Principi di
GENETICA
D. Peter Snustad
Università del Minnesota
Michael J. Simmons
Università del Minnesota
Quarta
edizione
In copertina
In copertina è mostrata una riproduzione artistica di un gel di sequenza del
DNA. Lo sviluppo delle tecniche di sequenziamento del DNA alla fine degli anni
’70 ha dato inizio a una nuova era della genetica – l’era della genomica. Nel 1977 è
stata pubblicata la sequenza del genoma di un piccolo virus, il batteriofago ⌽X174.
Nel 1995 sono state pubblicate le sequenze complete di genomi batterici, a cui sono
seguite negli anni successivi quelle di importanti organismi modello eucariotici. Nel
2001 sono state pubblicate due bozze della sequenza del genoma umano. La tecnologia attuale è tale che oggi è possibile sequenziare con facilità interi genomi.
Titolo originale :
Snustad, Simmons
GENETICS - Fifth edition
Copyright © 2009, 2006, 2003, 2000, 1997, John Wiley & Sons, Inc.
PRINCIPI DI GENETICA - Quarta edizione
Copyright © 2000, 2004, 2007, 2010, EdiSES S.r.l. – Napoli
9
8
2015
7
6
2014
5
4
2013
3
2012
2
1
2011
0
2010
Le cifre sulla destra indicano il numero e l’anno dell’ultima ristampa effettuata
A norma di legge, le pagine di questo volume
non possono essere fotocopiate o ciclostilate o comunque riprodotte con alcun mezzo meccanico. La
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L’Editore
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Fotoincisione e stampa:
Tipolitografia Petruzzi Corrado & Co. s.n.c.
Zona Ind. Regnano – Città di Castello (PG)
per conto della
EdiSES – Napoli
http://www.edises.it
e-mail: [email protected]
ISBN 978 88 7959 636 7
Traduzione a cura di
Serena Aceto
Università degli Studi di Napoli “Federico II”
Silvana Dolfini
Università degli Studi di Milano
Raffaella Elli
Università degli Studi di Roma “La Sapienza”
Daniela Ghisotti
Università degli Studi di Milano
Ennio Giordano
Università degli Studi di Napoli “Federico II”
Roberto Mantovani
Università degli Studi di Milano
Liana Marcucci
Università degli Studi di Roma “La Sapienza”
Giuseppe Saccone
Università degli Studi di Napoli “Federico II”
Revisione a cura di
Prof. Luciano Gaudio
Dipartimento delle Scienze Biologiche
Facoltà di Scienze MM.FF.NN.
Università degli Studi di Napoli “Federico II”
Prof. Catello Polito
Dipartimento delle Scienze Biologiche
Facoltà di Scienze MM.FF.NN.
Università degli Studi di Napoli “Federico II”
Dedicato
A Judy, mia moglie nonché la mia migliore amica
D.P.S.
Gli
Alla mia famiglia, specialmente a Benjamin
M.J.S.
autori
D. Peter Snustad è Professore presso il Dipartimento di
Biologia vegetale dell’Università del Minnesota, Twin Cities. In questa Università ha conseguito la Laurea in
Scienze, mentre ha conseguito Master e Ph.D. in Genetica
presso l’Università della California, Davis. Durante i suoi
43 anni di servizio presso l’Università del Minnesota, ha tenuto corsi di tutti i livelli dalla biologia generale alla genetica biochimica avanzata. Per 20 anni si è occupato della
morfogenesi del batteriofago T4 e della sua interazione con
l’ospite, Escherichia coli. Negli ultimi 23 anni il suo gruppo
di ricerca ha studiato il controllo genetico del citoscheletro
in Arabidopsis thaliana e la famiglia genica della glutammina
sintetasi in Zea mays. Ha lavorato per la Sezione di Studi di
Citologia Molecolare dei National Institutes of Health ed è
stato Presidente del Meeting Annuale della Genetics Society of America. I suoi riconoscimenti includono i premi
commemorativi Morse-Amoco e Stanley Dagley per l’insegnamento. Un amore imperituro per la natura canadese lo
ha portato a restare nel vicino Minnesota.
Michael J. Simmons è Professore presso il Dipartimento di Genetica, Biologia cellulare e Sviluppo dell’Università del Minnesota, Twin Cities. Ha conseguito la Laurea in Biologia al St. Vincent College di Latrobe,
Pennsylvania, e Master e Ph.D. in Genetica presso l’Università del Wisconsin, Madison. È stato titolare di vari
corsi, tra cui quelli di genetica e di genetica di popolazioni.
È stato inoltre mentore di numerosi studenti impegnati in
progetti di ricerca nel suo laboratorio. Nelle prime fasi
della sua carriera ha ricevuto il premio Morse-Amoco per
l’insegnamento dall’Università del Minnesota come riconoscimento ai suoi contributi all’istruzione universitaria.
La sua attività di ricerca è incentrata sul significato genetico
degli elementi trasponibili presenti nel genoma di Drosophila melanogaster. Ha lavorato per i comitati di consulenza
dei National Institutes of Health ed è stato membro dell’Editorial Board della rivista Genetics per 20 anni. Il pattinaggio artistico, una delle sue attività preferite, è particolarmente compatibile con il clima del Minnesota.
Prefazione
Negli ultimi anni la scienza della genetica è andata incontro
a enormi cambiamenti. Il DNA dei genomi, anche di quelli
più grandi, adesso può essere analizzato in gran dettaglio; le
funzioni dei singoli geni possono essere studiate con una
serie impressionante di nuove tecniche; gli organismi possono essere modificati geneticamente introducendo nei
loro genomi geni estranei o alterati. Tutti questi sviluppi
hanno collocato la genetica al centro di una rivoluzione tec-
nologica che sta interessando l’agricoltura, la medicina e la
società. A livello di base, la genetica è diventata una scienza
chiave – qualcuno direbbe la scienza chiave – della biologia.
