ali vestigiali (vg) è un allele mutante recessivo autosomale, e corpo giallo (y) è
un allele mutante recessivo legato all’X. Gli alleli selvatici vg+ e y+ controllano, rispettivamente, ali
normali e corpo colore marrone scuro. Se una femmina omozigote corpo giallo, ali vestigiali, è
incrociata con un maschio normale e le mosche della progenie F1 sono incrociate tra loro, quali
saranno i fenotipi e i rapporti della F1 e della F2?
Soluzione
F1 — femmine: tutte corpo marrone, ali normali
maschi: tutti corpo giallo, ali normali
F2 — femmine e maschi: corpo marrone, ali normali — 3/8
corpo marrone, ali vestigiali — 1/8
corpo giallo, ali normali — 3/8
corpo giallo, ali vestigiali — 1/8
12. In Drosophila, occhi bianchi (w) e corpo giallo (y) sono entrambe mutazioni recessive legate
all’X. Gli alleli selvatici, w+ e y+, controllano, rispettivamente, occhi rossi e colore del corpo scuro.
Se una femmina omozigote corpo giallo, occhi rossi, è incrociata con un maschio corpo scuro, occhi
bianchi, e le mosche della progenie F1 sono incrociate tra loro, quali saranno i fenotipi e i rapporti
della F1 e della F2?
Soluzione
F1 — femmine: tutte corpo scuro, occhi rossi
maschi: tutti corpo giallo, occhi rossi
F2 — femmine: corpo giallo, occhi rossi — 1/2
corpo scuro, occhi rossi— 1/2
maschi: corpo giallo, occhi rossi — 1/2
corpo scuro, occhi bianchi — 1/2
13. Supponi di avere scoperto una nuova mutazione nei topi che ha causato spina dorsale curva. Hai
notato che questa mutazione era visibile solo nelle femmine. Quando femmine spina dorsale curva
venivano incrociate con maschi normali, la progenie era sempre ottenuta nel rapporto: 1/3 femmine
spina dorsale curva, 1/3 femmine normali, 1/3 maschi normali. Spiega le basi genetiche di questo
rapporto.
Soluzione
Il gene è legato all’X; l’allele spina dorsale curva è dominante sull’allele normale in eterozigosi, ma
causa letalità in maschi emizigoti.
14. In incroci di femmine di Drosophila occhi bianchi con maschi occhi rossi, Bridges recuperò
figlie occhi bianchi e figli occhi rossi con un rapporto di circa uno ogni 2000 discendenti. (Molti dei
discendenti erano maschi occhi bianchi e femmine occhi rossi). Egli ipotizzò che questa progenie
eccezionale risultasse dalla non disgiunzione dei cromosomi X alla meiosi femminile. Perché egli
sospettò che la non disgiunzione stesse avvenendo nella madre? Quali tipi di progenie potrebbero
derivare da non disgiunzione nel padre?
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Soluzione
femmine occhi rossi XXY e maschi occhi bianchi XO, quindi la non disgiunzione maschile non
spiega le eccezioni osservate.
15. In incroci di femmine di Drosophila occhi bianchi con maschi occhi rossi, Bridges recuperò
figlie occhi bianchi e figli occhi rossi con un rapporto di circa uno ogni 2000 discendenti. (Molti dei
discendenti erano maschi occhi bianchi e femmine occhi rossi). Egli ipotizzò che questa progenie
eccezionale risultasse dalla non disgiunzione dei cromosomi X alla meiosi femminile. Qual è il
cariotipo atteso dei maschi eccezionali occhi rossi? Fornisci due modi per verificare questo
cariotipo predetto.
Soluzione
XO, verifiche-1) esaminare i nuclei per il cromosoma Y, 2) testare la fertilità dei maschi.
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CAPITOLO 5
PROBLEMI AGGIUNTIVI CON SOLUZIONE
1. 50 unità di mappa è la distanza di mappa massima misurabile tra due geni in un saggio a due
punti, tuttavia alcuni cromosomi umani sono oltre le 200 unità di mappa in lunghezza. Spiega
questa discrepanza.
R. I saggi a due punti non calcolano i doppi crossover, ciò perché 50 unità di mappa è il massimo
che può essere misurato. Ma a 200 unità di mappa il cromosoma ha una media di quattro crossover
per meiosi.
Nei piselli, il carattere fiori alti (T) è dominante su fiori bassi (t), il carattere fiori rossi (R) è
dominante su fiori bianchi (r), e foglie larghe (W) è dominante su foglie strette (w). Una pianta alta,
rossa, foglie larghe, è incrociata con una pianta bassa, bianca e foglie strette, e la progenie è la
seguente:
Alta rossa foglia larga 381
Alta bianca foglia larga 122
bassa rossa foglia larga 118
Bassa bianca foglia larga379
1000
2. Quale è il genotipo del genitore alto, rosso, foglie larghe?
R. TtRrWW.
3. Stabilisci le relazioni di linkage
R. T/t e R/r sono associati e distano 24 unità di mappa. L’associazione di W/w è sconosciuta.
4. Un ceppo di Neurospora con il genotipo MN è incrociato con un ceppo che è mn. Metà della
progenie è MN e metà mn. Spiega questi risultati.
R. I geni M e N sono completamente associati, così non sono prodotti ricombinanti.
5. Desideri verificare l’ipotesi che i geni C e D non siano associati. Quali sono i valori attesi per
ogni classe, assumendo che i geni non siano associati?
R. 250 per ognuno.
6. Calcola C2 per verificare l’ipotesi che i geni Ce D non siano associati.
R. X2 = 14.4.
7. Determina i gradi di libertà e calcola il valore di p.
R. df = 3; p < .01.
8. Illustra che cosa significa valore p.
C’è meno di 1 probabilità su 100 che le deviazioni dall’atteso siano maggiori di quelle che
potrebbero essere state generate dal caso, o, più semplicemente, c’è meno di 1 probabilità su 100
che i geni Ce D siano associati.
9. Quale avrebbe potuto essere il risultato di questo test se fossero stati contati solo 100 figli e
fossero state osservate le stesse proporzioni?
R. X2 avrebbe dovuto essere tra 1,0 e 2,0, così p sarebbe stata più grande di 0,5; non saremmo stati
in grado di escludere l’ipotesi che non ci sia associazione.
Supponi che l’intervallo di mappa per un particolare cromosoma umano sia: a-1-b-1-c-1-d-1-e-1-f,
in cui i numeri indicano le distanze di mappa.
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10. In un uomo eterozigote per tutti i 6 geni, quale percentuale del suo sperma dovrebbe essere
ricombinante nell’intervallo a-f?
