Cromosomi, Geni e
Mutazioni
Sutton e Boveri: 1902
Furono
i genetisti che proposero la
Teoria Cromosomica
In precedenza va assolutamente
ricordata la figura di Mendel che fu il
primo in grado di dimostrare i principi
dell’eredità tramite incroci di piante di
pisello
Drosophila melanogaster
È i moscerino della frutta
È stato l’organismo da
più usato dai genetisti
moderni per i loro studi
La sua versatilità deriva
dal fatto di essere
rapidamente prolifico e
dall’avere 4 cromosomi
giganti
Nei maschi uno dei due
cromosomi sessuali è
ricurvo ed è detto
Cromosoma Y
Determinazione cromosomica del sesso
La differenza tra moscerini maschi e
femmine, così come nella razza umana, viene
spiegata tramite differenze nell’ultima coppia
cromosomica
Le femmine sono omozigoti nell’ultima coppia
(XX)
I maschi sono eterozigoti nell’ultima copia
(XY)
I cromosomi X e Y sono detti cromosomi
sessuali
Gli altri cromosomi sono detti autosomi
Quadrato di Punnett per la
determinazione del sesso
In molti animali la determinazione del
sesso è come nella drosofila mentre in
altri come per es. le farfalle avviene il
contrario e cioè il ♂ è XX e la ♀
XY
In accordo con le leggi
di M. da un genitore
omoz ed uno eteroz
per un carattere
(sesso) il 50% delle F1
sarà ♂ e il 50% ♀
Durante la meiosi i
gameti femminili
saranno sempre X
mentre ½ di quelli
maschili sarà X e ½ Y
Sono quindi i gameti
♂ che a caso
determinano il sesso
del nascituro
Determinazione del sesso e teoria cromosomica
La scoperta del meccanismo di determinazione
del sesso in drosofila ha confermato la teoria
cromosomica:
Il fenotipo di un organismo (in questo caso il
sesso) può essere determinato dall’aver
ereditato un cromosoma piuttosto che un altro
Nell’uomo la determinazione del sesso avviene
come in Drosophila
23 paia di cromosomi: 22 paia di autosomi e 1
paio di cromosomi sessuali
I geni
L’identificazione dei cromosomi sessuali è stata
quindi la conferma della teoria cromosomica
Ciò aprì però un altro problema:
Ogni cromosoma contiene un carattere?
Certamente no! La drosofila ha solo 4
cromosomi ma molti più caratteri
Sutton propose quindi che in ogni cromosoma ci
fossero molti geni regolanti più caratteri
Sutton suggerì anche che i geni avessero loro loci
specifici su ogni cromosoma
Per i caratteri legati al
sesso è abbastanza facile.
Ora ti spiego come ho fatto
Dott. T.H. Morgan (1866-1945)
Come si fa a sapere in
quale cromosoma mappa
un certo gene
Il lavoro di Morgan
Morgan si dedicò allo studio genetico della
Drosophila.
Nel 1909 si accorse che in una popolazione di D.