Oggi le informazioni e le analisi genetiche sono fondamentali per la ricerca in quasi tutte le discipline biologiche. La
nuova edizione di Principi di Genetica è stata preparata in
modo da fornire un’introduzione completa e aggiornata a
questa scienza così importante.
Obiettivi
Nel preparare questa nuova edizione, è proseguito l’impegno per creare un testo che bilanci le nuove conoscenze
con i principi fondamentali. Come nelle precedenti edizioni, gli obiettivi principali che ci si è riproposti sono:
• Focalizzare i principi fondamentali della genetica
presentando gli importanti concetti di genetica classica,
molecolare e di popolazioni con attenzione e in modo
approfondito. La comprensione degli attuali progressi in
genetica e l’apprezzamento del loro significato pratico
dovrebbero basarsi su un forte fondamento. Inoltre, la
trattazione dell’ampiezza e della profondità di ciascuna
delle differenti aree della genetica – classica, molecolare
e di popolazioni – dovrebbe essere bilanciata e la sempre
crescente massa di informazioni in genetica dovrebbe
essere organizzata attraverso una rete di concetti chiave
robusta ma flessibile.
• Focalizzare il processo scientifico mostrando come i
concetti scientifici si sviluppino dalle osservazioni e dalla
sperimentazione. Questo libro fornisce numerosi esempi che illustrano come i principi genetici siano emersi dal
lavoro di differenti scienziati. Viene enfatizzato il concetto che la genetica è un processo dinamico di osservazioni, sperimentazioni e scoperte. Ad esempio, ogni capitolo contiene un inserto, chiamato Una pietra miliare
nella genetica, che focalizza l’attenzione su un importante
avanzamento nella genetica e su come esso abbia avuto
origine. Sono presentate inoltre le evidenze sperimentali a sostegno di importanti principi genetici.
• Focalizzare la genetica umana includendo esempi umani e mostrando l’importanza della genetica nella società.
L’esperienza ci ha insegnato che i nostri studenti sono interessati maggiormente alla genetica umana e che, a causa
di questo interesse, comprendono più facilmente concetti
complessi illustrati con esempi umani. Di conseguenza,
sono stati utilizzati esempi umani per illustrare i principi
genetici ogni volta che è stato possibile. Sono state anche
incluse discussioni su Progetto Genoma Umano, mappatura dei geni umani, malattie genetiche umane, terapia
genica e consulenza genetica. Argomenti come lo screening genetico, il DNA fingerprinting, l’ingegneria genetica, la clonazione, la ricerca sulle cellule staminali e la terapia genica hanno aperto accesi dibattiti sugli aspetti sociali, legali ed etici legati alla genetica. È importante riuscire a coinvolgere gli studenti in discussioni su tali argomenti e si spera che questo libro di testo possa fornire loro
degli stimoli per farlo.
• Focalizzare lo sviluppo di capacità critiche enfatizzando l’analisi dei dati sperimentali e dei problemi. La
genetica è sempre stata un po’ diversa dalle altre discipline biologiche, a causa della grande importanza data alla
soluzione dei problemi. In questo testo è stata sottolineata la natura analitica della genetica in molti modi –
nello sviluppo dei principi in genetica classica, nella discussione degli esperimenti in genetica molecolare e nella presentazione dei calcoli in genetica di popolazioni. In
tutto il libro è stata messa in risalto l’integrazione delle
evidenze sperimentali con l’analisi logica nello sviluppo
dei concetti chiave. Alla fine di ogni capitolo ci sono due
gruppi di problemi risolti – la sezione Esercizi di base, che
comprende semplici problemi che illustrano l’analisi genetica di base, e la sezione Verifica delle conoscenze, che
comprende problemi più complessi che integrano concetti e tecniche differenti. Ogni capitolo riporta anche
una serie di Domande e problemi, che aiuta gli studenti a
comprendere i concetti del capitolo e a sviluppare capacità analitiche. In questa edizione, ogni capitolo comprende anche un Approfondimento sulla soluzione dei problemi, un inserto che propone un problema, elenca fatti e
concetti pertinenti e quindi analizza il problema e ne
presenta una soluzione. Alla fine di ogni capitolo è stata
aggiunta una nuova sezione, dal titolo Genomica sul Web,
che pone domande a cui si può rispondere visitando il sito web del National Center for Biotechnology Information. Grazie a queste sezioni, gli studenti potranno imparare a utilizzare il vasto archivio di informazioni genetiche accessibile via internet e ad applicare le informazioni ottenute a specifici problemi.
VII
VIII
Prefazione
Contenuti e organizzazione della quarta edizione
L’organizzazione di questa edizione di Principi di Genetica è simile a quella delle edizioni precedenti. Tuttavia, alcuni argomenti sono stati approfonditi e molti passaggi
sono stati riscritti per evidenziare il modo in cui la scienza
della genetica sia cambiata nel corso degli ultimi anni. Anche la grafica è stata completamente modificata. Sono state
incluse molte fotografie nuove, mentre le figure sono state
ridisegnate per conferire uno stile chiaro e coerente a tutto
il testo.
