Metodi di selezione
genomica in
peperone
Pasquale Tripodi
[email protected]
Date corso
14-16
12-13
14-16
12-13
14-16
9-15
ORT
12-13
14-16
12-13
14-16
Programma corso
q Introduzione
q Biodiversità nel genere Capsicum
q Genetica quantitativa
q Mappe Genetiche in peperone
q Popolazioni di Mapping per l’identificazione dei QTL
q Association mapping
Informatica
Mappe di linkage
Metodi analisi QTL
Esercitazioni
Lettura e
discussione paper
scientifici
Test Finale
Visite
CRA-ORT attività
laboratorio
breeding
Biodiversità
Centri di origine
Centri di origine
Tappe fondamentali del miglioramento genetico
9000 AC
Prime evidenze di domesticazione delle piante sulle colline al di sopra del
fiume tigri
1694
Camerarius dimostrò la sessualità nelle piante e indicò nello stame
l'elemento maschile e nel pistillo quello femminile suggerendo l’incrocio
come metodo per ottenere nuovi tipi
1714
Mather osservo incroci naturali in mais
1761-1766 Kohlreuter dimostro che la generazioni provenienti da ibridi ricevono
caratteri da entrambi genitori e sono intermedi in molti caratteri.
Primi ibridi in Tabacco
1866
Esperimenti di Mendel
1900
Riscoperta delle leggi di Mendel sull’ereditarietà
1944
Avery, MacLeod, McCarty scoprirono che il DNA è il materiale
ereditario
1953
Watson, Crick, Wilkins proposero il modello di struttura del DNA
1970
Borlaug premio Nobel per la rivoluzione verde
Berg, Cohen, and Boyer introdussero la tecnologia del DNA ricombinante
1994
Pomodoro ‘FlavrSavr’ tomato come primo OGM
1995
Sviluppo del mais bt
Diversità genetica
q La diversità genetica è la variazione della composizione
genetica in una popolazione, gruppo o specie
q E’il risultato di moltiplici e differenti processi: es.
mutazioni, isolamento fisico di una popolazione ecc
q Permette agli individui di adattarsi a condizioni differenti
q Un elevata diversità genetica incrementa l’abilità di
sopravvivenza a grando cambiamenti ambientali (es climatici)
Situazione attuale
Negli ultimi 10.000 anni le piante coltivate sono state
modificate al fine di renderle sempre più adatte alle esigenze
dell’uomo “domesticazione”
Le strategie di miglioramento genetico adottata dalle
multinazionali ha previsto (e prevede) l’utilizzo di varietà
moderne altamente produttive
8000 ac
0
2014
Erosione genetica
Durante i millenni molte specie addomesticate sono
diventate totalmente diverse dai loro antenati naturali. Il
risultato è stata la perdita di variabilità genetica delle specie
detta “erosione genetica”
Variabilità in specie di interesse
Wild species evolved are adapted to some of the most diverse
and extreme habitats on earth
Genere Capsicum
Genere Capsicum
§ Famiglia Solanaceae (pomodoro*, patata*, melanzana,
tabacco* ecc.)
§ Include 5 specie domesticate (C. annuum, C. frutescens,
C.chinense, C. pubescens, C. baccatum) e 26 specie
selvatiche
§ Specie autogame con diverso numero di cromosomi e
ploidia (2n=2x=24; 2n=2x=26, 2n=4x=48)
§ Elevato contenuto in Vitamina A e C
§ Capsacinoidi (anestetici, accelerano metabolismo acidi
grassi, biopesticidi, spray autodifesa)
§ Utilizzo a scopo medico (vasodilatatore, artrosi, ecc) ed
in cosmesi
Produzione mondiale
4
3
2
1) Asia - 23 Mtons (69,2%)
5
2) Americhe - 4 Mtons (12,0%)
3) Africa - 3,23 Mtons (9,7%)
4) Europa - 2,96 Mtons (8,9%)
1
5) Oceania - 0,05 Mtons (0,2%)
FAOSTAT 2011
Cina 1° produttore con 15 Mtons
Italia 18° posto (4°in Europa) 0,23 Mtons
Produzione e superficie italiana
Ha
Ton
8000
6000
4000
pc
cp
2000
pc
0
Nord
cp
Centro
Sud
ISTAT 2010
FAOSTAT 2011
Spooner et al 2008
Capsicum annuum
§ Evidenze di col,vazione tra gli Aztechi. U,lizzi a scopo religioso, culinario e medico § All’arrivo dei conquistadores (XVI sec), dozzine di cul,vars erano state selezionate da civiltà precolombiane § Gli annuums sono le specie a maggior diffusione nel mondo Capsicum chinense
§ Specie piccanti con caratteristica
foglia rugosa e forme del frutto
diverse
Capsicum frutescens
§ Caratteristiche sono il
portamento arbustiva o
cespugliosa, con conseguente
crescita prostrata e vigorosa
§ Tabasco è la specie più
famosa.