tutti gli individui erano normalmente ad occhi
rossi tranne uno, un maschio, con occhi bianchi
Tutta la F1 era ad occhi rossi quindi l’allele per il
colore degli occhi doveva essere recessivo
L’incrocio della F1 dava una F2 con le attese
proporzioni…3/4 rossi e ¼ bianchi
Qualche cosa in più…
Gli individui ad occhi bianchi (1/4) erano solo maschi
Morgan ritenne quindi che il gene per il colore degli
occhi si trovasse sullo stesso cromosoma che
determinava il sesso
Questo gene è infatti nel cromosoma X mentre il
cromosoma Y non lo ha
Il maschio ha un solo cr X e se questo porta l’allele
recessivo, il fenotipo sarà comunque recessivo perché
non c’è nessun allele dominante a mascherarlo
La femmina ha 2 cr X e per avere gli occhi bianchi
entrambi i cr devono essere recessivi
I quadrati di
Punnett
Caratteri legati al sesso
I geni i cui loci mappano sul cr X sono detti
legati al sesso
I caratteri che ne deriva no sono detti legati al
sesso
Morgan identificò un’altra ventina di caratteri
legati al sesso (forma delle ali, colore del corpo,
forma delle setole)
Gruppi di associazione
Quando geni diversi risiedono sullo stesso
cromosoma si parla di gruppi di associazione
I gruppi di associazione rappresentano spesso
un’importante eccezione alla III legge di Mendel
poiché non riescono a segregare in maniera
indipendente
Ma non è sempre così…
…ancora Morgan…
Se un maschio di Drosophila con tre alleli recessivi
che mappano sul cr X vengono incrociati con
femmine omozigoti dominanti, la F1 dovrebbe
essere tutta con fenotipo dominante mentre nella F2
½ maschi dovrebbero essere dominanti e ½ recessivi
Morgan condusse moltissimi esperimenti di tal tipo
Occasionalmente trovò però delle eccezioni perché
alcuni maschi avevano mescolato i caratteri
dominanti e recessivi che mappavano sullo stesso
cromosoma X
Il ruolo del Crossing-over
Tale fenomeno è dovuto al fatto che
a volte i gruppi di associazione
possono separarsi
Si parla di associazione incompleta
Il fenomeno è dovuto al crossingover
Chiaramente la divisione dei gruppi
di associazione è tanto più
frequente quanto più lontani sono i
loci sul cromosoma
Geni che mappano su loci vicini
difficilmente potranno dissociarsi
Bandeggio dei cromosomi
Studiando le frequenze con cui
avvengono i Crossing-over ed ora,
soprattutto, grazie a più precisi studi
di biologia molecolare, si possono
mappare i cromosomi
È possibile quindi stabilirle dove si
trova il locus di uno specifico gene
Tramite coloranti è poi possibile
ottenere delle bande chiare e scure
che identificano il gene sul
cromosoma
Le mutazioni
L’eredità dell’informazione genica
Generalmente i geni passano da generazione in
generazione immutati
La prole è geneticamente diversa dai genitori
perché gli alleli vengono mescolati tramite la
riproduzione sessuata non perché i geni cambiano
nella loro sequenza nucleotidica
Il crossing-over concorre ad aumentare la
mescolanza dei geni all’interno dei cromosomi
ma non ne altera la sequenza nucleotidica e
quindi il prodotto proteico
Variazioni dell’informazione
genetica
Raramente
si hanno però delle
variazioni nell’informazione genetica
Si parla di mutazioni che dipendono da
errori nella replicazione del materiale
genetico o da errori nella distribuzione
dei cromosomi in meiosi od in mitosi
Tipologie di mutazioni
Possono essere distinti 3 diversi tipi di
mutazioni:
Geniche: riguardano la sequenza nucleotidica
dei geni interessati
Cromosomiche: riguardano il numero di
cromosomi
Genomiche: riguardano l’intero patrimonio
cromosomico
Mutageni
In natura le mutazioni sono estremamente rare
Esistono però agenti di varia natura che possono
aumentarne la frequenza
Questi agenti sono detti mutageni e sono di più
tipi:
Agenti fisici: alte temperature, radiazioni ionizzanti
Agenti chimici: sostanze varie
Agenti biologici: alcuni virus (modalità complesse,
non sempre certe e non sempre chiare)
Mutazioni Cromosomiche
Dipendono da un’errata migrazione dei cromosomi
durante la meiosi
Lo zigote che si formerà avrà un numero di cromosomi
totale alterato
Uno dei motivi è la non disgiunzione dei cromosomi
omologhi nella I divisione meiotica: 2 gameti avranno
1 cromosoma in più e 2 gameti 1 cromosoma in meno
Oppure dalla non disgiunzione dei cromatidi fratelli
nella II divisione meiotica: 1 gameti avrà 1 cromosoma