Il testo comprende 25 capitoli – due in meno rispetto
alla precedente edizione. I Capitoli 1-2 introducono la
scienza della genetica, le caratteristiche di base della riproduzione cellulare e alcuni degli organismi modello per la
genetica; i Capitoli 3-8 presentano i concetti di genetica
classica e le procedure di base per l’analisi genetica dei microrganismi; i Capitoli 9-14 presentano gli argomenti della
genetica molecolare, tra cui la replicazione del DNA, la trascrizione, la traduzione, la mutazione e le definizioni di
gene; i Capitoli 15-18 trattano argomenti più avanzati di
genetica molecolare e genomica; i Capitoli 19-22 trattano
la regolazione dell’espressione genica e le basi genetiche
dello sviluppo, dell’immunità e del cancro; i Capitoli 23-25
presentano i concetti della genetica quantitativa, di popola-
zioni ed evolutiva. Durante la selezione del materiale da includere in questa edizione di Principi di Genetica, si è cercato
di essere esaurienti ma non enciclopedici. Al fine di contenere la lunghezza del testo, sono state prese difficili decisioni su cosa includere e cosa escludere e si è dovuto riorganizzare parte del precedente materiale per dare spazio a
sviluppi recenti della ricerca in genetica.
Come nelle precedenti edizioni, si è cercato di produrre
un testo che possa essere adattato a differenti tipologie di
corso. Molti insegnanti preferiscono presentare gli argomenti secondo modalità simili alle nostre, iniziando con la
genetica classica, affrontando poi la genetica molecolare e
infine la genetica quantitativa, di popolazioni ed evolutiva.
In ogni caso, questo testo è costruito in modo tale da permettere ai docenti di presentare i vari argomenti in differenti sequenze. Ad esempio, si può iniziare con la genetica
molecolare di base (Capitoli 9-14), poi presentare la genetica classica (Capitoli 3-8) e successivamente procedere
verso argomenti più avanzati di genetica molecolare (Capitoli 15-22), terminando il corso con la genetica quantitativa, di popolazioni ed evolutiva (Capitoli 23-25). In alternativa, i docenti possono inserire la genetica quantitativa e
di popolazioni tra la classica e la molecolare.
Organizzazione didattica della quarta edizione
Questo testo presenta speciali caratteristiche ideate per
sottolineare la rilevanza degli argomenti discussi, per facilitare la comprensione di importanti concetti e per assistere
gli studenti nel valutare l’apprendimento.
• Brevi storie di apertura dei capitoli. Ogni capitolo si
apre con una breve storia che sottolinea l’importanza degli argomenti discussi nel capitolo stesso.
• Contenuto del capitolo. I paragrafi principali di ciascun capitolo sono elencati in maniera appropriata nella
prima pagina del capitolo stesso.
• Sommari dei paragrafi. Il contenuto di ognuno dei paragrafi principali del testo è brevemente riassunto all’inizio del relativo paragrafo. Tali sommari di apertura servono a focalizzare l’attenzione sulle idee più importanti
sviluppate in un capitolo.
• Punti chiave. Questi supporti per l’apprendimento sono presenti alla fine di ogni paragrafo principale di un
capitolo. Hanno lo scopo di aiutare gli studenti a ripetere per gli esami e a ricapitolare le idee più importanti del
capitolo.
Approfondimenti. Nel testo, determinati argomenti sono presentati in inserti di Approfondimento separati.
Il materiale contenuto in tali inserti supporta o sviluppa
concetti, tecniche o strumenti che sono stati introdotti nel
capitolo.
Approfondimenti sulla soluzione dei problemi.
Ogni capitolo contiene un inserto che guida gli studenti attraverso l’analisi e la soluzione di un problema rappresentativo. Sono stati selezionati problemi che riguardano argomenti importanti presenti nei vari capitoli. L’inserto elenca
i fatti e i concetti che sono rilevanti per il problema e quindi
spiega come ottenere la soluzione.
Una pietra miliare nella genetica. Ogni Pietra
miliare esplora un avanzamento chiave della genetica – di
solito un esperimento o una scoperta. Sono citate le pubblicazioni originali concernenti l’argomento della Pietra miliare e sono incluse due Domande per la discussione per fornire
agli studenti l’opportunità di investigare il significato attuale dell’argomento. Tali domande sono adatte per attività di
apprendimento collettivo da svolgere in aula o per temi di
riflessione che vanno al di là degli aspetti tecnici dell’analisi
genetica.
Prefazione
• Esercizi di base. Alla fine di ogni capitolo sono presentati diversi problemi svolti per rinforzare i concetti fondamentali sviluppati nel capitolo. Questi semplici esercizi sono stati concepiti per illustrare l’analisi genetica di
base o per enfatizzare informazioni importanti.
• Verifica delle conoscenze. Ogni capitolo presenta anche alcuni problemi svolti più complessi che aiutano gli
studenti a sviluppare le loro capacità analitiche e di risoluzione dei problemi. I problemi di questa sezione sono
concepiti per integrare differenti concetti e tecniche.
Nell’analisi di ogni problema si cerca di guidare passo
per passo lo studente verso la soluzione.
• Domande e problemi. Ogni capitolo termina con una
serie di domande e problemi di varia difficoltà organizzati secondo la successione degli argomenti trattati nel
capitolo. Le domande e i problemi più difficili sono indicati con numeri arancioni. Questi gruppi di domande e
problemi forniranno agli studenti l’opportunità di potenziare la loro comprensione dei concetti proposti nei
capitoli e di sviluppare ulteriormente le loro abilità analitiche.
IX
• Genomica sul Web. Oggi esiste un vasto assortimento
di siti web in cui sono liberamente accessibili informazioni su genomi, geni, sequenze di DNA, organismi mutanti, sequenze polipeptidiche, vie biochimiche e relazioni evolutive. I ricercatori accedono a queste informazioni di routine e gli studenti dovrebbero acquisirvi familiarità. A questo scopo è stata inserita alla fine di ogni
capitolo una serie di domande a cui è possibile rispondere utilizzando il sito web del National Center for Biotechnology Information (NCBI), che è sponsorizzato dagli U.S. National Institutes of Health.
• Glossario. Questa sezione del libro definisce i termini
più importanti. Gli studenti la troveranno utile per fare
chiarezza sugli argomenti e prepararsi per gli esami.
