GENETICA
La teoria cromosomica dell’eredità:
Sex-linkage e non disgiunzione
Morgan e il “Fly Lab”
Coesione dei sister cromatidi
Coesione dei sister cromatidi : tali cromatidi
sono legati da ponti proteici durante la metafase
Legame mantenuto fino all’anafase
Assicura un'adeguata separazione dei sister
cromatidi durante la mitosi
Fattori chiave in Meiosi I
Durante la profase, i cromosomi omologhi vanno
in sinapsi formando un complesso che forma i
bivalenti
Lo scambio tra sister cromatidi di cromosomi
omologhi vengono osservati come chiasma, sito
del crossing-over
Durante l’anafase, il centromero non si divide, così
i cromosomi omologhi segregano ed il complemento cromosomico delle cellule si riduce (2n >
n). Dunque, la Meiosi I si riferisce alla fase di
divisione reduzionale
Fattori chiave in Meiosi II
La Meiosi II è fondamentalmente una divisione
mitotica, eccetto che per la presenza di solo la
metà del numero dei cromosomi
I centromeri si separano nell’anafase di Meiosi II,
ed i sister cromatidi derivanti dalla fase S prima di
Meiosi I segregano
I prodotti di Meiosi II sono 4 cellule con complemento cromosomico pari a n. Tali cellule sono
quindi aploidi
Ma cosa c’entra questo con Mendel?
Mendel predisse che i suoi fattori devono essere in
coppia per spiegare i suoi dati sul monoibrido. I
primi citologi mostrarono che i cromosomi sono in
coppia
Mendel predisse che alla formazione dei gameti, i
geni a coppia devono segregare ed ogni membro
della coppia era rappresentato ugualmente nei
gameti. In metafase I, i cromosomi omologhi
segregano ai poli opposti del fuso
Mendel predisse che i gameti devono portare un
fattore. I prodotti della meiosi sono infatti aploidi
Cromosomi e Segregazione
Review of Lecture
Il principio di uniformità di Mendel : in un incrocio tra due linee
omozigoti estreme per un carattere (es. giallo vs. verde), la
progenie ibrida F1 mostrerà solo uno dei due fenotipi parentali
Il concetto della dominanza tiene conto del principio dell’uniformità asserendo che per ciascun gene, uno dei due elementi
maschera il fenotipo dell’altro nell’ibrido
Il fenomeno della dominanza rivela che la manifestazione esterna, o fenotipo, di un individuo non riflette necessariamente la
sua costituzione genetica, o genotipo
Il principio della segregazione di Mendel : i due elementi in una
coppia genica segregano tra loro nei gameti cosicchè la metà dei
gameti porta un membro della coppia e l’altra metà l’altro
Il principio della fertilizzazione random di Mendel : l’unione dei
gameti durante la fertilizzazione è random, e si verifica senza
riguardo verso il membro della coppia genica che è portato nel
gamete
Cromosomi e Assortimento
Indipendente
Review of Lecture
Il principio di uniformità di Mendel : in un incrocio tra due linee
omozigoti estreme per un carattere (es. giallo vs. verde), la
progenie ibrida F1 mostrerà solo uno dei due fenotipi parentali
Il concetto della dominanza tiene conto del principio dell’uniformità asserendo che per ciascun gene, uno dei due elementi
maschera il fenotipo dell’altro nell’ibrido
Il fenomeno della dominanza rivela che la manifestazione esterna, o fenotipo, di un individuo non riflette necessariamente la
sua costituzione genetica, o genotipo
Il principio della segregazione di Mendel : i due elementi in una
coppia genica segregano tra loro nei gameti cosicchè la metà dei
gameti porta un membro della coppia e l’altra metà l’altro
Il principio della fertilizzazione random di Mendel : l’unione dei
gameti durante la fertilizzazione è random, e si verifica senza
riguardo verso il membro della coppia genica che è portato nel
gamete
E cosa succede all’assortimento
indipendente?
