La Teoria Cromosomica dell’Ereditarietà
1) Nel 1902 Sutton e Boveri misero in relazione il
parallelismo tra trasmissione dei cromosomi e i fattori
Mendeliani.
2) Nel 1905 Stevens, studiando le cavallette, scoprì che le
femminine erano XX (numero pari di cromosomi) mentre i
maschi X (numero dispari di cromosomi). L’uovo contiene
sempre un cromosoma X mentre lo spermatozoo può
averlo o esserne privo. Se lo spermatozoo contiene X la
cellula uovo fecondata sarà XX (♀). Stevens trovò inoltre
che nel verme della farina il maschio era XY e la femmina
XX. Una situazione analoga sia ha nella Drosophila.
omogametico
eterogametico
Eredità Legata al Sesso
Esperimenti di Thomas Morgan con D.
melanogaster (1910).
Per le sue scoperte sull’ereditarietà Morgan
ricevette il Nobel nel 1933.
Morgan trovò un moscerino maschio con gli
occhi bianchi (w) invece del colore rosso del
selvatico (w+).
Da un incrocio ♂ w con una ♀ w+ otteneva:
F1: tutti moscerini (sia ♀ che ♂) con occhi rossi.
L’ allele w è recessivo rispetto a w+
F2: 3470 moscerini con occhi rossi
782 moscerini con occhi bianchi (~3:1).
Tutti i moscerini con gli occhi bianchi erano
maschi.
Morgan propose che il gene w fosse localizzato
su cromosoma X. Eredità legata al sesso.
Da un incrocio reciproco ♀ w/w con una ♂ w+/Y
otteneva:
F1: ½ ♀ occhi rossi + ½ ♂ occhi bianchi.
F2: numeri uguali di ♀ e ♂ con occhi rossi e
bianchi.
Esperimenti di Morgan - Conclusioni
Geni legati o associati al sesso. Il gene w è localizzato sul cromosoma X.
I maschi possiedono un solo allele (singola copia del gene) e sono detti
emizigoti.
I maschi ricevono il loro cromosoma X dalla madre.
Le femmine ricevono un cromosoma X dalla madre e l’altro cromosoma X
dal padre.
Se un carattere è legato al sesso incrocio ed incrocio reciproco danno
rapporti differenti.
La trasmissione di un allele da un maschio attraverso una figlia femmina ad
un nipote maschio è detta eredità crisscross.
Dimostrazione della teoria cromosomica dell’ereditarietà.
Infatti l’ereditarietà del gene w segue in parallelo quella del cromosoma X.
Il gene w è X-linked.
Problema:
Si consideri l’incrocio ♀ linea pura con occhi vermiglio con ♂ linea pura occhi rossi
(carattere dominante).
La F1 presenta tutti i maschi con occhi vermiglio e tutte femmine con occhi rossi.
Meccanismo delle ereditarietà ?
P
gameti
F1
v+/Y
½ v+ + ½ Y
x
½ v+/v (♀)
v/v
v
+
½ v/Y(♂)
Gameti ♂
½v
+
½Y
½v
¼ v/v
+
¼ v/Y
½ v+
¼ v+/v
+
¼ v+/Y
Gameti (♀)
F2
Metà delle ♀ hanno gli occhi rossi e metà gli occhi vermiglio.
Metà dei ♂ hanno gli occhi rossi e metà gli occhi vermiglio.
No rapporto 3:1 - geni legati al sesso
Eredità
Crisscross
P v+ (♂)
↓
F1 v+ (♀)
↓
F2 v+ (♂)
Problema:
Si consideri l’incrocio:
♀ b+/b a+/a
x ♂ b+/Y a+/a
1) Si calcoli la frequenza di ottenere un maschio con genotipo b/Y a/a
Gameti ♂
½ b+
+
½Y
½b
¼ b+/b
+
¼ b/Y
½ b+
¼ b+/b+
+
¼ b+/Y
Gameti (♀)
freq. (♂) b/Y = ¼
a+/a x a+/a → ¼ a+/a+ + 2/4 a+/a + ¼ a/a → freq. a/a = ¼
Ris. ¼ x ¼ = 1/16
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 2) Si calcoli la frequenza di ottenere una femmina con fenotipo b+/- a+/freq. (♀) b+/- = ¼ + ¼ = 2/4
Ris. 2/4 x ¾ = 6/16 = 3/8
freq. a+/- =¼ + 2/4 = ¾
Problema:
Si considerino le due coppi alleliche Aa e w+/w di cui la seconda è portata sul cromosoma X.