Capsicum pubescens
§ Caratteristiche per I fiori viola
ed i semi di colore scuro
§ Comprende specie adattate a
basse temperature ed hanno un
ciclo più lungo
Capsicum baccatum
§ Svariate forme, specie
donatrice di resistenze ed
interessante per caratteri
qualitativi
Altre specie
C. cardenasi
C. tovari
C. galapagense
C. spp
“Chiltepin”
C. annuum
C. Frutescens &
C. chinense
C. pubescens
C. baccatum
Gene pool
Complexes
Breeding system
La maggior parte dei Capsicum sono autogami con allogamia
variabile (fino al 60% in pieno campo)
Barriere di ibridazione
1) Pre-fertilization: inibizione di crescita del tubetto pollinico
annuum x pubescens.
2) Post-fertilization: esaurimento dell’endosperma, risultante in mancanza
di germinazione.
pubescens. x chinense.
3) Post-germination: letalità dell’ibrido
baccatum x tovarii,
C. annuum x galapagense,
chinense x baccatum.
Variabilità in peperone
Specie selvatiche come fonte di alleli utili
S. lycopersicum
S. pimpinellifolium
S. cheesmaniae
S. neorickii
S. chimielewskii
S. huaylasense
S. peruvianum
S. galapagense
S. arcanum
S. cornelliomuelleri
Incrementi peso frutto del 10%
S. chilense
S. habrochaites
S. pennellii
La maggior parte delle moderne varietà coltivate sono
rappresentate da genotipi stabili e fortemente inincrociati
Costituzione di ibridi, e trasferimento di caratteri monogenici
tramite MAS “molecular marker assisted selection”
Studio ed identificazione di
piante coltivate
“QTL” e trasferimento in
QTL (Quantitative trait loci)
Locus genetico in corrispondenza
del quale alleli diversi da un punto
di vista funzionale segregano e
causano effetti significativi sul
carattere quantitativo
Da dove derivano e come si studiano i QTL?
Cenni di Genetica
Quantitativa
Carattere qualitativo
• presenti in forme alternative facilmente distinguibili
• base genetica semplice
• gli individui di una popolazione possono essere
classificati in gruppi nettamente distinti
Non influenzati dall’ambiente
Carattere quantitativo
• si osserva una variazione continua non è quasi mai possibile
individuare delle classi fenotipiche ben distinte le une dalle altre
• manifestazione fenotipica non si può esprimere con un aggettivo, ma
necessita di una misurazione: ad esempio altezza, dimensioni del frutto,
precocità di fioritura.
• le differenze fra individui dipendono dal grado, di espressione e
non dalla manifestazione di attributi nettamente distinti
• Base genetica complessa
Influenzati dall’ambiente
“Fenotipizzazione” nei caratteri qualitativi
Es CPVO Peperone
q Forma frutto
1. allungata; 2. rotonda; 3. triangolare; 4. quadrato; 5. a punta
q Lunghezza frutto
3.corto, 5,medio, 7.lungo
q Larghezza frutto
3.stretto, 5.medio, 7.largo
q Colore Frutto
1. bianco; 2. giallo; 3. arancio-giallo pallido; 4. arancio-giallo; 5.arancio
pallido; 6. arancio; 7. rosso chiaro; 8. rosso; 9. rosso scuro; 10.