R. 5%
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CAPITOLO 6
PROBLEMI AGGIUNTIVI CON SOLUZIONE
1. Un evento di ricombinazione illegittima può avvenire tra i cromosomi umani X e Y. Da questo
evento si potrebbe generare uno spermatozoo con il cromosoma Y mancante di SRY ( la regione di
determinazione del sesso). Che tipo di individuo potrebbe generare la fecondazione di un uovo da
parte di questo particolare spermatozoo? Indicate sia il genotipo che il fenotipo.
(R. Un individuo XY che si sviluppa come femmina.)
2. Un DNA circolare di 5.0 kb viene tagliato con l’enzima di restrizione EcoRI, il quale è in grado
di tagliare il DNA a doppio filamento. I frammenti derivanti dal taglio sono rispettivamente di 3.0
kb e 2.0 kb. Quando lo stesso frammento di DNA di 5 kb viene tagliato con HindIII , l’enzima
effettua un solo taglio. Descrivete brevemente come potreste determinare se il sito di HindIII si
trova nel frammento EcoRI di 3 kb o nel frammento EcoRI di 2 kb. ( Assumete che il sito di HindIII
si trova a meno di 500 bp da ogni sito EcoRI)
(R. Una doppia digestione con EcoRI e HindIII potrebbe indicare quale frammento EcoRI viene
inoltre tagliato con HindIII.)
3. Griffith scoprì che la forma liscia (S) di S. pneumonite possedeva una capsula polisaccaridica
mentre la forma rugosa (R) ne era sprovvista. Solo la forma S risultava essere virulenta. Descrivete
brevemente come Griffith dimostrò la trasformazione usando batteri R vivi e batteri S morti.
(R. SHK non causa infezione. Rlive non causa infezione. SHK+Rlive = infezione; i batteri R vengono
trasformati con i batteri S.)
4. Quando Meselson e Sthal effettuarono l’esperimento che dimostrò la natura semiconservativa del
processo di replicazione, utilizzarono E.Coli e due isotopi dell’azoto (15N e 14N). Spiegate
brevemente quale sarebbe stato il risultato se la replicazione del DNA fosse stata conservativa.
(R. A seguito della centrifugazione, la prima generazione di replicazione avrebbe dovuto produrre 2
bande, una per 15N e una 14N (no ibrido). La seconda generazione avrebbe dovuto produrre ancora
lo stesso pattern senza rilevare il pattern ibrido.)
5. Siete dei ricercatori di una nuova company biotecnologica. Vi è stato chiesto di escogitare un
piano per produrre la proteina X , la quale ha un importante effetto nel trattamento del cancro
umano, attraverso l’uso di batteri. La proteina X non è una proteina batterica nativa. Descrivete
brevemente la vostra strategia.
(R. Una strategia potrebbe essere la seguente: clonate il gene X in un appropriato plasmide
attraverso l’uso di enzimi di restrizione e ligasi. Introducete poi il plasmide dentro un ospite
batterico cosicché la cellula produrrà la proteina X (la quantità prodotta è quella non tossica per
l’ospite.)
6. Progettate un esperimento per vagliare, attraverso evidenze fisiche, l’ipotesi che durante la
ricombinazione le molecole di DNA si rompono e si riuniscono.
(R. Batteriofagi precedentemente cresciuti con isotopi pesanti o leggeri dell’azoto o del carbonio e
successivamente centrifugati in gradiente di CsCl, possono essere usati per seguire la rottura della
molecola a seguito dell’infezione dei batteri e la conseguente ricombinazione. La presenza nei fagi
ricombinanti di una banda a densità intermedia tra il del DNA fagico di controllo pesante e leggero,
indica l’avvenuta rottura e riunione.)
7. I virus possono avere RNA, ssDNA, o dsDNA come molecola dell’eredità. Progettate un
esperimento che vi permetta di determinare il sistema di trasmissione di un virus sconosciuto.
(R. Infettate dei batteri in crescita con il virus in presenza di uracile radioattivo. Se il virus contiene
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RNA il materiale genetico isolato sarà radioattivo. Per determinare se il DNA è a doppio filamento
o un singolo strand effettuate una digestione con enzimi di restrizione.)
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CAPITOLO 7
PROBLEMI AGGIUNTIVI CON SOLUZIONE
1. I genetisti hanno scoperto mutazioni riguardanti la vista che causano un cono blu
monocromatico. Che cos’è e come agiscono tali mutazioni?
(R. Il cono blu monocromatico è una malattia genetica associata all’X che colpisce la funzione dei
coni del rosso e del verde, causando daltonismo per il rosso e verde. Sono state identificate sette
diverse delezioni che causano questa malattia.)
2. In che modo il DNA può essere alterato rispettivamente da idrolisi, radiazioni, luce UV e
ossidazione?
(R. L’idrolisi di basi A o G sul DNA comporta una depurinazione, il filamento di DNA si presenta
come uno scheletro continuo di zucchero ma con basi aspecifiche nei siti di depurinazione. I raggi
X rompono lo scheletro di zucchero mentre la luce UV induce dimeri di timida. I radicali liberi
dell’ossigeno ossidano le basi trasformandole in analoghi che non formano legami idrogeno corretti
nel doppio filamento di DNA. Durante la replicazione, la riparazione del mismatch comporta un
cambiamento di base che causa mutazione.)
3. Che tipo di mutazione avviene nella malattia genetica Xeroderma pigmentosa e quali sono le
conseguenze?
(R. Gli individui affetti da Xeroterma pigmentosa presentano una mutazione nell’escissione
riparativa, i pazienti affetti da questa malattia sono privi di un’attività enzimatica necessaria per
riconoscere e rimuovere i dimeri di timina.)
4. Cosa sono gli hot spot?
R. Gli hot spot sono siti all’interno di un gene che mutano più frequentemente rispetto ad altri siti.
5. Quali sono le due ipotesi analizzate nel test di fluttuazione di Luria-Delbruck?
(R. Ipotesi 1: le resistenza è una risposta fisiologica
Ipotesi 2: la resistenza aumenta in seguito a mutazioni casuali)
6. Quale tecnica utilizzereste per verificare l’ipotesi che esistono batteri resistenti a più antibiotici in
una popolazione eterogenea?
(R. La tecnica di replicazione in piastra. Ogni piastra, contenente l’antibiotico da testare, indicherà
la resistenza all’antibiotico di singoli batteri all’interno di una popolazione.)
7. Una sostanza chimica X è stata appena analizzata con il test di Ames. Sono stati testati un totale
di 5000 batteri a concentrazioni di 0.001 M, 1 M, 0.1M e 1M e, per ognuna delle quali, sono
cresciute rispettivamente 4, 1, 0 e 200 colonie. Nella piastra di controllo su terreno minimo con
aggiunta di istidina sono state rilevate 5000 colonie mentre nel solo terreno minimo solo due
colonie.