I caratteri A e w+ sono dominanti.
Aa w+/w (♀)
Incrocio:
x
Aa w+/Y (♂)
1) Si calcoli la frequenza del genotipo AA w/Y.
Aa x Aa ¼ AA
w+
Y
w+
¼ w+/w+
¼ w+/Y
w
¼ w+/w
¼ w/Y
¼ w/Y
Ris. ¼ x ¼ = 1/16 AA w/Y
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------2) Si calcoli la frequenza di femmine con fenotipo A-.
Aa x Aa ¾ Afreq. ♀ ½
Ris. ½ x ¾ = 3/8
Non-disgiunzione del cromosoma X
(esperimenti di Calvin Bridges)
Bridges trovò che in rari casi (1/2000) l’incrocio femmina occhi bianchi (w/w) con un
maschio con occhi rossi (w+/Y) dava stranamente una F1 composta da femmine con occhi
bianchi e maschi con occhi rossi. Moscerini eccezionali della F1 uguali alla generazione
parentale (P).
P
♀ w/w
x ♂ w+/Y
(Esp. di T. Morgan)
Gameti ♂
½ w+
+
½Y
+
½ ♂ w/Y
Gameti (♀)
w
Esp. C. Bridges
½ ♀ w+/w
♀ occhi bianchi
+ ♂ occhi rossi
F1
1/2000
F1
Bridges ipotizzò la non-disgiunzione in meiosi del cromosoma X. Quando la nondisgiunzione avviene in individui con normale assetto cromosomico è detta primaria.
Tale anomalia può verificarsi anche negli autosomi.
Non-disgiunzione del cromosoma X
in Drosophila
♀
In Drosophila il cromosoma Y non
determina il sesso
X0 è un maschio sterile mentre XXY è una
femmina fertile. La progenie XXX e Y0
muore nelle fasi iniziali dello sviluppo.
♂
Per verificare la sua ipotesi di
non-disgiunzione, Bridges
proseguì i suoi studi
incrociando la ♀ eccezionale
con occhi bianchi ottenuta
nella F1 con un ♂ wt.
♂
♀
La progenie XXX e YY muore
Segregazione normale: era
atteso che i cromosomi X
della femmina XXY
segregassero
indipendentemente dando
origine a gameti X e XY. Tale
condizione si verificava nella
maggior parte dei casi (a).
Non-disgiunzione
secondaria:
Bridges otteneva inoltre, in
piccola percentuale (~4%),
una progenie maschile con
occhi rossi ed una
femminile con occhi bianchi: ancora F1 = P.
Tale progenie non era il risultato di una normale segregazione cromosomica bensì si
verificava una seconda non-disgiunzione del X nella femmina XXY con formazione di
gameti XX e Y (b).
Determinazione del sesso
Sistema XX-XO → cavallette ed alcuni insetti.
Sistema XX-XY → nei mammiferi, in altri animali ed in alcune
piante.
In Drosophila (4 cromosomi, una coppia X/Y e 3 coppie
autosomiche etichettate 2, 3, e 4) il sesso è determinato dal
rapporto tra cromosomi X e corredi autosomici, X:A.
Nella ♀ abbiamo XX e 2 set di autosomi, X:A = 1
Nel ♂ abbiamo X e 2 set di autosomi, X:A = 1: 2 = 0,5
Un moscerino XXY ha X:A = 1 ed è quindi è ♀
Un moscerino X0 ha X:A = 0,5 ed è quindi è ♂
Nell’uomo la situazione è ben diversa e XXY o XXXY (sindrome
di Klinefelter) sono sempre maschi.
Sistema ZZ-ZW → negli uccelli, farfalle, falene e pesci.
Il maschio è ZZ mentre la femmina è ZW ed è in emizigosi.
I geni su Z si comportano come quelli sull’X.
Identificazione del sesso in una
pianta (Atriplex garrettii) in
assenza di fioritura mediante
RAPD-PCR. La banda indicata
dalla freccia è tipica del maschio
Un gene Z-linked
B determina il piumaggio striato (barred). Il gene B è Z-linked e dominante.
BB e Bb piumaggio striato, bb piumaggio non striato.