porpora; 11. marrone; 12. nero;
Variazione discontinua nei caratteri qualitativi
50
40
30
20
10
0
“Fenotipizzazione” nei caratteri quantitativi
Cul%var Produzione Tot. Produzione Comm.le Peso parte verde Precocità% Peso medio Fru;o Geno%po 1 Geno%po 1 Geno%po 1 Geno%po 2 Geno%po 2 Geno%po 2 Geno%po 3 Geno%po 3 Geno%po 3 Geno%po 4 Geno%po 4 Geno%po 4 1957.5 1535.9 1380.2 1653.1 1739.9 1575.9 2339.2 1874.6 1391.3 1908.8 1743.3 1312.4 1800.2 1416.5 1284.8 1545.9 1615.9 1503.1 2162.2 1803.5 1292.2 1807.1 1663.2 1257.6 157.4 119.4 95.4 107.2 124.1 72.8 177.0 71.1 99.2 101.7 80.1 54.8 42.4 63.9 68.6 50.8 54.0 51.0 49.4 57.6 60.3 51.5 67.1 57.2 17.16 20.56 17.65 17.41 18.58 19.94 15.30 15.56 17.02 14.18 16.52 16.18 Variazione continua nei caratteri quantitativi
12
10
8
6
4
2
0
Variazione continua
• Interazioni fra geni diversi
• Interazioni fra geni e ambiente
TY = 4kg/pt
TY = 6kg/pt
TY = 1kg/pt
Perché si studiano i caratteri quantitativi?
Caratteri di maggiore interesse
agronomico…ed economico
Produttività
Qualità
Identificazione di alleli utili
W. Johannsen
Autogama
Fagiolo
Linea pura
Prese 19 fagioli della varietà “Princess” con peso
variabile da min. di 15 cg max 90 cg
60
70
20
50
40
15
35
90
ecc.
20
90
60
Autofecondazione per 6 generazioni
discendenza dei semi più piccoli aveva lo stesso peso di quella dei
semi più grossi.
Effetti della selezione continuata per 6 generazioni entro la linea 1 della
varietà di fagiolo “Princess”
Linea 1 peso medio seme = 64,3 cg
Peso medio
semi genitori
Peso medio
semi progenie
Linea
leggera
Linea
pesante
Diff.
Linea
leggera
Linea
pesante
Diff.
1902
60
70
+10
63,15
64,85
+1,70
1903
55
80
+25
75,19
70,88
4,31
1904
50
87
+37
54,59
56,68
+2,09
1905
43
73
+30
63,55
63,64
+0,09
1906
46
84
+38
74,38
73,00
-1,38
1907
56
81
+25
69,07
67,66
-1,41
Ogni anno le linee leggere venivano selezionate per i semi leggeri, e viceversa
Spiegazione tabella
Linea 1 peso medio seme = 64,3 cg
60
64,85
63,15
1902-n1
50
1903-n2
75,19
70
80
70,88
56
81
1907-n6
69,07
67,66
JOHANSSEN DIMOSTRO’ CHE LE DIFFERENZE
TRA LE MEDIE DELLE LINEE ERANO DI
NATURA GENETICA
LA VARIABILITA’ ENTRO LE LINEE DIPENDEVA DA
FATTORI AMBIENTALI CHE AVEVANO FATTO
SVILUPPARE IN MODO DIVERSO I SEMI ALL’INTERNO
DELLA LINEA PURA
Nilsson-Ehle (1909)
Carattere qualitativo
Carattere quantitativo
rosso scuro
X
bianco
aa
AA
Aa
AA
Aa
Aa
F1 di colore intermedio
F2 bianco : intermedio : rosso chiaro 1 : 2 : 1
aa
Incrocio bianco x rosso scuro
F1 di colore intermedio
F2: 7 classi da bianco
(1/64) a rosso scuro
Il colore era legato alla presenza di 3 geni con
effetto additivo
• Nel controllo dei caratteri quantitativi non esiste più il fenomeno di dominanza e
recessività
Alleli plus
contribuiscono in misura più o
meno accentuata (o
addirittura non contribuiscono
affatto) alla manifestazione
del carattere
Alleli minus
alleli che forniscono un
contributo ridotto alla
manifestazione del
careattere
la manifestazione finale del carattere sarà legata alla proporzione tra alleli
plus e alleli minus presente nel genotipo dell’individuo. In questo caso la
dominanza viene quindi sostituita dall’additività: l’effetto dei singoli alleli si
somma.