Evidenze della Teoria Cromosomica
dell’Eredità
Descrizione del Sex-linkage di T. H. Morgan
– Tratti che segregano con il sesso, seguono la
segregazione del cromosoma X (Eredità limitata dal
sesso in Drosophila)
Eredità Limitata dal Sesso in
Drosophila (T. H. Morgan 1910)
L’incorrere di un gruppo di mutanti (maschi) per
l’occhio bianco aiuta Morgan a identificare la
natura della mutazione
Egli fece incroci standard con femmine dagli occhi
rossi
La progenie F1 dimostrarono che il colore rosso
dominava sul bianco, non appariva un sex linkage
in questa generazione
Mutanti a occhi Bianchi e sex-linkage
Dopo un anno di tentativi, Morgan trovò un mutante
spontaneo (maschio) con occhi bianchi
Il genotipo wild-type è occhi rossi, designato da w+
Mutanti a occhi Bianchi e sex-linkage
Morgan incrociò maschi
a occhi bianchi con
femmine wild-type
P
X
X +X+
X WY
F1 tutti a occhi rossi
F2 3 rossi : 1 bianco
Ma tutti i moscerini a
occhi bianchi erano
maschi
X WX + X
F1
X +Y
F2
X+Xw
X+X+
X+Y
XwY
Quadrato di Punnett
F1
F1
All RRXX
all RWX
X WX + X X + Y
1/2RX
1/2RX
1/2WX
¼
RRXX
Red female
¼ RWXX
Red female
1/2W
¼
RWX
Red male
¼
wwx
white male
Eredità Limitata dal Sesso in
Drosophila
Tuttavia, il mutante a occhi bianchi ricompariva
in F2 in un rapporto peculiare,
Occhi rossi wildtype e la mutazione occhio bianco
segregava 3:1, ma solo nei maschi
“…sembrava che tutti gli occhi bianchi erano
confinati al sesso maschile”
Eredità Limitata dal Sesso in
Drosophila
Questo carattere sex limited o linked condusse
Morgan ad iniziare i test cross con i genitori
originali
Un test cross di una F2 a occhi rossi con un padre
a occhi bianchi portò :
a. RXRX x WXW = tutte progenie occhi rossi
b. WXRX x WXW = produce femmine a occhi
bianchi !
♀Red eye : ♀White eye : ♂Red eye : ♂White eye
1
:
1
:
1 :
1
Eredità Limitata dal Sesso in
Drosophila
Morgan concluse che il gene che condiziona il colore
rosso dell’occhio è portato dal cromosoma X e non
esiste un omologo sul cromosoma emizogote Y che
citologicamente sembra appaiarsi con la X
Tutte le femmine F1 erano RXWX, e quando
incrociate con il maschio a occhi bianchi, le
progenie segregavano in 4 classi
Eredità Limitata dal Sesso in
Drosophila
Come ulteriore prova che questo era il caso, Morgan
ipotizzò che gli F1 a occhi rossi maschi erano di
genotipo RXW, e quando incrociati con femmine a
occhi bianchi (WXWX) dovrebbero produrre tutte
femmine a occhi rossi e maschi a occhi bianchi
WXWX x RXW
ottiene wild type WXRX : WWX ottiene X mutato solo
X dal padre
♀ 1
: 1 ♂
dalla mamma
Eredità Limitata dal Sesso in
Drosophila
Morgan sviluppò una forte correlazione genetica che i
geni erano associati con i cromosomi
Morgan concluse :
“E’ adesso diventato evidente perchè noi trovammo
necessario assumere una coppia di X cromosomi
rossi in uno degli spermatozoi degli ibridi F1 a occhi
rossi (RXO). Il fatto è che rosso e cromosoma X
sono combinati e niente esisteva dall’altra parte”
Mutanti a occhi Bianchi e sex-linkage
Inferenza di Morgan :
• Il locus bianco deve
essere sulla X, nessun
gene sulla Y
• Le femmine hanno due
copie del gene, i
maschi solo una
• Le femmine sono a
occhi bianchi solo se
hanno due alleli
recessivi
P
F1
F2
X
Sex-linkage
Linkage e assortimento non-indipendente
La dimostrazione di Morgan del sex linkage è stata
particolarmente convincente perchè l’inferenza genetica
(nessun gene sulla Y) era consistente con un evidenza fisica
(il cromosoma X più grande dell’ Y)
Immediatamente ovvio che ci devono essere molti geni
nella mosca che cromosomi, infatti ci devono essere molti
geni per cromosoma
Molti geni non assortiscono indipendentemente
Evidenza sulla Teoria Cromosomica
Nonostante il successo di Morgan e dei suoi studenti,
alcuni scienziati ancora dubitavano che la teoria
cromosomica dell’eredità così fosse, l’idea che i geni
sono reali, oggetti fisici che sono portati sui
cromosomi. Gli scettici notavano che nonostante gli
alleli per il colore rosso e bianco degli occhi si
comportavano in maniera totalmente analoga ai
cromosomi X, prova conclusiva del linkage degli alleli
sul cromosoma X non è stata ancora offerta.