Interpretate questi dati.
(R. La piastra di controllo con istidina contiene 5000 colonie che indicano il numero totale dei
batteri presenti nel campione. La piastra di controllo priva di istidina contiene 2 colonie, questo
indica che il tasso naturale di reversione all’istidina è 2/5000. Solo l’alta concentrazione 1M della
sostanza X causa reversione all’istidina e il tasso di reversione, significativamente più alto rispetto
al controllo, indica che la sostanza chimica X è mutagena solo ad alte concentrazioni.)
8. Un negozio di animali riceve diverse spedizioni di furetti albini. Avete scelto due maschi e due
femmine; una coppia generata dalla stessa figliata e l’altra da due figliate diverse. Alla nascita dei
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vostri furetti, una generazione presenta una normale pigmentazione . Indicate quale generazione è
albina e quale pigmentata e spiegate il perché.
(R. La coppia derivante dalla stessa figliata dovrebbe avere una progenie albina ( dovrebbero
portare una mutazione nello stesso gene) mentre, la coppia con madre e padre senza legami di
parentela, potrebbero avere una progenie pigmentata se ognuno dei due genitori porta una
mutazione in geni diversi coinvolti nella pigmentazione. Ciascuna delle mutazioni dei due furetti
albini non imparentati complementa con altre deficienze genetiche producendo prole pigmentata.)
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CAPITOLO 8
PROBLEMI AGGIUNTIVI CON SOLUZIONE
1. Descrivete le differenze tra mutazioni neomorfe, ipomorfe e ipermorfe.
R. Una mutazione ipomorfa produce una quantità minore di proteina o una proteina con attività ridotta.
Una mutazione ipermorfa produce una quantità di proteina maggiore rispetto alla quantità wild type,
oppure la stessa quantità ma con maggiore attività. Una mutazione neomorfa produce un nuovo fenotipo.
2. Che cos’è una mutazione nulla?
R. Una mutazione nulla abolisce la funzione di una proteina.
3. Immaginate di essere degli studenti che lavorano per un capo ad una ricerca top secret. Vi è stato
chiesto di completare degli esperimenti di traduzione in vitro usando una cultura cellulare segreta con lo
scopo di determinarne il codice genetico poiché credete che queste cellule derivino da una forma di vita
extraterrestre. Dato che avete determinato che i nucleotidi del DNA sono uguali a quelli terrestri ma le
cellule contengono soltanto10 aminoacidi, descrivete come potreste determinare il codice genetico delle
cellule “extraterrestri”.
R. L’analisi delle mutazioni indotte da intercalanti determina la grandezza del codone. Il codice poi
potrebbe essere decifrato attraverso l’uso di corte molecole sintetiche di RNA in un sistema di traduzione
in vitro. L’unione di un singolo aminoacido radioattivo ad un tRNA permetterebbe di testare questo
aminoacido separatamente. Il tRNA con l’aminoacido radiomarcato, più un codone singolo potrebbe
essere miscelato con un lisato contenente ribosomi. La miscela poi potrebbe essere purificata per
filtrazione poichè il complesso ribosoma+tRNA, essendo troppo grande, non riesce a passare attraverso il
filtro. Una volta che sul filtro è presente radioattività, questo indica che il codone testato codifica per
l’aminoacido radiomarcato in questione. Per determinare il codice genetico completo dovete testare tutti e
dieci gli aminoacidi per tutte le combinazioni di codoni.
4. Che cosa sono le mutazioni silenti, di senso e non senso? Comparandole con un controllo wild-type,
quale effetto potrebbero avere queste mutazioni sull’analisi Northern e Western?
R. Le mutazioni silenti sono mutazioni geniche che non hanno conseguenze a livello di fenotipo. Le
mutazioni di senso cambiano il codone in maniera che esso codificherà per un aminoacido diverso, le
mutazioni non senso convertono un codone codificante in un codone di stop o vice versa. La grandezza
delle bande del Northern blot non dovrebbe cambiare ( il cambiamento in codone di stop non cambia la
grandezza dell’RNA). È improbabile un cambiamento nell’intensità a meno che la regione codificante
abbia qualche effetto sconosciuto sulla regolazione. In un Western blot, mutazioni silenti e di senso non
dovrebbero causare nessun cambiamento nella grandezza della banda, tuttavia, è probabile che una
mutazione non senso diminuisca o aumenti la grandezza di una proteina.
5. Ipoteticamente parlando, una particolare proteina chiamata GOTEAM è formata da 1000 amino acidi ed
è nota la sua implicazione nel fenotipo “avid football fan” (tifoso fanatico). Nel genotipo di alcuni
individui è stata trovata una delezione di 2 nucleotidi vicino all’estremità 5' del gene GOTEAM. In altri
individui è stata trovata nella stessa regione una delezione di 99 basi. Qual è la lunghezza del gene
GOTEAM? Quale mutazione pensate possa essere più deleteria per il fenotipo GOTEAM?
R. La regione codificante di GOTEAM è lunga 3000 paia di basi. La delezione di 2 bp dovrebbe essere
più deleteria perché comporterà un cambiamento del registro di lettura del gene mentre la delezione di 99
bp, essendo un multiplo di 3, produrrà una proteina mancante di una regione di 33 aminoacidi ma, se tale
regione non è essenziale per il funzionamento della proteina, la delezione potrebbe non avere importanza
o averne poca.
6. State conducendo uno studio su un insolito organismo procariotico, avete clonato e sequenziato un gene
interessante e la proteina che codifica. Sebbene abbiate sequenziato il gene molte volte, il codone d’inizio
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viene sempre letto come GTG invece di ATG. Come interpretereste questo risultato?
R. L’organismo procariotico dal quale avete clonato il gene ha un sito d’inizio alternativo; GTG invece di
ATG.
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CAPITOLO 9
PROBLEMI AGGIUNTIVI CON SOLUZIONE
1. Quale enzima è usato per generare DNA dai trascritti di RNA, per le genoteche a cDNA?
R. trascrittasi inversa o DNA polimerasi RNA dipendente
2. L’enzima di restrizione EcoRI taglia un frammento lineare di 19kb di DNA in frammenti di 1, 3,
6 e 9kb. Quanti siti EcoRI ci sono nel frammento di 19kb di DNA?
R. 3
3. Una genoteca genomica per un organismo con un genoma aploide di 5 × 107 bp contiene
frammenti di circa 20 kb. Quanti cloni rappresentano un singolo equivalente genomico?
R. 2500
4. La sequenza amminoacidica parziale di una proteina è met-cys-tyr-trp-gln. Scrivi la sequenza
della sonda di DNA che si ibriderebbe al filamento stampo del gene per questa proteina (se più di
una base è possibile ad una data posizione, usa “/” per indicare una miscela di basi).