(♀)
(♂)
Zb
Gametes ZB + W
1:1
striato:no striato
(♀)
(♂)
Gametes Zb + W
ZB
♂
♂
♂
♂
♀
♀
♀
♀
3:1
striato:no striato
Le femmine ricevono il loro cromosoma Z dal padre.
I maschi ricevono un cromosoma Z dalla madre e l’altro cromosoma Z dal padre.
Teoria Cromosomica
La modalità di segregazione dei
geni segue il comportamento dei
cromosomi in meiosi.
I° legge di Mendel: segregazione
indipendente dei due membri (alleli)
di una coppi genica.
A→a
B→b
II° legge di Mendel: assortimento
indipendente di geni che controllano
differenti caratteri (A/a → B/b) e
passaggio da 2n a n.
AaBb
Anomalie numeriche dei cromosomi X e Y nell’uomo
Una delle sindromi più studiata è quella di Turner
(X0). Ha un incidenza di 1 su 10000 femmine ed il
99% degli embrioni muore prima della nascita.
Individui affetti da questa patologia hanno statura
bassa, organi sessuali interni immaturi e sono quindi
spesso sterili. Un quadro clinico comparabile
(aggravato da un basso QI) si ha nei maschi affetti
dalla sindrome di Klinefelter.
I cariotipi XYY (non-disgiunzione del Y) e XXX
(triplo-X) non presentano invece gravi anomalie
(problemi fertilità e QI lievemente inferiore alla
media).
Il cromosoma Y porta un gene importante
denominato fattore di determinazione testicolare.
Il corpo di Barr è un cromosoma X fortemente condensato e
quindi inattivo.
Il cromosoma X che da origine al corpo di Barr è scelto a
caso e può essere di derivazione materna o paterna e
cambia da cellula somatica a cellula somatica.
L’inattivazione del X (16° gg, embrione con 500-1000 cellule)
è un esempio di fenomeno epigenetico: cambiamento
dell’espressione genica ereditabile in assenza di un
cambiamento del DNA.
Corpo di Barr in un nucleo interfasico
di una cellula somatica femminile
Analisi degli alberi genealogici (pedigree)
Studio di come un carattere o una malattia
vengono ereditati nell’ambito di una famiglia.
Probando (proposito/a) è l’individuo affetto
da una patologia da cui si parte per
ricostruisce l’albero genealogico.
Esempio:
Il carattere compare solo alla 4° generazione
(IV-2 e IV-4); si verifica un salto di
generazione quindi Il carattere è recessivo.
I genitori non manifestano il carattere ma
devono essere portatori Aa.
Aa
A-
Aa
Aa
Aa
aa
Aa
L'albinismo è una malattia dovuta alla totale
o parziale mancanza di melanina nella pelle,
nell’iride, nei peli e capelli (estrema sensibilità
alla luce). Generalmente i genitori sono in
eterozigosi (Aa) e quindi sani
?
Il nanismo (acondroplasia) è determinato da
una mutazione dominante nel gene FGFR3,
gene del recettore 3 per il fattore di crescita
I-1, II-6, II-7, III-3 e III-6 sono albini (aa)
I-3 e I-4 sono Aa poiché hanno 2 figle albine.
II-4 e II-5 sono Aa poiché hanno 1 figlio ed 1
figlia allbini.
Se II-4 è Aa e I-1 è aa, I-2 puo’ essere sia AA
che Aa
II-1, II-2, II-3 e II-4 rappresentano un salto di
generazione
Il fenotipo mutante è Aa (malato), il wt sano è
aa mentre AA è letale
L’incrocio è sicuramente Aa x aa
Tutti i rossi sono Aa (malati) e tutti i celeste
sono aa (sani)
Il carattere non salta di generazione ed uno
dei genitori deve essere affetto dalla
patologia
L’emofilia, un carattere recessivo legato all’ X
Albero genealogico della
famiglia Reale Inglese. La
mutazione è insorta nella
Regina Vittoria.
Molti più maschi che femmine manifestano la patologia (a/a e a/Y). La quasi totalità dei
maschi non si sono riprodotti (eccezione Leopold Duke of Albany).
Se la ♀ è portatrice → a+/a ♀ x a+/Y ♂ → ½ a+/Y (♂ sani) e ½ a/Y (♂ malati).
Le femmine sono tutte sane ma metà di loro saranno portatrici del carattere.
