1/2

Genetica formale
Modalita’ della trasmissione dei caratteri da una
generazione all’altra.
I metodi che Gregorio Mendel sviluppo’ verso la meta’
del 1800 sono quelli ancora in uso oggi e rappresentano
una parte fondamentale dell’analisi genetica.
1
Studio di un fenomeno biologico
isolare e caratterizzare le varianti genetiche che
colpiscono (alterano) il processo stesso.
Ogni variante o mutazione permette di identificare
un distinto componente genetico.
Organismi sperimentali
-con ciclo vitale breve
-progenie numerosa
-facili da manipolare
-variabilita’ tra gli individui
2
Le leggi di Mendel
3
Gregor Mendel (1822-1884)
Propose per primo, nel 1865,
il concetto di GENE.
(il termine “gene” fu coniato
da Johannsen nel 1909)
Prima di Mendel: eredità per mescolamento
Mendel: eredità particolata
4
Riproduzione: fusione di due cellule specializzate dette
gameti
Prima di Mendel
“eredità per mescolamento”
“uovo e spermio (i gameti) contengono essenze
derivanti dalle diverse parti del corpo del genitore.
Queste essenze si mescolano per formare il nuovo
individuo”
Mendel
“eredità particolata”
“i caratteri sono determinati da unità discrete che
vengono trasmesse intatte da una generazione
all’altra”
5
Le leggi di Mendel
-Scelta dell’organismo giusto
-Piano sperimentale semplice (pochi caratteris da seguire)
-Quantificazione dei risultati
Metodo di ricerca ipotetico deduttivo
Interpretazione semplice dei rapporti numerici ottenuti
Esperimenti precisi per saggiare l’ipotesi
6
Pisum sativum
•ampia gamma di forme e colori
•autofecondazione e fecondazione incrociata
stimma
antera
(porta il polline)
ovario
ovulo
7
Vantaggi sperimentali delle piante di piselli
•tempo di generazione breve
•numerosità della progenie
•poco spazio occupato
•basso costo
8
Trasmissione ereditaria di un
singolo carattere
(Per “carattere” si intende una specifica
proprietà di un organismo)
9
Caratteri delle piante di piselli studiati da Mendel
semi lisci o grinzosi
interno del seme giallo o verde
baccelli verdi o gialli
petali porpora o bianchi
baccelli semplici o concamerati
fiori assiali o terminali
fusto lungo o corto
10
Le diverse varietà che un carattere può
assumere si chiamano fenotipi
es.
fenotipo bianco
fenotipo purpureo
11
Linea pura = popolazione che
attraverso le generazioni resta
identica per un dato carattere
12
I° incrocio: pianta a fiori purpurei x pianta a fiori bianchi
F1 tutte piante a fiori purpurei
P = generazione
parentale
F1 = prima
generazione
filiale
13
L’incrocio reciproco dava lo stesso risultato
14
Autofecondazione
F2
F1 x F1
705 piante a fiori purpurei
RAPPORTO
3
224 piante a fiori bianchi
:
1
Il fenotipo bianco riappariva alla
seconda generazione!
15
Lo stesso rapporto 3:1 si ritrovava anche per gli altri 6
caratteri
semi lisci o grinzosi
interno del seme giallo o verde
baccelli verdi o gialli
petali porpora o bianchi
baccelli semplici o concamerati
fiori assiali o terminali
fusto lungo o corto
16
17
DOMINANTE e RECESSIVO
ll “fattore” latente si definisce
RECESSIVO
il “fattore” espresso si definisce
DOMINANTE
18
P seme giallo
x
seme verde
F1 tutti semi gialli
giallo è
dominante su
verde
Autofecondazione F1 x F1
F2
1/4
gialli puri
3/4 semi gialli
2/4
gialli “impuri”
1/4 semi verdi
1/4
verdi puri
19
Cosa dedusse Mendel dai risultati dei suoi esperimenti?
1. I determinanti ereditari sono di natura particolata
2. I geni sono presenti a coppie. Ogni carattere è controllato da due geni
(chiamati alleli). Nelle linee pure i due alleli sono uguali. Nelle piante F1 sono
presenti un allele per il fenotipo dominante ed uno per il fenotipo recessivo
3.I membri di ciascuna coppia genica si separano con uguale frequenza nei
gameti (Principio della segregazione)
4.Ogni gamete porta solo un membro di ciascuna coppia genica
5. I gameti si combinano per formare lo zigote indipendentemente dal
membro della coppia genica in essi contenuto
20
Modello
A = allele dominante
a = allele recessivo
21
Gli individui A /a sono chiamati eterozigoti
o ibridi,mentre gli individui delle linee pure
sono chiamati omozigoti.