Teoria polifattoriale
► All’inizio del 1900 c’era un acceso dibattito circa il fatto che la
genetica Mendeliana potesse spiegare i caratteri quantitativi
► Edward East (1916) mostrò per la prima volta come questo fosse
possibile con i sui studi sul tabacco (Nicotiana longiflora)
► East studiò la lunghezza della corolla in tabacco
► Incrociò linee pure di tabacco con petali corti e lunghi per
produrre una F1 e quindi una F2
A seconda del numero di geni, i modelli genetici
predicono un numero diverso di fenotipi
Un gene (A): 3 fenotipi (corolla grande – media – piccola)
Due geni (AB) : 5 fenotipi (grande - piccola + classi intermedie)
Tre geni (ABC) : 7 fenotipi (grande - piccola + classi intermedie)
Sei geni (ABCDEF): 13 fenotipi (grande - piccola + classi intermedie)
Come si stabilisce se un carattere quantitativo
è controllato da più geni?
Nel modello con uno o due geni molti individui della F2
hanno un fenotipo ed un genotipo uguale a quello parentale
Questo non succede nel caso del modello con 6 loci. In
questo caso solo 1 individuo su 4096 ha genotipo
aabbccddeeff.
Se il modello mendeliano è corretto dovremmo essere in grado
di ritornare al fenotipo parentale attraverso una selezione
mirata……..
East in effetti riuscì a selezionare
due popolazioni di piante: una con
petali corti ed una con petali lunghi.
In 5 generazioni la maggior parte delle piante di queste due
popolazioni avevano una lunghezza dei petali del tutto analoga a
quella dei parentali
Ovviamente le piante della
generazione F5 non avevano
corolle
esattamente delle stessa
dimensione
dei parentali sebbene fossero
geneticamente identici
………………perchè?
Le piante non erano ancora linee pure
come i parentali
1) Il numero di geni coinvolti
era maggiore di 4
2) Effetti ambientali
3) Infatti, differenze a livello ambientale possono
causare differenze anche grandi tra organismi
geneticamente identici
Teoria polifattoriale
> La variabilità di un carattere quantitativo è
attribuibile alla segregazione simultanea di molti geni
(poligeni)
> Gli effetti dei singoli geni sono piccoli, simili fra loro e
additivi
> L’effetto dei fattori ambientali si sovrappone a
quello dei fattori genetici
Varianza
La variazione fenotipica tra individui può essere
suddivisa in:
VF = VG + VA
VF sarà tanto maggiore quanto maggiore è l’eterogeneità della
popolazione e la diversità dell’ambiente.
NB: concetto di covarianza e scomposizione varianza genetica
E’ possibile accertare quanto un
dato carattere dipende dal genotipo
e quanto dall’ambiente ?
In che misura la variazione fra individui per
un dato carattere è dovuta alla variazione
genetica e in che misura alla variazione
ambientale ?
EREDITABILITA’
H = VG/VF
H = VG/VG+VA
L’ereditabilità misura la proporzione della
variazione fenotipica tra individui dovuta
alla variazione genetica.
Come si stima l’ereditabilità
Mettere in grafico il valore medio dei
parentali con il valore degli individui
della progenie
Se la progenie non assomiglia ai
genitori allora la miglior retta che
interpola i dati ha un coefficiente
angolare di 0
Un coefficiente angolare pari a zero
indica che la maggior parte della
variazione presente tra individui è
dovuta all’ambiente
INBREEDING e CARATTERI QUANTITATIVI
L’”Inbreeding o anche inincrocio è la ripetuta autofecondazione di un
individuo
L’inbreeding ha come conseguenza il decremento della variazione
genetica. In un ceppo altamente inincrociato l’ereditabilità di un
qualsiasi tratto è 0 poichè c’è un solo genotipo e perciò non c’è
alcuna variazione genetica.