Se il ♂ è malato → a/Y ♂ x a+/a+ ♀ → ½ a+/Y (♂ sani) e ½ a+/a (♀ portatrici).
Eredità dominante legato all’ X
1
gameti
a/Y
♂
♀
a+
a
a+/a
2
gameti
♂
♀
a
a
Y
a+/a
a/a
a+/Y
a/Y
a+
Y
a+/a
a/Y
a+ → smalto dei denti difettoso
L’ eredità dominante legata all’X è abbastanza rara.
1 - Incrocio a+/a ♀ (malata) x a/Y ♂ (sano) → La madre malata (eterozigosi)
trasmette la malattia a metà dei figli maschi e a metà delle figlie femmine.
2 - Un padre malato (a+/Y) trasmette il carattere solo alle figlie femmine (ad es. IV).
Eredità dominante legato all’ Y
L’ eredità legata all’Y è estremamente rara. Tutti maschi e nessuna femmina
manifestano il carattere.
Un esempio è l’orecchio peloso, la sua trasmissione non è del tutto nota.
Problema:
Marito e moglie sono entrambi eterozigoti per il gene recessivo dell' albinismo: se hanno una
coppia di fratelli, qual è la probabilità che entrambi i figli presentino il medesimo fenotipo
(normale o albino) rispetto alla pigmentazione e che siano 2 maschi o 2 femmine ?
Risoluzione:
ll gene dell'albinismo (mancanza di melanina) è un tratto autosomico recessivo
I genitori sono entrambi Aa, cioè portatori sani.
Incrocio Aa x Aa ¾ A- + ¼ aa
Ad ogni concepimento abbiamo 50% (½) di probabilità che nasca una femmina ed
il 50% (½) di probabilità che nasca un maschio.
½ x ½ = ¼ probabilità che siano entrambe femmine o entrambi maschi.
Due figli o due figlie normali = ¾ x ¾ x ¼ = 9/64 =
Due figli o due figlie albini
=¼ x¼ x ¼ =
Non considerando il sesso si ha:
Due figli/e normali = ¾ x ¾ = 9/16 =
Due figli/e albini
=¼ x¼ =
56%
1/16 = 6.3%
14%
1/64 = 1.5%
Problema:
Osservare l'albero genealogico proposto e dire quali meccanismi di trasmissione
possono essere esclusi ?
a) autosomico dominante
b) autosomico recessivo
c) legato al cromosoma X dominante
d) legato al cromosoma X recessivo
e) legato al cromosoma Y
Una prima osservazione ci permette di escludere immediatamente l'eredità legata al
cromosoma Y. Il tratto, infatti, sarebbe presente nei maschi ed in nessuna femmina.
Escludiamo anche la trasmissione legata al cromosoma X di un tratto recessivo: una madre
affetta (I-2) non genererebbe figli maschi sani (II-5).
X
X
X
Y
XX
XX
XY
XY
Si può escludere molto facilmente anche la trasmissione autosomica recessiva: genitori
entrambi malati (II-1 e II-2) genereranno solo figli malati.
a
a
a
a
aa
aa
aa
aa
La trasmissione autosomica dominante non puo’ essere esclusa: partiamo dal presupposto
più comune, ovvero che la persona malata sia eterozigote Aa. Omozigote dominante AA è una
condizione estremamente rara.
L'unione di una persona malata Aa e di una persona sana, genera sia figli sani sia figli malati.
Situazione che si presenta nell'unione tra I-1 e I-2 ma anche tra II-6 e II-7.
a
a
A
a
Aa
Aa
aa
aa
Inoltre, due genitori malati (II-1 e II-2) possono generare figli sani, anche se con minore
frequenza.
A
a
A
a
AA
Aa
Aa
aa
E’ possibile la trasmissione legata al cromosoma X di un tratto dominante.
X
X
X
Y
XX
XX
XY
XY
La madre malata (I-2) trasmette
la malattia a metà dei figli
maschi e a metà delle figlie
femmine.
X
X
X
Y
XX
XX
XY
XY
Due genitori malati (II-1 e II-2)
possono generare solo figli
maschi sani (50% dei figli
maschi) ma nessuna figlia
femmina sana.
X
X
X
Y
XX
XX
XY
XY
Il padre malato (II-6)
trasmette la malattia
solo alle figlie
femmine.