• Risposte. Alla fine del libro sono state incluse le risposte
alle domande e ai problemi con numero dispari.
Supporti didattici
I docenti che utilizzano il testo a scopo didattico possono
richiedere il materiale iconografico del volume al fine di
preparare presentazioni Power Point o stampare lucidi ad
alta definizione.
Indice
generale
Capitolo 1
La scienza della genetica
1
2
Tre importanti pietre miliari nella genetica
34
ESCHERICHIA COLI, UN BATTERIO 34
SACCHAROMYCES CEREVISIAE, IL LIEVITO DI BIRRA 35
ANIMALI INVERTEBRATI: DROSOPHILA MELANOGASTER,
IL MOSCERINO DELLA FRUTTA, E CAENORHABDITIS
ELEGANS, UN VERME CILINDRICO 35
ANIMALI VERTEBRATI: MUS MUSCULUS, IL TOPO, E DANIO
RERIO, IL PESCE ZEBRA 37
ARABIDOPSIS THALIANA, UNA PIANTA A CRESCITA
RAPIDA 37
HOMO SAPIENS, LA NOSTRA SPECIE 38
Il genoma personale 1
Un invito
APPROFONDIMENTO SULLA SOLUZIONE DEI
PROBLEMI Conteggio di cromosomi e cromatidi
2
MENDEL: I GENI E LE REGOLE DELL’EREDITARIETÀ 2
WATSON E CRICK: LA STRUTTURA DEL DNA 3
IL PROGETTO GENOMA UMANO: LA DETERMINAZIONE
DELLA SEQUENZA DEL DNA E LA CATALOGAZIONE
DEI GENI 4
Il DNA come materiale genetico
La genetica e l’evoluzione
Capitolo 3
Mendelismo: i principi alla base
dell’ereditarietà 43
5
REPLICAZIONE DEL DNA: LA PROPAGAZIONE
DELL’INFORMAZIONE GENETICA 5
ESPRESSIONE GENICA: L’USO DELL’INFORMAZIONE
GENETICA 6
MUTAZIONE: IL CAMBIAMENTO DELL’INFORMAZIONE
GENETICA 8
9
I livelli dell’analisi genetica
10
La nascita della genetica: una rivoluzione scientifica 43
GENETICA CLASSICA 10
GENETICA MOLECOLARE 11
GENETICA DI POPOLAZIONI 11
Lo studio di Mendel dell’ereditarietà 44
L’ORGANISMO SPERIMENTALE DI MENDEL, IL PISELLO
DA ORTO 44
INCROCI TRA MONOIBRIDI: LE LEGGI DELLA DOMINANZA
E DELLA SEGREGAZIONE 44
INCROCI TRA DIIBRIDI: LA LEGGE DELL’ASSORTIMENTO
INDIPENDENTE 47
La genetica nel mondo: le applicazioni della genetica
nelle attività umane 11
LA GENETICA IN AGRICOLTURA 11
LA GENETICA IN MEDICINA 13
LA GENETICA NELLA SOCIETÀ 14
UNA PIETRA MILIARE NELLA GENETICA: La coltura di
cellule umane 39
Applicazioni delle leggi di Mendel
49
IL METODO DEL QUADRATO DI PUNNETT 49
IL METODO DELLA BIFORCAZIONE O DELLO SCHEMA
RAMIFICATO 49
IL METODO DELLA PROBABILITÀ 49
UNA PIETRA MILIARE NELLA GENETICA: ⌽X174,
il primo genoma a DNA di cui è stata determinata
la sequenza
14
Capitolo 2
La riproduzione cellulare e gli
organismi modello in genetica 18
Dolly
Principi mendeliani in genetica umana
18
Le cellule e i cromosomi
La mitosi
24
La meiosi
26
Verifica delle ipotesi genetiche
IL TEST DEL CHI-QUADRO
MEIOSI I 27
MEIOSI II E RISULTATI DELLA MEIOSI
52
52
55
ALBERI GENEALOGICI 56
SEGREGAZIONE MENDELIANA NELLE FAMIGLIE UMANE
CONSULENZA GENETICA 57
19
L’AMBIENTE CELLULARE 19
LE CELLULE PROCARIOTICHE ED EUCARIOTICHE 19
IL CROMOSOMA: IL SITO IN CUI SONO LOCALIZZATI
I GENI 22
LA DIVISIONE CELLULARE 23
APPROFONDIMENTO Regole della
probabilità 50
57
APPROFONDIMENTO Probabilità
binomiali 58
APPROFONDIMENTO SULLA SOLUZIONE DEI
PROBLEMI Come formulare previsioni in base agli alberi
genealogici 59
UNA PIETRA MILIARE NELLA GENETICA: Il lavoro di
Mendel del 1866 60
31
La genetica in laboratorio: un’introduzione ad alcuni
organismi modello per la ricerca 33
XII
Indice generale
I GENI SUL CROMOSOMA Y UMANO
Capitolo 4
Estensioni del mendelismo
67
La genetica si diffonde oltre il giardino del monastero di
Mendel 67
Variabilità allelica e funzione genica
APPROFONDIMENTO Simboli genetici
Azione genica: dal genotipo al fenotipo