Se ci sono alleli deleteri recessivi nei loci che controllano un
carattere quantitativo, si verificherà un fenomeno detto
depressione da inbreeding
QTL (Quantitative trait loci)
Locus genetico in corrispondenza del
quale alleli diversi da un punto di vista
funzionale segregano e causano effetti
significativi sul carattere quantitativo
QTL mapping
Localizzare ed identificare
il locus che regola il QTL
-­‐ Iden%ficare il QTL che regola il cara;ere studiato -­‐localizzare la regione del genoma dove un QTL che regola il cara;ere è ospitato Locus: posizione fisica del gene sul cromosoma
Mappa genetica: serve per determinare la posizione del locus
Seguendo i postulati di Mendel
§ Locus = posizione fisica di un gene sul cromosma
§ Cromosomi omologhi possono avere diverse forme di un
gene = alleles
q Alleli differenti di uno stesso gene segregano a meiosi1
q Alleli di geni differenti assortiscono in modo indipendente
nei gameti
q Geni su uno stesso cromosoma vengono ereditati insieme
(linkage)
Deviazione rapporti mendeliani
Esperimento Bateson &
Punnet
Incrocio diibrido tra una linea pura con fiori viola e granuli pollinici allungati ed
un’altra linea pura con fiori rossi e granuli pollinici rotondi
Si concluse che gli alleli parentali erano accoppiati e non andavano incontro
assortimento indipendente
Esperimenti di Morgan
geni sullo stesso
cromosoma
possono essere
ereditati in
maniera accoppiata
Biologia.blu, D.Sadava G.Heller G.Orians W.Purves D.Hillis M.Pignocchino, Zanichelli
Gli studi di Morgan hanno dimostrato che
nella drosofila i geni responsabili del colore
del corpo e delle dimensioni delle ali sono
associati, cosicché i rispettivi alleli non
seguono un assortimento indipendente.
Questa associazione è responsabile della
discordanza dei fenotipi osservati rispetto a
quelli attesi in base alla legge mendeliana
dell’assortimento indipendente
Calcolo chi2
Analisi dei rapporti di segregazioni a ciascun locus per vedere se i valori
osservati differiscono da attesi
Geni concatenati hanno rapporti atipici
Osservati
Attesi
(575-965)2/965
(575-944)2/944
(575-206)2/206
(575-185)2/185
156,81
144,24
660,97
822,16
1784.18
I valori di χ2 elevati indicano che le differenze osservate sono
statisticamente significative, e che quindi l’ipotesi che i geni si
assortiscano in modo indipendente deve essere rigettata
4 classi fenotipiche -> 3 gradi di libertà valore χ2 1784,18 controlla
Se p>0.05, la deviazione tra Osservati ed Attesi non è
significativa
Se p<=0.05, la deviazione è statisticamente significativa;
ciò significa che i geni possono essere legati
Geni indipendenti
Seguono le leggi di Mendel
sull’assortimento indipendente
Sono su cromosomi diversi
Geni in linkage
Geni fisicamente uniti sugli
stessi cromosomi
Linkage
Si analizza la frequenza allelica di ricombinazione
nella progenie di un incrocio
§ Nuove associazioni di alleli parentali si
ottengono a seguito della ricombinazione
genetica
§ Tests crosses determinano quali geni sono
legati, e la mappa genetica si contruisce per
ogni cromosoma
Ricombinazione
Grazie alla ricombinazione risulta possibile mappare i geni
Alla meiosi:
Segmenti di DNA che sono su diversi cromosomi si
distribuiscono a caso nei gameti
Segmenti che sono sullo stesso cromosoma vanno
soggetti a ricombinazione. Questa è tanto più frequente
quanto più distanti sono i due segmenti di DNA sul
cromosoma