in più e 1 gameti 1 cromosoma in meno
Non disgiunzione degli omologhi
Non disgiunzione dei cromatidi fratelli
Monosomia e Trisomia
Solitamente le monosomie
non sono compatibili con la
vita perché il nuovo
organismo sarà
completamente privo
dell’informazione contenuta
in un intero cromosoma e
potrà manifestare geni
recessivi nell’unico
cromosoma rimasto. Tra le
trisomie la 21 è quella che dà
il mongolismo
…altre mutazioni cromosomiche
Un’altra tipologia di mutazioni cromosomiche è data
dal riarrangiamento cromosomico
Occasionalmente un pezzo di cromosoma si stacca e
va perso nel citoplasma e con esso l’informazione
contenuta nel frammento di cromosoma…ciò è detto
delezione (delez. In cr. 5 = malattia del pianto del
gatto: bambino ritardato con testa piccola con pianto
simile ad un miagolio; morte subito dopo la nascita o
nella prima infanzia)
In altri casi il frammento può attaccarsi ad un
cromosoma non omologo…traslocazione
Traslocazione
Effetto delle Traslocazioni
Se le traslocazioni riguardano la meiosi, alcuni gameti
avranno una parte della informazione genetica
mancante altri doppia
Comunque non si osserva una perdita o un acquisto di
informazioni genetiche riguardanti un intero gene
È per questo che possono essere meno drastiche
rispetto alle non disgiunzioni
Molto dipende però dal sito del taglio e da quello del
riaggancio perché ciò può modificare la regolazione di
alcuni geni secondo modalità non ancora note
portando a gravi malattie ( es.: leucemia mieloide
cronica)
Altre tipologie di mutazioni
cromosomiche
Mutazioni genomiche
Sono determinate da un numero abnorme di tutti
i cromosomi del genoma
Ciò si verifica quando ad esempio non si verifica
la II divisione meiotica
In tal caso il gamete sarà diploide e lo zigote che
si ottiene dopo la fecondazione sarà triploide
(3n)
Occasionalmente si possono fecondare due
gameti diploidi ottenendo uno zigote tetraploide
(4n)
Le poliploidie
Organismi con numero alterato di tutti i
cromosomi (3n; 4n) sono detti poliploidi
Le poliploidie sono normalmente incompatibili
con la vita animale e quindi letali
Sono invece piuttosto frequenti tra i vegetali che
addirittura sono a volte più resistenti e più grandi
dei corrispettivi diploidi, producendo frutti
anch’essi più grandi. Ciò viene sfruttato in
agronomia
Mutazioni geniche
Sono mutazioni che avvengono all’interno della
sequenza nucleotidica di un gene
Questi tipi di mutazioni possono determinare o la
sostituzione di un aa con un altro all’interno
della proteina (cosa che può essere più o meno
grave a seconda dei casi) o addirittura lo
sfasamento di tutto il codice di lettura delle
triplette con conseguenze spesso gravissime
Varie tipologie di mutazioni geniche
Mutazioni
Delezioni
Inserzioni
puntiformi
Mutazioni puntiformi
Una base azotata è sostituita da un’altra
Ciò può determinare la codificazione di un aa in luogo di
quello che normalmente dovrebbe esserci nella sequenza
aminoacidica della prot.
Questo può avere un modesto effetto fenotipico (molti allei
recessivi studiati da Morgan derivavano da mut puntiformi)
A volte si hanno però gravi effetti:
La sostituzione dell’Acido Glutammico con la Valina
nella emoglobina la rende piuttosto “appiccicosa” . Per
questo essa tende a precipitare determinando una forma a
falce del g.r….anemia falciforme
Inserzioni e delezioni
Inserzione: un nucleotide viene erroneamente inserito
nella sequenza nucleotidica
Sfasamento del modulo di lettura
Delezione: un nucleotide viene perso nella sequenza
nucleotidica
Sfasamento del modulo di lettura
Entrambe possono portare ad una proteina inutile oltre
che causare la mancata produzione della proteina invece
necessaria. Problemi (spesso gravi) di vario tipo; es.: se
la prot. prevista è un enzima = problemi ai metabolismi
Mutazioni geniche
Valore delle mutazioni
Molto dipende dalle cellule interessate dalla mutazione:
Cellule somatiche: la mutazione interessa
l’individuo e non la prole. Possibili conseguenze=
neoplasie
Gameti: la mutazione viene trasmessa alla prole. Nel
figlio può essere bilanciata dal gene “selvaggio”
(sano) del cromosoma omologo
Se alcune mutazioni sono dannose altre hanno scarso o
nullo significato: vi sono poi mutazione benefiche che
portando alla comparsa di nuovi caratteri hanno
determinato i processi evolutivi