Evidenza sulla Teoria Cromosomica
Qualche altra dimostrazione era richiesta per
stabilire una relazione tra l’anormale, cosicchè il
normale, assortimento degli alleli e dei
cromosomi. Un’altro studente di Morgan, Calvin
Bridges, fornì giusto una prova della teoria
cromosomica dell’eredità.
Evidenza sulla Teoria Cromosomica
C. Bridges prese in considerazione l’ipotesi della
non-disgiunzione (mancata segregazione dei
cromosomi durante la meiosi)
Una segregazione difettosa è associata ad un cambiamento del
complemento cromosomico
Prova diretta attraverso la non disgiunzione
che geni sex-linked in Drosophila sono portati
sul cromosoma X
Bridges scoprì femmine eccezionali (EF) che avevano
il cromosoma X in sovrannumero
Le EF primarie non mostravano influenza paterna
Si osservava una bassa frequenza ~5% (~1/2000)
Le EF secondarie producevano ~5% di maschi che
erano paterni per il gene sex linked
Egli ipotizzò che i geni sex linked erano allocati sul
cromosoma X, e ~ il 10% delle uova delle EF portavano
entrambi i cromosomi X
non-disgiunzione
Non disgiunzione primaria
P
♀ Xw Xw
F1 95%: 1♀ Rosso :
5%: ♀ Bianco
XX
1♂ Bianco
♂ Rosso(sterile)
X
Y
XXX
XXY
OX
0Y
letale
0
♂ Xw+Y
x
letale
femmine occhi bianchi sono XXY
• ricevono entrambi Xw dalla madre
maschi occhi rossi sono Xw+(padre)
+ 0 (madre)
Non disgiunzione primaria
+
X Y
atteso
w
X Y
non atteso
+
X O
x
w
w
X X
atteso
w
+
X X
non atteso
w
w
X X Y
La non disgiunzione è una
mancata segregazione
Non disgiunzione secondaria
Bridges ipotizzò che le EF F1 ricevono
entrambi i cromosomi X dalla madre, e i
maschi a occhi rossi ricevono un singolo X
dalla madre
Per dimostrarlo egli usò femmine a occhi
bianchi della F1 e le incrociò con maschi a
occhi rossi (wt)
Non disgiunzione secondaria
Non disgiunzione secondaria
Bridges predisse i seguenti gameti dalle
femmine a occhi bianchi
XXY
XX
Y
XY
X
Una serie di fenotipi diversi da
incrocio con spermatozoi normali
Non disgiunzione secondaria :
segregazione di un trivalente XXY
Non disgiunzione secondaria :
segregazione di un trivalente XXY
P (1◦ EF) ♀ Xw XwY x ♂ Xw+Y
♀
♂
gameti:
Xw (46%)
Xw+ (50%)
XwY (46%)
Y (50%)
Xw Xw (4%)
Y
(4%)
Non disgiunzione secondaria
Gameti femminili
Gameti maschili
X
X
XY
XX
Y
+
Y
Fenotipi attesi
Fenotipi eccezionali
Progeny from:
P (1◦ EF) ♀ Xw XwY x ♂ Xw+Y
Paring of X chromosome from male gamete:
Xw Xw+ (23%)
Xw YXw+ (23%)
Xw Xw Xw (2%)
Y Xw+
(2%)
Pairing of Y chromosome from male gamete:
XwY (23%)
XwYY (23%)
Xw XwY (2%)
YY
(2%)
The mating of the primary exceptions (white eyed female)
with wild type results in 4% viable secondary exceptions
Evidenze della Teoria Cromosomica
Bridges verificò la sua ipotesi esaminando i
cromosomi sessuali delle eccezioni primarie
Femmine a occhi bianchi (Xw XwY) avevano un
cromosoma X in più
Maschi sterili a occhi rossi perdevano il cromosoma Y
Evidenze della Teoria Cromosomica
Bridges predisse gli accoppiamenti gametici
che dovevano succedere tra 1◦ EF e il
maschio wild type (occhio rosso)
Verificò i genotipi citologicamente
Concluse che a basso tasso, il cromosoma X
subisce in meiosi una non disgiunzione, e
come conseguenza si verifica una divisione
non riduzionale per il cromosoma X
Cromosomi sessuali
Il sesso in Drosophila è determinato da una coppia
di cromosomi eteromorfici
– le femmine hanno cariotipo X/X;2/2;3/3;4/4, 2n=8
– i maschi hanno cariotipo X/Y;2/2;3/3;4/4, 2n=8