R. 5' ATG TGT/C TAT/C TGG CAA/G 3'
5. Vorresti produrre una grande quantità di una proteina per un gene che hai proprio recentemente
clonato dal DNA genomico. Come lo faresti?
R. Isola l’mRNA, fai una trascrizione inversa e crea una genoteca a cDNA usando un vettore di
espressione. Marca la genoteca con il tuo clone genomico e usa il vettore di espressione per
produrre la tua proteina in grandi quantità per la purificazione e per studi ulteriori. Tieni a mente
che il vettore di espressione necessita di essere compatibile con l’organismo in cui hai bisogno di
produrre la tua proteina. In molti casi, i procarioti non possono fare in maniera appropriata proteine
eucariotiche, che possono richiedere la produzione in un sistema più costoso ma più adatto.
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CAPITOLO 10
PROBLEMI AGGIUNTIVI CON SOLUZIONE
1. Che cosa è la FISH e, nell’analisi del cariotipo tramite FISH, quale stadio della mitosi è richiesto
per mappare un gene?
R. Ibridazione in situ fluorescente. La mappatura può essere realizzata solo quando gli interi
cromosomi sono visibili: durante la metafase.
2. Che cosa si intende per strategia di sequenziamento per shotgun gerarchici?
R. La strategia di sequenziamento per shotgun gerarchici venne usata dal Progetto Genoma Umano,
finanziato pubblicamente, per produrre una bozza del genoma umano. Questo approccio a passaggi
multipli coinvolge la realizzazione di una genoteca BAC, una mappa di cloni che si sovrappongono
in minima parte per ogni cromosoma, l’analisi di sequenza di piccoli frammenti clonati dei BAC, e
l’assemblaggio della sequenza per ogni singolo cromosoma. La Celera impiegò una strategia per
shotgun dell’intero genoma piuttosto che di un singolo cromosoma, la quale non richiedeva la
costruzione di una mappa fisica.
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CAPITOLO 11
PROBLEMI AGGIUNTIVI CON SOLUZIONE
1. Qual è una stima della distanza di mappa tra le tre coppie di geni collegati?
R. A–D = 25.3 cM, A–E = 10.6 cM, D–E = 35.9 cM
2. Quale caratteristica potrebbe distinguere negli spermatozoi il gene legato all’Y usando marcatori ASO su
un amplificato di PCR?
R. L’allele in ½ degli spermatozoi
3. Quale caratteristica potrebbe distinguere negli spermatozoi il gene legato all’ X usando marcatori ASO su
un amplificato di PCR?
R. L’allele in ½ degli spermatozoi
I loci dei caratteri quantitativi possono esser esaminati usando linee pure di genitori e misurando un
particolare carattere. Se il contributo dell’allele a questo fenotipo è equo, allora il numero dei loci può
essere individuato. La lunghezza delle setole in Drosophila si comporta come un carattere quantitativo. Se
uno dei genitori ha setole di 30 nm e l’altro di 10 nm, allora la progenie F1 avrà setole di 20 nm. Se gli
individui della F1 vengono incrociati per produrre la generazione F2, si osservano le seguenti classi di
individui.
Numero della progenie F2
10
40
60
40
10
Lunghezza delle setole
10
15
20
25
30
4. Quanti diversi genotipi dovreste trovare tra gli individui con setole di10 nm?
R.1
5. Quanti diversi genotipi dovreste trovare tra gli individui con setole di 30 nm?
R. 1
6. Quanti diversi genotipi dovresti trovare tra gli individui con setole di 15 o 25 nm?
R. 2
7. Quanti loci sono coinvolti in questo carattere?
R. 2
8. Se si volesse trovare un marcatore fisico legato al gene che determina la lunghezza delle setole, quali
individui potrebbero essere i più adatti?
R. 10 nm o 30 nm
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CAPITOLO 12
PROBLEMI AGGIUNTIVI CON SOLUZIONE
1. Esaminando delle cellule al microscopio, noti che ci sono due corpi di Barr presenti in ogni
cellula. Qual è molto probabilmente il genotipo delle cellule?
R. XXX
2. Sei in ferie in una regione tropicale distante e scopri ciò che sembra essere una anomala colonia
batterica ma che potrebbe anche essere una “massa” di piccoli organismi eucariotici. Pensi che puoi
avere scoperto una nuova specie e quindi porti via “l’animale” in una borsa di plastica sistemata nel
ghiaccio del tuo refrigeratore. Certamente, la tua nuova forma di vita sarà morta al momento del tuo
arrivo in laboratorio, ma i resti potranno dirti molto. Basandoti sulla struttura del DNA, come
potresti dire se la tua “scoperta” è eucariotica o procariotica?
R. Sono possibili molte risposte ed includono il digerire il DNA con la DNasi e determinare se
siano prodotti multipli regolari di circa 200bp (a causa della protezione esercitata dalla struttura del
nucleosoma eucariotico). Le proteine associate al DNA potrebbero essere isolate e le differenze
potrebbero indicare se il nuovo organismo fosse procariotico o eucariotico.
3. La manipolazione dei Cromosomi Artificiali di Lievito (YAC) può essere usata per verificare le
ipotesi circa la struttura cromosomale eucariotica. Che cosa è uno YAC e come lo utilizzeresti per
verificare le ipotesi che c’è una lunghezza minima richiesta per una corretta funzione cromosomale?
R. Uno YAC è un plasmide batterico con un centromero di lievito, origini di replicazione, sequenze
telomeriche e, generalmente, inserito un gene come marker selezionabile. Variando le lunghezze del
DNA, potrebbe essere inserito in un plasmide e testato per la normale funzione cromosomale. In
questo modo, è stato determinato che un minimo di circa 100,000 bp è necessario per la normale
funzione cromosomale.
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CAPITOLO 13
PROBLEMI AGGIUNTIVI CON SOLUZIONE
1. Che cosa è uno pseudo-linkage?
R. Uno pseudo-linkage è caratteristico di un eterozigote per una traslocazione reciproca, in cui i
geni localizzati vicino al punto di rottura della traslocazione si comportano come se fossero
associati anche se sono derivati da cromosomi non omologhi.
2. Qual è la differenza tra duplicazioni in tandem e non in tandem?
R. Le duplicazioni in tandem sono ripetizioni di una regione poste una di seguito all’altra. Le
duplicazioni non in tandem sono due o più copie di una regione che non sono adiacenti ma possono
trovarsi lontane, sullo stesso cromosoma o su cromosomi diversi.
3. Attualmente sappiamo che diversi organismi hanno un elevato grado di sintenia a livello
genomico. Desideri verificare l’ipotesi che topi di laboratorio e uomo condividano similarità
genomiche. Quali test dovresti compiere e, dato che ora sappiamo che i genomi di topo e umano
sono altamente sintenici, quali risultati ti dovresti aspettare?