73
EFFETTI DELL’ININCROCIO
LA DETERMINAZIONE DEL SESSO NEGLI ESSERI UMANI 105
LA DETERMINAZIONE DEL SESSO IN DROSOPHILA 106
LA DETERMINAZIONE DEL SESSO IN ALTRI ANIMALI 107
La compensazione del dosaggio dei geni legati al
cromosoma X 108
80
APPROFONDIMENTO SULLA SOLUZIONE DEI
PROBLEMI Dalle vie metaboliche ai rapporti
fenotipici 81
Cromosomi, agricoltura e civiltà
Tecniche citologiche
81
MISURAZIONE DELLE RELAZIONI GENETICHE
87
Capitolo 5
Le basi cromosomiche
del mendelismo 93
I cromosomi
115
116
ANALISI DEI CROMOSOMI MITOTICI 116
IL CARIOTIPO UMANO 117
VARIAZIONI CITOGENETICHE: UNA RASSEGNA GENERALE 118
Poliploidia
119
POLIPLOIDI STERILI 120
POLIPLOIDI FERTILI 121
LA POLIPLOIDIA TESSUTO-SPECIFICA E LA POLITENIA
Aneuploidia
94
122
123
LA TRISOMIA NEGLI ESSERI UMANI
MONOSOMIA 125
93
124
APPROFONDIMENTO Amniocentesi e biopsia
coriale 127
DELEZIONI E DUPLICAZIONI DI SEGMENTI CROMOSOMICI 128
IL NUMERO CROMOSOMICO 94
I CROMOSOMI SESSUALI 94
La teoria cromosomica dell’ereditarietà 95
L’EVIDENZA SPERIMENTALE CHE COLLEGA L’EREDITARIETÀ
DEI GENI AI CROMOSOMI 96
IL CROMOSOMA COME INSIEME DI GENI 97
LA NON-DISGIUNZIONE COME PROVA DELLA TEORIA
CROMOSOMICA 97
LE BASI CROMOSOMICHE DEI PRINCIPI DI MENDEL
DELLA SEGREGAZIONE E DELL’ASSORTIMENTO
INDIPENDENTE 99
I geni legati al sesso negli esseri umani
UNA PIETRA MILIARE NELLA GENETICA: La “stanza
dei moscerini” di Morgan 109
Capitolo 6
Variazioni nel numero e nella
struttura dei cromosomi 115
UNA PIETRA MILIARE NELLA GENETICA: Gli errori
congeniti del metabolismo di Garrod 84
Sesso, cromosomi e geni
APPROFONDIMENTO Emofilia 104
I cromosomi sessuali e la determinazione del sesso 105
75
80
ANALISI GENETICA DELL’ININCROCIO
IPERATTIVAZIONE DEI GENI LEGATI AL CROMOSOMA X
NEI MASCHI DI DROSOPHILA 108
INATTIVAZIONE DEI GENI LEGATI AL CROMOSOMA X
NELLE FEMMINE DEI MAMMIFERI 108
INFLUENZA DELL’AMBIENTE 75
EFFETTI DELL’AMBIENTE SULL’ESPRESSIONE DEI GENI
UMANI 75
PENETRANZA ED ESPRESSIVITÀ 76
INTERAZIONI GENICHE 76
EPISTASI 77
PLEIOTROPIA 79
Inincrocio: un altro sguardo agli alberi genealogici
APPROFONDIMENTO SULLA SOLUZIONE DEI
PROBLEMI Percorso dell’eredità legata all’X e
autosomica 103
I GENI PRESENTI SIA SUL CROMOSOMA X CHE
SUL CROMOSOMA Y 103
68
DOMINANZA INCOMPLETA E CODOMINANZA 68
ALLELI MULTIPLI 69
SERIE ALLELICHE 70
SAGGIO DELL’ALLELISMO DELLE MUTAZIONI GENICHE 70
VARIABILITÀ DEGLI EFFETTI DELLE MUTAZIONI 71
LA FUNZIONE DEI GENI È LA PRODUZIONE DI POLIPEPTIDI 72
PERCHÉ ALCUNE MUTAZIONI SONO DOMINANTI E
ALTRE RECESSIVE? 72
102
101
L’EMOFILIA, UN DISORDINE DELLA COAGULAZIONE
DEL SANGUE LEGATO AL CROMOSOMA X 101
IL DALTONISMO, UN DISTURBO GENETICO LEGATO
AL CROMOSOMA X CHE COLPISCE LA VISTA 101
APPROFONDIMENTO SULLA SOLUZIONE DEI
PROBLEMI Schema della non-disgiunzione dei cromosomi del sesso 128
Riarrangiamenti della struttura cromosomica
130
INVERSIONI 130
TRASLOCAZIONI 131
UNA PIETRA MILIARE NELLA GENETICA: Tjio e Levan
scoprono il corretto numero dei cromosomi umani 132
CROMOSOMI COMPOSTI E TRASLOCAZIONI
ROBERTSONIANE 132
Indice generale
Capitolo 7
Associazione, crossing over e
mappe cromosomiche negli
eucarioti 140
La prima mappa cromosomica al mondo
141
PRIME EVIDENZE DELLA CONCATENAZIONE
E DELLA RICOMBINAZIONE 141
IL CROSSING OVER COME BASE FISICA
DELLA RICOMBINAZIONE 143
PROVE CHE IL CROSSING OVER DETERMINA
RICOMBINAZIONE 145
I CHIASMI E IL MOMENTO DEL CROSSING OVER
Meccanismi di scambio genetico nei batteri 188
TRASFORMAZIONE 189