DISTANZA DI MAPPA è misurata dalla % di
RICOMBINAZIONE
I geni associati sul cromosoma possono avere
duplice destino:
1) Non si trasmettono insieme a causa della
ricombinazione, quindi si separano per l’avvento
del CROSSINGOVER nel tratto di cromosoma
compreso tra i due geni. (assortimento
indipendente)
2) Si trasmettono insieme, ciò accade quando sono
molto vicini tra di loro
Crossing over
scambio fisico reciproco di parti tra i due cromosomi omologhi (tra cromatidi
non fratelli) con la formazione di nuove combinazioni alleliche
Frequenze di Ricombinazione
Progenie ricombinante
%
Totale progenie
0%
Geni associati
50%
Geni non associati
Geni con frequenza di ricombinazione minore del 50% si
trovano sullo stesso cromosoma => linked
(ricombinazione intracromosomica) crossing over
Geni che si sottopongono ad assortimento indipendente
hanno una FR del 50 % e sono posizionati in cromosomi
non-omologhi oppuri di lontani e sullo stesso
cromosoma=> unlinked (ricombinazione
intercromosomica)
Tipologie di mappe
§ Mappe genetiche o di linkage
§ Distanza che separa i geni basata su rapporti di
ricombinazione
§ Citogenetiche
§ Visulizzazione al microscopio dei cromosomi
§ Mappe fisiche
§ Posizione fisica di una sequenza di DNA o di un
gene
§ “Nucleotide Sequence Maps”
§ Genomi sequenziati
Tipologie di mappe
www.genome.gov
Mappe genetiche
§ La mappa genetica determina l’ordine di geni
§ Le frequenze di ricombinazione tra alleli
determinano le distanze tra essi
§ Le distanze tra geni si misurano in termini di unità
di mappa
§ 1 unità di mappa = 1 cM (centimorgan) (1%
fenotipi ricombinanti)
§ Tali frequenze sono inveramente proporzionali alla
distanza tra alleli
Calcolo distanza mappa
206+185
206+185 + 965 + 944
X 100 =
17% = 17 cM
NB: Caso semplice
Associazione Cis e Trans
Alleli dominanti
in uno degli
omologhi
Alleli dominanti
sui due omologhi
Calcolo distanza mappa
§ Calcolare ricombinazioni in cis ed in trans
§ Calcolare crossing over multipli
A1
B1
C1
A1
B2
C2
A1
B2
C1
A2
B2
C2
A2
B1
C1
A2
B1
C2
Singolo CO
Doppio CO
ABC
abc
Abc
aBC
ABc
st+
A
e+
B
ss+
C
st
a
e
b
s
c
Pierce, GENETICA, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2005
abC
AbC
aBc
Vogliamo stabilire l’ordine dei geni sul cromosoma e stimare le distanze tra questi
ABC
283
abc
278
Genotipi più frequenti sono i parentali
Abc
50
Genotipi meno frequenti sono i doppi ricombinanti
aBC
52
ABc
5
Calcolo dell’ordine dei geni
abC
3
AbC
43
aBc
41
A-B-C?
C-B-A?
B-A-C?
ecc….
A
C
B
ABC
283
ACB
a
c
b
abc
278
acb
A
c
b
Abc
50
Acb
aBC
52
aCB
a
C
B
ABc
5
AcB
A
c
B
abC
3
aCb
AbC
43
ACb
a
C
b
aBc
41
acB
A
C
b
a
c
B
Il doppio crossing over sposta l’allele centrale
da un cromatidio fratello all’altro
A questo punto bisogna calcolare la distanza tra A - C e C - B
283
ACB
278
acb
50
Acb
52
aCB
5
AcB
3
aCb
43
ACb
41
acB
A –C = (5+3+50+52)/755 * 100 =
14.6
C –B = (5+3+43+41)/755 * 100 = 12.2
A –B = [50+52+43+41+ (5*2) + (3*2)]/755 * 100 =
26,8
28,8 cM
A
C
14,6 cM
B
12,2 cM
Distanza genetica
Esempio Drosophila distanza Additiva (14,6 + 12,2 = 28,8)
CROSSOVER MULTIPLI
Aumentando la distanza tra due loci, aumenta la
probabilità di crossing over doppi o multipli
A
B
a
b
A
b
B
b
B
a
B
b
B
b
Gli effetti del crossing-over multiplo sono annullati, pertanto la
frequenza di ricombinazione, sottostima la distanza genetica
Interferenza
Il Crossover in una
regione diminuisce la
probabilità di altri nella
medesima regione