A /A è un omozigote dominante;
a /a è un omozigote recessivo.
22
YY
x
Yy
x
F1
1/2
F2
1/2
Y
1/2
y
Y
YY
Yy
quadrato di Punnet
yy
Yy
1/2
y
YY 1/4
Yy
yy
Yy 1/4 + 1/4= 2/4 = 1/2
yy 1/4
23
Il genotipo è la costituzione genetica
del carattere
rapporto
fenotipico
rapporto
genotipico
giallo verde
3 :
1
YY
Yy
yy
1/4
1/2 1/4
24
Verifica delle ipotesi
(Test-cross o Reincrocio)
Rapporto osservato
58 : 52
25
I° legge di Mendel: I due membri di una
coppia genica segregano (si separano) l’uno
dall’altro nei gameti, metà dei quali riceve
un membro della coppia, mentre l’altra
metà riceve l’altro membro
26
Trasmissione ereditaria
di due caratteri
27
Mendel studiò la trasmissione contemporanea di due
caratteri
Carattere
fenotipo
Forma del seme
liscio/rugoso
Colore del seme
giallo/verde
28
lisci verdi x rugosi gialli
F1
Liscio > rugoso
Giallo > verde
lisci gialli
F1
F2
lisci gialli
x F1
315 lisci gialli
108 lisci verdi
101 rugosi gialli
32 rugosi verdi
556 semi
lisci gialli
9
3
3
1
29
Mendel trovò lo stesso tipo di
rapporto 9:3:3:1 studiando anche
altre coppie di caratteri
Mendel considerò un carattere alla volta
30
315 lisci gialli
108 lisci verdi
101 rugosi gialli
32 rugosi verdi
556 semi
lisci/rugosi
lisci 315+108 = 432 ; rugosi 101+32 = 133
rapporto
3 liscio :
1 rugoso
gialli/verdi
gialli 315+101 = 416; verdi 108+32 = 140
rapporto
3 giallo
:
1 verde
31
Mendel intuì che
ciascun carattere veniva trasmesso
indipendentemente dall’altro
32
R = liscio r = rugoso
Y = giallo y = verde
liscio verde
rugoso giallo
gameti
Y
liscio giallo
33
Il diibrido RrYy formerà 4 tipi di gameti contenenti
ciascuno un allele per il carattere “forma del seme”
(R o r ) e un allele per il carattere “colore del seme”
(Y o y). Questi gameti verranno prodotti con la
stessa frequenza pari ad 1/4
RY
Ry
rY
ry
34
RrYy
RrYy
35
Rapporti genotipici
RRYY 1/16
RRYy 2/16
RRyy 1/16
RrYY 2/16
RrYy 4/16
Rryy 2/16
rrYY 1/16
rrYy 2/16
rryy 1/16
Rapporti fenotipici
lisci gialli
lisci verdi
rugosi gialli
rugosi verdi
9
3
3
1
R-YR-yy
rrYrryy
36
II° legge di Mendel: coppie geniche
differenti assortiscono in maniera
indipendente durante la formazione dei
gameti
37
Testcross per confermare la seconda legge di Mendel
YyRr
gialli lisci
x
yyrr
verdi grinzosi
yrr
1/4 YR
YyRr
1/4 gialli lisci
1/4 Yr
Yyrr
1/4 gialli grinzosi
1/4 yR
yyRr
1/4 verdi lisci
1/4 yr
yyrr
1/4 verdi grinzosi
38
I caratteri alternativi sono determinati da
FATTORI DISCRETI che portano l’informazione ereditaria
Ogni fattore (GENE) esiste in forme alternative (ALLELI)
che determinano la caratteristica visibile (FENOTIPO)
2 alleli uguali = OMOZIGOSI
2 alleli diversi = ETEROZIGOSI
Allele che determina la caratteristica visibile è
DOMINANTE sull’altro che è RECESSIVO
39
I legge di Mendel:
I due membri di una
coppia genica segregano (si separano)
l’uno dall’altro nei gameti
II legge di Mendel
(assortimento indipendente):
Geni che controllano
caratteri diversi si distribuiscono in modo
indipendente nei gameti
40
Elementi di calcolo delle probabilità
Probabilità = N° di casi in cui un evento si manifesta
N° delle opportunità che esso ha di accadere
41
Qual’è la probabilità che lanciando un dado esca un tre?
P(di un tre)= 1/6
Regola del prodotto = la probabilità che due eventi
indipendenti si verifichino è data dal prodotto delle
probabilità dei singoli eventi.