R. L’analisi del cariotipo può essere utilizzata per verificare l’ipotesi di similarità genomiche,
comunque solo animali che hanno alta omologia mostreranno dei pattern di bandeggio simili.
Quindi, la FISH (ibridazione in situ fluorescente) sarebbe una tecnica molto utile per determinare la
sintenia. I genomi di topo e di uomo sono simili in quei circa 170 frammenti somiglianti, con
lunghezza media di approssimativamente 18 Mb sono semplicemente riarrangiati (questo non è
visibile in un cariotipo).
4. Stai mappando i caratteri nel tuo organismo preferito ma a te sconosciuto, il tuo organismo
modello di laboratorio contiene una rara delezione. Come saranno influenzati i tuoi risultati di
mappaggio?
R. La distanza di mappa sembrerà più piccola della reale distanza fisica nell’organismo selvatico.
5. Hai scoperto un fenotipo alterato e clonato il gene responsabile. Comunque, il gene che hai
clonato sembra avere una sequenza anomala. Allo scopo di determinare la localizzazione
cromosomica del tuo nuovo gene, hai allestito una FISH, usando solo la sequenza atipica, su diversi
animali. Con tua sorpresa, i risultati della FISH suggeriscono che ogni animale contiene il gene su
un differente cromosoma. Come interpreteresti i tuoi risultati?
R. La sequenza anomala è un trasposone e il tuo “nuovo” fenotipo è stato generato dalla distruzione
del suo gene ad opera del trasposone.
6. Sei un maestro giardiniere e la tua pianta preferita di pomodoro è molto sensibile a un pesticida
chiamato DEADBUG. Vuoi rendere la tua pianta speciale di pomodoro resistente al pesticida che
spruzzi sugli altri cespugli nel tuo giardino. Usando tecniche microbiologiche, fornisci dettagli
completi e sufficienti di come lo faresti (includi lo stato di ploidia).
R. I granelli di polline aploide sono trattati a freddo e piastrati su piastre di agar. Gli embrioni
risultanti sono trattati con un ormone in coltura liquida ed eventualmente cresciuti come una pianta
monoploide. La pianta è trattata con un mutageno per indurre mutazioni che possono risultare in
insensibilità al pesticida. Le cellule somatiche sono rimosse dalle piante trattate e piastrate su agar
contenente DEADBUG. Solo cellule resistenti a DEADBUG cresceranno. L’embrione è di nuovo
trattato con un ormone e cresciuto in una pianta resistente monoploide. Il trattamento con colchicina
permetterà la duplicazione dei cromosomi senza la separazione che ha luogo in una normale pianta
diploide.
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CAPITOLO 14
PROBLEMI AGGIUNTIVI CON SOLUZIONE
1. Un lisato di un trasducente generalizzato P1 da un ceppo selvatico è usato per infettare un ceppo
ricevente leu-thr-ara-. Quando i trasduttanti ara+ sono selezionati, il 47% degli ara+ porta anche
leu+, e il 2% dei trasduttanti ara+ porta anche thr+. Quando i trasduttanti leu+ sono selezionati, il
50% porta anche ara+, ma nessuno porta anche thr+. Qual è l’ordine dei tre geni?
R. L’ordine è leu ara thr (ara è più vicino a leu che a thr). I geni leu e thr non erano cotrasdotti ma
ara e thr erano cotrasdotti a bassa frequenza, perciò essi devono essere più vicini tra loro di leu e
thr.
2. Descrivi come effettueresti uno screening per cellule Arg- derivate da una coltura selvatica di E.
coli.
R. Per aumentare la frequenza di mutazione, prima esponi una coltura selvatica ad un mutageno.
Quindi piastra le cellule mutagenizzate su terreno minimo contenente arginina. Dopo che le colonie
sono cresciute, fai una replica della piastra su terreno minimo privo di arginina. Nota la posizione
delle cellule che crescono sul primo set di piastre, ma non sul secondo. Quelli sono i mutanti Arg-.
3. Attraverso l’uso di differenti ceppi Hfr (H, 1, 2, e 3), che hanno il fattore F inserito nel
cromosoma in punti diversi e in differenti direzioni, gli esperimenti di coniugazione interrotta
possono fornire l’ordine dei geni nel genoma di E.coli. L’ordine lineare di trasferimento dei
marcatori è mostrato sotto per quattro ceppi Hfr. Usando questi dati, costruisci una mappa fisica del
cromosoma di E. coli.
HfrH
Hfr1
Hfr2
Hfr3
thi
pro
lac
gal
gly
lac
pur
his
his
pur
gal
gly
gal
gal
his
thi
pur
his
gly
thr
lac
gly
thi
pro
R. Il cromosoma di E. coli è circolare, e l’ordine dei marcatori è: thi gly his gal pur lac pro thr.
4. In un incrocio Hfr X F, azir entra come primo marcatore, ma l’ordine degli altri marcatori è
sconosciuto. Se Hfr è selvatico e F è auxotrofico per ogni marcatore nell’esperimento, qual è
l’ordine dei marcatori in un incrocio dove sono selezionati i ricombinanti azir se il 61% sono lac+, il
27% sono gal+, l’89% sono tonr, e l’1% sono trp+?
R. L’ordine dei marcatori usati in questo esperimento è: azir, tonr, lac+, gal+, trp+.
5. Viene effettuato un incrocio tra un ceppo Hfr che è met+arg+gly+ e un ceppo F- che è met-arg-gly. Esperimenti di coniugazione interrotta mostrano che gly+ entra nel ricevente per ultimo, così i
ricombinanti gly+ sono selezionati su terreno minimo integrato con metionina e arginina. Questi
ricombinanti sono quindi testati per la presenza degli alleli met+ e arg+. Per ogni genotipo sono
trovati i seguenti numeri di colonie:
gly+met+arg+ 420
gly+met+arg- 11
gly+met-arg+ 0
gly+met-arg 49
a. Perché la glicina (gly) era omessa dal terreno di selezione?
b. Qual è l’ordine dei geni?
c. Quali sono le distanze di mappa in unità di ricombinazione?
R. a. La glicina era omessa allo scopo di permettere la selezione dei ricombinanti gly+, perché gly è
l’ultimo marcatore a entrare nel ricevente in questo esperimento di mappatura. Ciò assicura che tutti
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i loci che sono mappati nell’incrocio siano già entrati in ogni ricombinante che è analizzato. b.