cromosomica
Tendenza a non vedere
doppi crossover in
piccole regioni
cromosomiche
Coincidenza
Numero di doppi
ricombinanti osservati
diviso il numero di attesi
28,8 cM
A
C
14,6 cM
B
12,2 cM
• Probabilità di doppi CO tra A e B = frAC x frCB
283
ACB
278
acb
50
Acb
52
aCB
5
AcB
3
aCb
43
ACb
41
acB
0,146 X 0,122 = 0,0178
• Numero di doppi CO attesi = 0,0178 X 755 (progenie totale) = 13,4
• Numero di doppi CO osservati = 5 + 3 = 8
Coefficiente di coincidenza = doppi CO oss./ doppi CO att. = 8/13,4 = 0,6
Coefficiente di coincidenza = 0,6
Interferenza = 1 - coefficiente di coincidenza => 1 – 0,6 = 0,4
Il 40% della progenie attesa e derivante da doppio
crossing over non sarà osservata
Interferenza
0
No doppi crossing over
0>1
doppi crossing over
Crossing over più frequenti in regioni subtelomeriche
rispetto le centromeriche, quindi ad una piccola distanza
nella mappa genetica può corrispondere una grande
distanza in quella fisica
Mappe genetiche
Costruzione mappa genetica
• Si scelgono due parentali distanti dal punto di
vista genetico con caratteri agronomici utili
• Incrocio e sviluppo popolazione segregante
• Genotipizzazione con marcatori molecolari
q Associazione del fenotipoà Alleli di interesse
COSTRUZIONE DI UNA MAPPA GENETICA CON MARCATORI
MOLECOLARI
RICERCA DI MARCATORI MOLECOLARI
Trovare marcatori polimorfici tra i due parentali
Analizzare la segregazione di tali marcatori nella popolazione segregante
Ricercare l’associazione tra i diversi marcatori
Calcolare la % di ricombinazione tra i marcatori associati
Costruzione mappa genetica
Cultivated
Wild
X
Segregant population
Marker1
Marker analysis
Mappa
Linkage mapping
Associazione di un marcatore ad un gene di resistenza
§ Progenie da incrocio Resistente X Suscettibile
§ Testare la progenie con marcatori equamente distribuiti
sul genoma (~ogni 10cM)
§ Lod score (“log of the odds”) – punteggio risultante da un
test statistico che confronta la probabilità di osservare
due marcatori, legati o meno. Punteggi LOD positivi
favoriscono la presenza di linkage, mentre i punteggi LOD
negativi indicano che il legame è meno probabile
Mapping function
1. LOD >3.0 evidenza del legame
2. LOD <-2.0 non legati
3. Intermedi – dati inconclusivi, collezionare maggiori individui
• Formule matematiche per definire le relazioni tra
ricombinazione e distanza di mappa
• Tali formule mettono in relazione la frequenza dei CO e la
distanza tra I geni
Associazione del fenotipo
Genotipo
1 3 2 3 2 3 2 2 2 2 2 3 1 2 2 2 2 1 1 1 1 2 2 1
Fenotipo
S R R R R R R R R R R R S R R R R S S S S R R S
1
0
0
1
5
0
8
0
7
0
4
0
5
0
0
4
5
0
3
0
0
2
5
0
2
8
0
2
9
0
3
1
0
2
4
0
5
4
0
3
2
0
3
1
0
1
6
0
1
8
0
2
3
0
4
4
0
3
1
0
4
2
0
4
0
0
2
5
0
Linkage = Co-segregazione
A3A4
A1A2
A1A3
A1A2
A1A4
A2A4
A3A4
A2A3
A3A2
Marker allele A1
cosegrega con un
Carattere dominante per
resistenza
Mappatura di geni agronomicamente
interessati
Elevato n° di markers = consentirà la saturazione delle mappe genetiche,
ottenendo distanze di mappa tanto ridotte da consentire la dissezione di
caratteri quantitativi nelle diverse componenti geniche.
Vantaggi = possibilità di trovare una stretta associazione tra il marcatore ed
i geni di interesse.
L’associazione tra il marcatore molecolare ed il gene permette di inferire
la presenza del gene in un individuo o in un gruppo di individui mediante
l’identificazione del marcatore ad esso legato.