42
Regola del prodotto
Qualè la probabilità che lanciando due dadi esca tre su
tutti e due?
P(di due tre)= 1/6 x 1/6= 1/36
x
1/6
1/6
43
Regola della somma = la probabilità che si
verifichino o l’uno o l’altro di due eventi
mutualmente escludentesi è data dalla somma delle
loro singole probabilità.
44
Regola della somma
Qual’è la probabilità che lanciando due dadi escano O due
tre O due quattro?
P(di due tre o di due quattro)=
=1/36 + 1/36 =1/18
1/6
1/6
x
1/6
x
1/6
45
Ramificazioni per prevedere i rapporti genotipici derivanti
da un incrocio AaBb x AaBb
AABB 1/16
¼ AA
¼ BB
½ Bb
¼ bb
½ Aa
¼ BB
½ Bb
¼ bb
AaBB 1/8
¼ aa
¼ BB
½ Bb
¼ bb
aaBB 1/16
AABb 1/8
AAbb 1/16
AaBb 1/4
Aabb 1/8
Numero delle
coppie geniche
eterozigoti
n
=
2
=
3 3 9
aaBb 1/8
aabb 1/16
46
Ramificazioni per prevedere i rapporti fenotipici derivanti da
un incrocio AaBb x AaBb
Numero delle
coppie geniche
eterozigoti
¾ A-
¼ aa
¾ B-
A-B- 9/16
¼ bb
A-bb 3/16
¾ B-
aaBB 3/16
¼ bb
aabb 1/16
2n = 22 = 4
47
Ramificazioni per prevedere i gameti formati da un
individuo AaBb
½A
½a
½B
AB 1/4
½b
Ab 1/4
½B
aB 1/4
½b
ab 1/4
Numero delle
coppie geniche
eterozigoti
2 n = 22 = 4
48
lisci verdi x rugosi gialli
F1
lisci gialli
F1
F2
lisci gialli
x F1
liscio>rugoso
giallo>verde
lisci gialli
315 lisci gialli
108 lisci verdi
101 rugosi gialli
32 rugosi verdi
556 semi
49
315 lisci gialli
108 lisci verdi
101 rugosi gialli
32 rugosi verdi
556 semi
lisci/rugosi
lisci 315+108 = 432 ; rugosi 101+32 = 133
rapporto
3 liscio :
1 rugoso
gialli/verdi
gialli 315+101 = 416; verdi 108+32 = 140
rapporto
3 giallo
:
1 verde
50
3/4 gialli
lisci gialli 3/4 x 3/4 = 9/16
1/4 verdi
lisci verdi 3/4 x 1/4= 3/16
3/4 lisci
3/4 gialli
rugosi gialli 1/4 x 3/4= 3/16
1/4verdi
rugosi verdi 1/4 x 1/4= 1/16
1/4 rugosi
51
Analisi statistica: il test del chi-quadrato (c2)
Serve a verificare se i risultati ottenuti in un
dato esperimento si discostano dai risultati
attesi soltanto per effetto del caso
52
RrYy x rr yy
Liscio giallo
rugoso verde
Risultati osservati
Tot.
Ipotesi zero:
I geni assortiscono indipendentemente
(rapporto 1:1:1:1)
Risultati attesi
154 lisci gialli
142 lisci gialli (RrYy)
124 lisci verdi
142 lisci verdi (Rryy)
144 rugosi gialli
142 rugosi gialli (rrYy)
146 rugosi verdi
142 rugosi verdi (rryy)
568
Tot. 568
53
La differenza osservata è casuale?
L’ipotesi zero è confermata?
54
Il metodo del chi quadro consente di determinare
qual’è la probabilità che la discrepanza tra i
risultati ottenuti in un esperimento ed i risultati
attesi sia dovuta al caso
Se questa probabilità è alta (rispetto ad una soglia
di accettazione) allora l’ipotesi di partenza è
corretta, se la probabilità è piccola l’ipotesi va
scartata
55
Calcolo del chi quadrato
Per ogni classe, si
calcola la
differenza tra
valore osservato
ed atteso, la si
eleva al quadrato,
la si divide per il
valore atteso, e
infine si fa la
somma dei risultati
ottenuti per tutte
le classi.
Numero delle classi -1
56
Soglia di
accettazione/rifiuto
57
Procedura per effettuare il test del chi quadro
1) Formulare un’ipotesi semplice su cui costruire
un’attesa precisa
(Es Ipotesi zero: assortimento indipendente)
2) Calcolare il chi quadro
3) Stimare p(c2)
4) Rifiutare o accettare l’ipotesi zero
58