Poiché sappiamo che gly entra nella cellula come ultimo marcatore, ci sono solo due possibili ordini
da considerare: arg-met-gly e met-arg-gly. Poiché il ricombinante gly+ met- arg + non compariva in
questo esperimento, possiamo concludere che esso richiedeva un evento di crossover quadruplo,
indicando che l’ordine dei geni deve essere arg-met-gly. c. Per determinare la distanza di mappa tra
due geni, conta il numero di crossover che avvengono tra loro. Gli eventi di ricombinazione tra arg
e met risulteranno in un fenotipo Gly+ Met+ Arg- (ricorda, tutte le cellule erano prima selezionate
come ricombinanti gly+). Quindi, la distanza tra arg e met è 11/480 = 2,3 unità di mappa. Allo
stesso modo, la distanza di mappa tra met e gly è 49/480 = 10,2 unità di mappa.
6. Un fago trasducente generalizzato è usato per trasdurre un ceppo ricevente di E. coli a- b- c- d- econ un donatore a+b+c+d+e+. La coltura ricevente è piastrata su vari terreni indicati nella seconda
colonna della tabella, con il risultato mostrato nella terza colonna. (Nota che “a-” indica una
richiesta di A come nutriente, ecc.)
Esperimento Composti aggiunti al Presenza (+) o
Numero
terreno minimo
assenza (-) di colonie
1
CDE
2
BDE
+
3
BCE
4
BCD
5
ADE
6
ACE
+
7
ACD
+
8
ABE
9
ABD
10
ABC
a. Per quale fenotipo si sta selezionando in ogni esperimento sopra?
b. Quale dei marcatori sopra può essere cotrasdotto?
c. Che cosa puoi concludere circa l’associazione e l’ordine dei cinque geni?
R. a. L’esperimento1 sta selezionando per i ricombinanti a+ b+, il 2 per a+c+, il 3 per a+d+, quindi
a+e+, b+c+, b+d+,b+e+, c+d+, c+e+, e d+e+ nell’esperimento 10. b. I marcatori che possono essere
cotrasdotti sono a e c, b e d, e b ed e. c. b, d, ed e sono relativamente vicini l’uno all’altro, con b nel
centro. a e c sono vicini l’uno all’altro, ma lontani da b, d, ed e.
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CAPITOLO 15
PROBLEMI AGGIUNTIVI CON SOLUZIONE
1. Uno scienziato studia l’incrocio tra cellule di lievito delle colonie grande e cellule di lievito delle
colonie petite; dopo la sporulazione, quali tipi di colonie di lievito deriveranno dalle spore prodotte,
e in che proporzione?
R. 4 grande: 0 petite.
2. Perché un ricercatore potrebbe attaccare un gene codificante una proteina fluorescente verde ad
una sequenza di DNA prima di trasformare l’mtDNA di una cellula?
R. Per confermare che la trasformazione sia avvenuta con successo, rilevando fluorescenza nel
bersaglio.
3. Gemelli identici derivano da un singolo zigote. Un gemello ha i sintomi della MERFF ma l’altro
gemello non manifesta disturbi. Spiega come ciò possa avvenire.
R. Distribuzione asimmetrica dei mitocondri durante la divisione cellulare iniziale e lo sviluppo.
4. Madre 1 e madre 2 mostrano entrambe un ipotetico fenotipo mitocondriale e nessuno dei due
padri è affetto. Entrambe le famiglie hanno quattro figli. I figli della famiglia 1 sono tutti affetti ma
solo metà dei figli della famiglia 2 mostra il fenotipo. Interpreta questo risultato rispetto al genotipo
delle madri 1 e 2.
R. La madre 1 è omoplasmica e la madre 2 è eteroplasmica per l’ipotetico fenotipo.
5. Nella biologia evolutiva sono utilizzati calcoli statistici e teorie relative alla velocità di
mutazione. Esistono due ipotesi riguardo all’evoluzione dell’uomo. Una, chiamata teoria della
sostituzione, ipotizza che gli uomini siano vissuti contemporaneamente ad altre specie di ominidi e,
semplicemente, le abbiano sostituite per esistere oggi. La seconda ipotesi è che l’uomo moderno sia
un diretto discendente dell’uomo di Neanderthal ma che, come risultato di una perdita genetica
casuale o di selezione negativa, esistano tra le due specie grandi discrepanze di sequenza. Quale
scoperta e quale esperimento sono necessari per verificare queste due ipotesi che si escludono
mutuamente?
R. La scoperta e l’esame dell’mtDNA di un uomo di Neanderthal Nord Africano. L’analisi del
DNA mitocondriale dell’uomo di Cro-Magnon potrebbe essere, inoltre, di sostegno per l’una o
l’altra ipotesi.
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CAPITOLO 16
PROBLEMI AGGIUNTIVI CON SOLUZIONE
1. Per ognuno dei seguenti fenotipi indicate se la produzione di una β-galattosidasi normale è
costitutiva, induttiva, o assente:
(A) I+p+o+Z+Y +A +, (B) I-p+o+Z+Y+A +, (C) I+p+ocZ-Y+A+, (D) I+p+o+Z -Y +A+.
R. (A) induttiva, (B) costitutiva, (C) assente, (D) assente
2. Spiegate in che modo la presenza o l’assenza dell’aminoacido triptofano attenua la trascrizione
dei geni dell’operone del trp.
R. Il trp conduce ad attenuazione dell’espressione genica attraverso una prematura terminazione
della trascrizione. Ci sono circa 140 basi a monte del primo gene del trp, questa regione di DNA
che precede il gene è chiamata sequenza leader. C’è un breve registro di lettura aperto nella
sequenza leader che contiene 14 codoni, due dei quali codificano per il trp. Quando il triptofano è
presente, il ribosoma supera velocemente i codoni del trp e procede verso i codoni finali della
sequenza leader, questo comporta la formazione di una struttura a forcina che coinvolge le regioni 3
e 4, causando la terminazione della trascrizione e quindi l’attenuazione dell’espressione dei geni
trp. In assenza di triptofano, il ribosoma si ferma nei pressi dei due codoni del trp nell’RNA leader,
si forma la struttura a forcina nella ragione 2 e 3 mentre la formazione della forcina nella regione 34 è inibita e la trascrizione procede attraverso al sequenza leader fino ai geni strutturali.
3. Quale fenotipo dovrebbe derivare da una mutazione nel gene della proteina CRP e perché?
R. Una mutazione nella proteina CRP comporterebbe un fenotipo inducibile a basso livello, dovuto
al fatto che il complesso CRP-cAMP non agirebbe più come regolatore positivo che favorisce la
polimerasi nell’inizio della trascrizione.
4. Più di 20 diverse proteine che legano il DNA nei batteri soni simili al repressore LacI, generati
dalla famiglia dei repressori LacI. Perché non tutte legano e reprimono l’operatore lac?
R. Ogni repressore LacI riconosce differenti sequenze di DNA dell’operatore, per questo ogni
repressore agisce solo su un gene specifico.