CONIUGAZIONE 192
TRASDUZIONE 196
PLASMIDI ED EPISOMI 198
145
146
APPROFONDIMENTO SULLA SOLUZIONE DEI
PROBLEMI Usare la mappa genetica per predire il risultato di un incrocio 151
FREQUENZA DI RICOMBINAZIONE E DISTANZA DI MAPPA 151
FREQUENZA DEI CHIASMI E DISTANZA DI MAPPA 153
Mappe citogenetiche
153
Analisi delle tetradi nei funghi
UNA PIETRA MILIARE NELLA GENETICA:
La coniugazione in Escherichia coli 204
Capitolo 9
Il DNA e la struttura molecolare
dei cromosomi 210
Ricombinazione ed evoluzione
LA PROVA CHE IL DNA MEDIA LA TRASFORMAZIONE 211
DIMOSTRAZIONE CHE IL DNA PORTA L’INFORMAZIONE
GENETICA NEL BATTERIOFAGO T2 212
DIMOSTRAZIONE CHE IN ALCUNI VIRUS L’INFORMAZIONE
GENETICA È CONTENUTA NELL’RNA 214
I VIROIDI, MOLECOLE DI RNA NUDE, INFETTIVE
ED EREDITABILI 215
I PRIONI, PROTEINE INFETTIVE ED EREDITABILI 215
161
163
Struttura del DNA e dell’RNA
215
LA NATURA DELLE SUBUNITÀ CHIMICHE CHE COMPONGONO
IL DNA E L’RNA 216
STRUTTURA DEL DNA: LA DOPPIA ELICA 217
STRUTTURA DEL DNA: FORME ALTERNATIVE DELLA
DOPPIA ELICA 220
UNA PIETRA MILIARE NELLA GENETICA: Mappatura
del gene del morbo di Huntington 164
CONTROLLO GENETICO DELLA RICOMBINAZIONE
167
Capitolo 8
La genetica dei batteri e dei loro
virus 177
I batteri con ampio spettro di resistenza
agli antibiotici 177
178
178
I BATTERIOFAGI T4 E LAMBDA 179
MAPPATURA DEI GENI NEI BATTERIOFAGI 182
IL BATTERIOFAGO T4: UN CROMOSOMA LINEARE
CON UNA MAPPA GENETICA CIRCOLARE 184
211
Dimostrazione che l’informazione genetica è contenuta
nel DNA 211
163
SIGNIFICATO EVOLUTIVO DELLA RICOMBINAZIONE
INVERSIONI COME SOPPRESSORI
DELLA RICOMBINAZIONE 163
210
Funzioni del materiale genetico
156
Analisi di associazione nell’uomo
La genetica dei virus
APPROFONDIMENTO SULLA SOLUZIONE DEI
PROBLEMI Mappatura dei geni con la coniugazione
in E. coli 202
Il significato evolutivo dello scambio genetico nei
batteri 203
ANALISI DELLA CONCATENAZIONE E MAPPATURA DEI GENI
IN LIEVITO 157
MAPPATURA DEI CENTROMERI USANDO I DATI
DELLE TETRADI ORDINATE 159
Virus e batteri in genetica
APPROFONDIMENTO Abuso di antibiotici 199
La scoperta della nucleina
LOCALIZZAZIONE DEI GENI MEDIANTE L’UTILIZZO
DI DELEZIONI E DUPLICAZIONI 153
DISTANZA GENETICA E DISTANZA FISICA 155
186
I FATTORI F⬘ E LA SESDUZIONE 200
USO DEI DIPLOIDI PARZIALI PER LA MAPPATURA DI GENI
STRETTAMENTE ASSOCIATI 201
CROSSING OVER COME MISURA DELLA DISTANZA
DI MAPPA 147
MAPPATURA PER RICOMBINAZIONE CON REINCROCI
A DUE PUNTI 147
MAPPATURA PER RICOMBINAZIONE CON REINCROCI A TRE
PUNTI 148
XIII
GENI MUTANTI NEI BATTERI 187
TRASFERIMENTO GENICO UNIDIREZIONALE NEI BATTERI 187
140
Associazione, ricombinazione e crossing over
Mappe cromosomiche
La genetica dei batteri
APPROFONDIMENTO SULLA SOLUZIONE DEI
PROBLEMI Calcolare il contenuto in basi del DNA 221
STRUTTURA DEL DNA: SUPERAVVOLGIMENTI NEGATIVI
IN VIVO 221
Struttura del cromosoma nei procarioti e nei virus
Struttura dei cromosomi negli eucarioti
224
COMPOSIZIONE CHIMICA DEI CROMOSOMI
DEGLI EUCARIOTI 224
UNA SOLA GRANDE MOLECOLA DI DNA PER
CROMOSOMA 225
I TRE LIVELLI DI IMPACCHETTAMENTO DEL DNA
NEI CROMOSOMI DEGLI EUCARIOTI 228
CENTROMERI E TELOMERI 232
222
XIV
Indice generale
APPROFONDIMENTO Ibridazione in situ 234
UNA PIETRA MILIARE NELLA GENETICA: La doppia
elica 236
LE SEQUENZE DI DNA RIPETUTE 239
Conservazione e trasmissione dell’informazione attraverso
codici semplici 282
Capitolo 10
Replicazione del DNA e dei
cromosomi 244
I gemelli monozigoti sono davvero identici?