Le femmine possono produrre solo gameti X, e
dunque è un sesso omogametico
I maschi possono produrre entrambi i gameti X e
Y, e pertanto è un sesso eterogametico
Linkage legato al sesso
Morgan nominò il tipo di segregazione del suo mutante
bianco sex linkage, perché il fenotipo mutante era linked
alla segregazione del cromosoma sessuale
Tratti sex linked mostrano differenti rapporti fenotipici tra
progenie maschi e femmine, e differenti rapporti in incroci
reciproci
Nel sistema XY, il maschio produce 2 tipi di gameti, X e Y,
la femmina 1 tipo, X. Dunque, un tratto portato dal padre
sarà ereditata da tutte le sue figlie, ma in nessuno dei figli
Un tratto omozigote portato da una madre sarà ereditato da
tutti i suoi figli e figlie, ma i figli saranno emizigoti e
mostrare il fenotipo (a prescindere dal genotipo del padre),
mentre le figlie saranno eterozigoti e di fenotipo wild type
Un tratto eterozigote portato da una femmina sarà ereditato
dalla metà dei suoi figli e metà delle sue figlie. I figli
mostreranno il fenotipo, le figlie no
Caratteristiche del linkage legato
al sesso
L’apparire dei tratti recessivi in un sesso
specifico (particolarmente nel sesso
eterogametico)
– Femmmine eterozigoti per un tratto recessivo
passeranno il carattere nella metà dei figli, ma non alle
loro figlie
“criss-cross” pattern ereditario
– Tratti presenti nella femmina sono ereditati a tutti i suoi
figli ma non alle loro figlie
Omozigoti, eterozigoti ed emizigoti
Omozigoti
– entrambi i cromosomi di una coppia di omologhi
portano lo stesso tratto/allele
Eterozigoti
– I due cromosomi di una coppia di omologhi portano
tratti/alleli differenti
Emizigoti
– Un tratto portato da un cromosoma senza un partner
omologo (es. una coppia eteromorfica)
Tratti rari X-linked mostrano proprietà
di base comuni
Questi tratti compaiono più nei maschi che nelle
femmine
• infatti maschi emizigoti necesittano di una sola
copia del tratto/allele
• le femmine devono essere omozigoti recessivi
per esprimere il tratto mutato
La mutazione ed il carattere non passa mai da
padre a figlio
• i padri passano ai figli solo Y
• l’eredità padre/figlio di un tratto raro dovrebbe
escludere X-linked recessivo
Geni autosomici possono anche
determinare differenze tra i sessi
Tratti sex-limited – influenza una struttura o
un processo che si trova in un sesso ma non
nell’altro (es. sviluppo dell’ovario o la
produzione degli spermatozoi)
Tratti sex-influenced – si evidenziano in
entrambi i sessi ma la loro espressione può
differire tra i 2 sessi per differenze ormonali
(es. patterned calvizie)
Tratti sex-influenced
Non tutti gli organismi determinano il
sesso nello stesso modo
In Drosophila, maschi XY, femmine XX
In alcuni insetti, il sesso è determinato da
un set di cromosomi (aplodiploidia) o da
multipli cromosomi sessuali (es. XY1Y2)
In uccelli, e alcuni anfibi e pesci , maschi
ZZ, femmine ZW
Alcuni animali perdono i cromosomi
sessuali e determinano il sesso attraverso la
segregazione dei geni (i cromosomi
sessuali non sono eteromorfici)
Alcuni animali determinano il sesso con
fattori ambientali
Nell’uomo, maschio XY, femmine XX
Se geni portati da differenti cromosomi
assortiscono indipendentemente per la
segregazione indipendente degli omologhi
durante la meiosi, come assortiscono geni
portati sullo stesso cromosoma ?
geni associati
gruppi linkage