5. Quale fu il vantaggio per Jacob e Monod nella selezione di E. coli attraverso l’uso di lattosio che
portò alla scoperta del concetto di operone nella regolazione genica?
R. Il vantaggio nell’uso del lattosio in E.coli risiede nella possibilità di far crescere in coltura un
gran numero di cellule batteriche e isolare facilmente mutazioni rare.
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CAPITOLO 17
PROBLEMI AGGIUNTIVI CON SOLUZIONE
1. Descrivi due modalità di azione attraverso le quali l’interferenza dell’RNA può modulare
l’espressione genica.
R. Un perfetto appaiamento ibrido tra il miRNA e la sequenza dell’mRNA bersaglio, si risolve nella
mancanza di taglio da parte del RISC. I successivi tentativi dei ribosomi di tradurre l’mRNA legato
al RISC sono bloccati dal complesso RISC e la traduzione è impedita.
2. Descrivi il processo di interferenza dell’RNA, iniziando dalla produzione di miRNA durante la
formazione di complessi miRISC.
R. I trascritti primari miRNA sono trascritti da introni, o da quadri di lettura aperti privi di ORF,
dall’RNA polimerasi II. La loro espressione è governata da enhancer cis-agenti ed è tessuto
specifica. Il lungo trascritto primario di 60-120 ribonucleotidi (pri-miRNA) riceve un cappuccio
GTP al 5’ e una coda poli-A al 3’. Il trascritto si dispone in strutture ad ansa a forcina che guidano
l’attivazione di Drosha. Drosha è una RNAse che taglia la struttura ad ansa a forcina alla sua base.
Il pre-miRNA processato è esportato dal nucleo al citoplasma, dove è ulteriormente processato da
un’altra RNAsi chiamata Dicer, che taglia l’ansa e digerisce ribonuceotidi da entrambe le estremità
per produrre un RNA duplex di 21-24 basi. Il duplex miRNA/miRNA * risultante è caricato sul
RISC, che degrada il filamento senso del miRNA*. Il risultante complesso miRISC è ora un agente
attivo dell’interferenza dell’RNA.
3. Stai studiando un gene di topo specifico di una regione del cervello. Hai clonato e sequenziato il
gene ma desidereresti identificare le sequenze di DNA che dirigono la specificità della regione.
Descrivi una tecnica sperimentale ti permetterebbe di prendere ciò in esame.
R. Potresti clonare la regione a monte, il 5’UTR, gli introni e il 3’UTR, individualmente, in costrutti
reporter, e creare dei topi trangenici. Il segmento di DNA responsabile per la regolazione
dell’espressione della regione permetterebbe la trascrizione del gene reporter nella regione del
cervello di interesse, mentre la altre sequenze di DNA non la consentirebbero.
4. Descrivi i risultati che ti aspetteresti da un’analisi Northern e Western se un ipotetico gene fosse
up-regolato a livello trascrizionale in risposta alla presenza di zinco. Come differirebbero i tuoi
risultati se lo zinco agisse per ridurre il turn-over proteico?
R. In presenza di zinco, l’analisi Northern mostrerebbe più mRNA (una banda più scura) per il gene
rispetto ai controlli senza zinco. L’analisi Western rivelerebbe inoltre più proteina in presenza di
zinco, se non avvenissero altre variazioni di regolazione. Nell’ultimo caso, in cui lo zinco era
ritenuto responsabile del turnover proteico, non ci dovrebbe essere differenza nell’intensità delle
bande tra campione di controllo e trattato con lo zinco sul Northern blot, ma un incremento di
proteina rilevata sul Western blot.
5. Hai clonato e sequenziato un nuovo gene di topo e desidereresti sapere se la struttura della
cromatina può effettuare la sua trascrizione. Tratti con DNasi e quindi fai un’analisi Southern. Nella
razza di topo con un ipotetico fenotipo A, rilevi il tuo gene, ma esso non è presente nei campioni
trattati con DNasi dalla razza di topo con fenotipo B. Quale sospetti sia la causa?
R. La rivelazione del tuo gene su un Southern blot indica che il DNA genomico per il tuo gene era
protetto dai nucleosomi dalla digestione della DNasi, e quindi dovrebbe essere inattivo. Al
contrario, quando un gene non è rivelato sull’analisi Southern a seguito della digestione con DNasi,
il gene non è protetto dalla struttura cromatinica e quindi dovrebbe essere attivo in vivo.
6. Il Gene A ha imprinting materno mentre il Gene B ha imprinting paterno. Una Mamma con Geni
A e B imprinted e un Papà con un Gene A imprinted hanno una figlia e un figlio. I figli sposano poi
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individui non imprinted per ambedue i geni. Qual è lo stato di imprinting della figlia e del figlio,
rispettivamente? Se ogni matrimonio si risolve nella nascita di una figlia e di un figlio, quale ti
aspetti sia lo stato di imprinting del gene A e B per i nipoti?
R. La Mamma ha Geni A e B imprinted, ma trasmette solo un Gene A imprinted (a tutti i suoi figli).
Il Papà ha un Gene A imprinted, ma, poiché questo è un gene a imprinting materno, non trasmette
nessun imprinting ai suoi figli. Quindi, tutti e quattro i figli ereditano un Gene A imprinted e un
Gene B non imprinted. I figli della figlia saranno i soli nipoti con imprinting e, conseguentemente,
solo sul Gene A. I figli del figlio non sono imprinted per il Gene A o B.
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CAPITOLO 18
PROBLEMI AGGIUNTIVI CON SOLUZIONE
1. Che cosa si intende per “fattore di crescita”?
R. I fattori di crescita sono molecole che influenzano la proliferazione cellulare. Generalmente i
fattori di crescita stimolano la proliferazione associandosi con recettori proteici sulle cellule.
2. Che cosa si intende per “glioblastoma multiforme”?
R. Il glioblastoma è la forma più maligna di tumore al cervello, deriva da mutazioni multiple in geni
che regolano la proliferazione delle cellule gliali.
3. Un paziente presenta tumori in vari organi. Avete genotipizzato diversi geni, spesso collegati
all’insorgenza del cancro, scoprendo che le cellule derivanti da questi diversi tumori presentano lo
stesso genotipo per tutti i geni testati. Come interpretereste questi dati?
R. I risultati ottenuti suggeriscono che le cellule sono clonali derivanti cioè da una singola cellula.
Le cellule tumori presenti nei diversi organi sono geneticamente identici per i geni testati.
4. Vorreste determinare quali geni sono espressi in modo aberrante in certi tipi di cancro. Come
misurereste una possibile differenza di trascrizione a livello genomico tra cellule cancerose e
cellule normali?