APPROFONDIMENTO Tecniche
di centrifugazione 246
Il processo dell’espressione genica
286
UN INTERMEDIO: L’mRNA 286
ASPETTI GENERALI DELLA SINTESI DELL’RNA
289
RNA POLIMERASI: ENZIMI COMPLESSI
255
LA SCOPERTA DELLA DNA POLIMERASI I IN ESCHERICHIA
COLI 255
TANTE DNA POLIMERASI 256
DNA POLIMERASI III: LA REPLICASI DI ESCHERICHIA
COLI 257
ATTIVITÀ DI CORREZIONE DELLE BOZZE
DELLE DNA POLIMERASI 258
Il complesso apparato della replicazione
Aspetti peculiari della replicazione dei cromosomi
eucariotici 269
IL CICLO CELLULARE 269
REPLICONI MULTIPLI IN OGNI CROMOSOMA 269
DUE O PIÙ DNA POLIMERASI A OGNI SINGOLA FORCINA
DI REPLICAZIONE 270
DUPLICAZIONE DEI NUCLEOSOMI ALLA FORCINA
DI REPLICAZIONE 271
TELOMERASI: LA REPLICAZIONE DELLE ESTREMITÀ
DEI CROMOSOMI 272
LUNGHEZZA DEI TELOMERI E INVECCHIAMENTO
NELL’UOMO 273
UNA PIETRA MILIARE NELLA GENETICA: Il DNA è
replicato in modo semiconservativo 274
APPROFONDIMENTO SULLA SOLUZIONE DEI
PROBLEMI Distinzione tra gli RNA trascritti dal DNA
stampo virale e quelli trascritti dal DNA stampo della
cellula ospite 290
Trascrizione e maturazione dell’RNA negli eucarioti
293
TRE RNA POLIMERASI/TRE GRUPPI DI GENI 295
INIZIO DELLE CATENE DI RNA 295
ALLUNGAMENTO DELLA CATENA DI RNA E AGGIUNTA
DEL CAP DI METIL GUANOSINA AL 5⬘ 297
TERMINAZIONE PER TAGLIO DELLA CATENA E AGGIUNTA
DELLA CODA DI POLI(A) AL 3⬘ 298
EDITING DELL’RNA: ALTERAZIONE DELL’INFORMAZIONE
CONTENUTA NELLE MOLECOLE DI mRNA 298
260
SINTESI CONTINUA DI UN FILAMENTO E SINTESI
DISCONTINUA DELL’ALTRO FILAMENTO 260
CHIUSURA COVALENTE DELLE INTERRUZIONI NEL DNA
PER AZIONE DELLA DNA LIGASI 260
INIZIO DI CATENE DI DNA CON INNESCHI DI RNA 261
SVOLGIMENTO DEL DNA AD OPERA DI ELICASI,
PROTEINE CHE LEGANO IL DNA E TOPOISOMERASI 262
L’APPARATO DI REPLICAZIONE: PROTEINE PREINNESCO,
PRIMOSOMI E REPLISOMI 265
REPLICAZIONE A CERCHIO ROTANTE 268
289
INIZIO DELLE CATENE DI RNA 290
ALLUNGAMENTO DELLE CATENE DI RNA 291
TERMINAZIONE DELLE CATENE DI RNA 291
TRASCRIZIONE, TRADUZIONE E DEGRADAZIONE
CONTEMPORANEE DELL’mRNA 293
251
DNA polimerasi e sintesi del DNA in vitro
286
APPROFONDIMENTO Prova dell’esistenza di un
RNA messaggero instabile 287
Trascrizione nei procarioti
APPROFONDIMENTO SULLA SOLUZIONE DEI
PROBLEMI Predire il profilo di marcatura con 3H
dei cromosomi 249
ORIGINI DI REPLICAZIONE PECULIARI
REPLICAZIONE BIDIREZIONALE 252
TRASCRIZIONE E TRADUZIONE 283
CINQUE TIPI DI MOLECOLE DI RNA 284
245
VISUALIZZAZIONE DELLE FORCINE DI REPLICAZIONE
MEDIANTE AUTORADIOGRAFIA 248
Trasferimento dell’informazione genetica: il dogma
centrale 283
244
Caratteristiche fondamentali della replicazione
del DNA in vivo 245
REPLICAZIONE SEMICONSERVATIVA
Capitolo 11
Trascrizione e maturazione
dell’RNA 282
Geni interrotti negli eucarioti: esoni e introni
299
ALCUNI GENI EUCARIOTICI SONO MOLTO LUNGHI
INTRONI: SIGNIFICATO BIOLOGICO? 300
299
Rimozione delle sequenze introniche tramite splicing
dell’RNA 300
SPLICING DEI PRECURSORI DEI tRNA: ATTIVITÀ NUCLEASICA
E LIGASICA SPECIFICHE 301
SPLICING AUTOCATALITICO 301
SPLICING DEI PRE-mRNA: snRNA, snRNP E SPLICEOSOMA 303
UNA PIETRA MILIARE NELLA GENETICA:
Gli introni 304
Capitolo 12
La traduzione e il codice
genetico 312
L’anemia falciforme: gli effetti devastanti della
sostituzione di una singola coppia di basi 312
La struttura delle proteine
313
I POLIPEPTIDI: VENTI SUBUNITÀ AMINOACIDICHE
DIFFERENTI 313
Indice generale
LE PROTEINE: COMPLESSE STRUTTURE TRIDIMENSIONALI 313
Sintesi proteica: la traduzione
UNO SGUARDO GENERALE ALLA SINTESI PROTEICA 316
COMPONENTI RICHIESTI PER LA SINTESI PROTEICA:
I RIBOSOMI 317
COMPONENTI RICHIESTI PER LA SINTESI PROTEICA:
GLI RNA TRANSFER 318
TRADUZIONE: LA SINTESI DEI POLIPEPTIDI UTILIZZANDO
STAMPI DI mRNA 321
Il codice genetico
APPROFONDIMENTO SULLA SOLUZIONE DEI
PROBLEMI Predire sostituzioni aminoacidiche indotte
da mutageni 333
RICONOSCIMENTO DEI CODONI DA PARTE DEI tRNA:
IPOTESI DEL VACILLAMENTO 334
MUTAZIONI A SOPPRESSORE CHE PRODUCONO tRNA
CON ALTERATE CAPACITÀ DI RICONOSCIMENTO 335
356