R. Una possibile differenza di trascrizione può essere misurata isolando cellule tumorali e normali
per un analisi con microarray usando chip contenenti l’intero genoma umano. Differenze di
espressione sono identificabili attraverso la fluorescenza rossa e verde indicando maggiore o minore
espressione nelle cellule tumorali comparate con le normali cellule di controllo.
5. Avete identificato una mutazione nel Gene X che compare insieme a mutazioni in altri tre geni
causando un incremento di probabilità per certi tipi di cancro. Sviluppate un saggio per testare i
pazienti per il polimorfismo del Gene X.
R. E’ necessario avere informazioni sulla sequenza per determinare differenze nei siti di restrizione
tra l’allele wt e mutante. Usando un enzima che taglia l’uno ma non l’altro potete effettuare
un’analisi Southern su ciascun DNA digerito e verificare la presenza di una o due bande. Oppure
potete disegnare dei primers per PCR e rilevare direttamente le bande su un gel elettroforetico.
6. Usando il lievito, desiderate testare l’ipotesi che le due nuove mutazioni temperatura-sensibile
che avete isolato sono coinvolte in fasi diverse del ciclo cellulare. Indicate un protocollo
sperimentale necessario per fare questo.
R. Un possibile metodo potrebbe essere quello di testate sia il mutante singolo per l’arresto del ciclo
cellulare sia il doppio mutante ( esperimento di epistasi) contenente ambedue le mutazioni. Il
fenotipo del doppio mutante sarà uguale ad uno dei due mutanti singoli. Questo rappresenterà il
gene coinvolto per primo nelle due fasi del ciclo cellulare.
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CAPITOLI 19 e 20
PROBLEMI AGGIUNTIVI CON SOLUZIONE
1. Che cos’è la migrazione? Qual è il suo effetto sull’equilibrio Hardy-Weinberg?
(R. La migrazione è il movimento di individui da una popolazione a un’altra. Il risultato è un
cambiamento della frequenza di questa popolazione. Questo cambiamento si traduce in frequenze
alleliche che non rimangono costanti a lungo da generazione a generazione come predetto
dall’equilibrio Hardy-Weinberg.)
2. Che cos’è la deriva genetica? E’ dipendente dalla grandezza della popolazione?
(R. Per deriva genetica si intende un cambio di fluttuazione nella frequenza allelica. La deriva
genetica interessa una popolazione piccola poiché la perdita di un singolo individuo con un dato
genotipo altera drasticamente le frequenze del gene nella rimanente popolazione.)
3. In che modo l’effetto del fondatore impone la composizione genetica in una nuova popolazione?
(R. In una nuova popolazione il fondatore è l’unica fonte di alleli di un dato gene. Quindi la
composizione genetica è totalmente dipendente dai tipi di alleli del fondatore che tipicamente si
incrociano tra loro, e esiste la tendenza a conservare gli alleli trovati nella popolazione originaria.)
4. Che cos’è la selezione? In che modo altera le frequenze alleliche?
(R. La selezione è un processo attraverso il quale gli individui sono selezionati per la sopravvivenza
e la riproduzione. La progenie contiene le informazioni genetiche parentali. Gli organismi con
maggiore successo avranno più progenie, un numero maggiore dei loro geni.)
5. Definite in termini genetici una popolazione.
(R. Una popolazione è un gruppo di individui della stessa specie che si possono incrociare tra loro e
che abitano nella stessa area nello stesso periodo di tempo.)
6. Qual è la differenza tra frequenza fenotipica, frequenza genotipica e frequenza allelica?
(R. Per frequenza fenotipica e genotipica si intende la proporzione di individui in una popolazione
che mostrano rispettivamente un particolare fenotipo o hanno un particolare genotipo. Per frequenza
allelica si intende la proporzione, in una popolazione, di tutte le copie di un gene che compaiono
sotto forma di un particolare allele.)
7. Quali sono le cinque assunzioni da cui dipendono le derivazioni della legge di Hardy-Weinberg?
(R. Le cinque assunzioni alla base della legge di Hardy-Weinberg sono le seguenti:
1. la popolazione comprende un numero di individui molto alto virtualmente infinito
2. gli individui si incrociano a caso
3. nel pool genico non devono apparire nuove mutazioni
4. non si deve verificare migrazione
5. non ci devono essere differenze genotipo-dipendenti nella capacità di sopravvivere fino all’età
riproduttiva e di trasmettere i geni alla generazione successiva.)
8. Qual è la differenza tra selezione naturale e selezione artificiale?
(R. La selezione naturale è la progressiva eliminazione degli individui con fitness bassa e la
riproduzione degli individui con fitness alta. La selezione artificiale è simile alla selezione naturale
in quanto gli individui con fitness bassa possono essere selezionati contro ma in questo caso gli
incroci sono controllati e la selezione desiderate è intenzionale.)
9. Elencate cinque forze che causano un cambiamento della frequenza all’elica in una popolazione e
discutete perché l’eliminazione di un allele recessivo deleterio è quasi impossibile.
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(R. La frequenza allelica è alterata da deriva genetica, migrazione, mutazione, selezione naturale e
incroci non casuali. L’eliminazione di un allele recessivo deleterio è quasi impossibile poiché
nell’eterozigote, tale allele, non subisce una selezione negativa contro, in questo modo rimane un
allele insolito nella popolazione. Inoltre, per alcuni alleli c’è il vantaggio dell’eterozigote, che
contribuirà a selezionare l’allele deleterio recessivo.)
10. Spiegate perché una popolazione è portatrice di maggiore diversità genetica rispetto ad un
singolo individuo.
(R. Nel caso di alleli multipli, come quelli del sistema del gruppo sanguigno AB0, il massimo
numero di alleli che un individuo può portare è 2, mentre una popolazione può portarli molti.)
11. In una popolazione naturale di cani delle praterie un gene ha tre alleli, i quali possono essere
determinati attraverso un’analisi elettroforetica seguita da amplificazione per PCR. Le rispettive
bande sono grandi 170, 200, e 230 paia di basi. Dalla genotipizzazione di 1000 animali avete
trovato le seguenti frequenze per i sei differenti genotipi: 170/170=0.06, 200/200=0.58,
230/230=0.04, 170/200=0.20, 170/230=0.02, 200/230=0.10.Qual’è la frequenza allelica? La
popolazione si trova in equilibrio Hardy-Weinberg?
(R. f(170)= 0.06 + ½ (0.20) + ½ (0.02) = 0.17
f(200)= 0.58 + ½ (0.20) + ½ (0.10) = 0.73
f(230)= 0.04 + ½ (0.02) + ½ (0.10) = 0.10
(p + q + r)2 = p2 + q2 + r2 + 2pq + 2pr + 2qr = 0.03 + 0.53 + 0.01 + 0.25 + 0.03 + 0.15
Queste non sono le frequenze alleliche osservate, quindi la popolazione non è in equilibrio.)
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