APPROFONDIMENTO SULLA SOLUZIONE DEI
PROBLEMI Predire sostituzioni aminoacidiche indotte
da mutageni chimici 360
MUTAZIONI INDOTTE DA ELEMENTI GENETICI
TRASPONIBILI 361
ESPANSIONE DI RIPETIZIONI DI TRIPLETTE NUCLEOTIDICHE
E MALATTIE UMANE EREDITARIE 362
Identificazione di sostanze chimiche mutagene: il test di
Ames 363
Meccanismi di riparazione del DNA
364
RIPARAZIONE DIPENDENTE DALLA LUCE 365
RIPARAZIONE PER ESCISSIONE 365
ALTRI MECCANISMI DI RIPARAZIONE 366
Malattie umane ereditarie causate da difetti
nella riparazione del DNA 368
Meccanismi di ricombinazione del DNA
Interazioni codoni-tRNA 334
XV
354
MUTAZIONI INDOTTE 355
MUTAZIONI INDOTTE DA SOSTANZE CHIMICHE
MUTAZIONI INDOTTE DA RADIAZIONI 358
329
LE PROPRIETÀ DEL CODICE GENETICO: UNA VISIONE
GENERALE 329
TRE NUCLEOTIDI PER CODONE 329
LA DECIFRAZIONE DEL CODICE 331
CODONI D’INIZIO E DI TERMINAZIONE 331
UN CODICE DEGENERATO E ORDINATO 331
UN CODICE QUASI UNIVERSALE 332
Basi molecolari della mutazione
316
369
LA RICOMBINAZIONE: TAGLIO E RICUCITURA
DELLE MOLECOLE DI DNA 370
UNA PIETRA MILIARE NELLA GENETICA: La
decifrazione del codice genetico 336
UNA PIETRA MILIARE NELLA GENETICA: Muller
dimostra che i raggi X sono mutageni 372
LA CONVERSIONE GENICA: SINTESI DI RIPARAZIONE DEL DNA
ASSOCIATA CON LA RICOMBINAZIONE 374
La conferma in vivo della natura del codice genetico 338
Capitolo 13
Mutazione, riparazione del DNA
e ricombinazione 343
Xeroderma pigmentosum: un difetto nella riparazione del
DNA danneggiato nell’uomo 343
Capitolo 14
Definizione del concetto
di gene 382
Che cos’è la vita?
Evoluzione del concetto di gene: riassunto
383
Evoluzione del concetto di gene: funzione
385
La mutazione: fonte della variabilità genetica necessaria
per l’evoluzione 344
MENDEL: FATTORI COSTANTI CHE CONTROLLANO
I CARATTERI FENOTIPICI 385
GARROD: UN GENE MUTANTE-UN BLOCCO METABOLICO 385
BEADLE E TATUM: UN GENE-UN ENZIMA 386
UN GENE-UN POLIPEPTIDE 386
La mutazione: caratteristiche fondamentali del
processo 344
LA MUTAZIONE: SOMATICA O GERMINALE 344
LA MUTAZIONE: SPONTANEA O INDOTTA 345
LA MUTAZIONE: UN PROCESSO DI SOLITO CASUALE
E NON ADATTATIVO 345
LA MUTAGENESI ADATTATIVA, O IN FASE STAZIONARIA,
NEI BATTERI 347
LA MUTAZIONE: UN PROCESSO REVERSIBILE 348
La mutazione: effetti fenotipici
APPROFONDIMENTO La malattia di Tay-Sachs,
una tragedia dell’infanzia
352
APPROFONDIMENTO Genoma umano:
quanti geni? 388
Evoluzione del concetto di gene: struttura
388
IL CONCETTO ANTERIORE AL 1940: IL FILO DI PERLE 388
SCOPERTA DELLA RICOMBINAZIONE ALL’INTERNO
DEL GENE 389
RICOMBINAZIONE TRA COPPIE NUCLEOTIDICHE
ADIACENTI 389
COLINEARITÀ TRA LA SEQUENZA CODIFICANTE DI UN GENE
E IL SUO PRODOTTO POLIPEPTIDICO 390
349
MUTAZIONI CON EFFETTI FENOTIPICI: SOLITAMENTE
DANNOSE E RECESSIVE 349
EFFETTI DELLE MUTAZIONI NEI GENI DELLE GLOBINE
UMANE 350
LA MUTAZIONE NELL’UOMO: BLOCCHI NELLE
VIE METABOLICHE 351
MUTAZIONI LETALI CONDIZIONALI: UN POTENTE
STRUMENTO PER GLI STUDI GENETICI 351
382
Una definizione genetica del gene
393
IL TEST DI COMPLEMENTAZIONE COME MEZZO PER DEFINIRE
IL GENE OPERATIVAMENTE 393
COMPLEMENTAZIONE INTRAGENICA 395
APPROFONDIMENTO SULLA SOLUZIONE DEI
PROBLEMI Attribuzione delle mutazioni ai geni 398
XVI
Indice generale
LIMITI DELLA VALIDITÀ DEL TEST
DI COMPLEMENTAZIONE 399
Il locus rII del batteriofago T4
399
I MUTANTI rII SONO LETALI CONDIZIONALI 399
IL TEST DI COMPLEMENTAZIONE DIMOSTRA CHE IL LOCUS rII
È COSTITUITO DA DUE GENI 400
MAPPATURA DELLE MUTAZIONI rII ATTRAVERSO INCROCI
A DUE FATTORI 400
MAPPATURA PER DELEZIONE 400
IL LOCUS rII: MOLTE MUTAZIONI IN DUE GENI ADIACENTI 403
Geni nei geni nel batteriofago ⌽X174
Capitolo 16
Genomica 456
Prospettive della genetica umana in Islanda
404
Relazioni gene-proteina 406
SPLICING ALTERNATIVO: ISOFORME PROTEICHE
407
Clonaggio posizionale dei geni
461
466
CAMMINI CROMOSOMICI 467
SALTI CROMOSOMICI 468
Il Progetto Genoma Umano
469
MAPPATURA DEL GENOMA UMANO 470
SEQUENZIAMENTO DEL GENOMA UMANO 471
IL PROGETTO HAPMAP NELL’UOMO
473
Trattamento del nanismo ipofisario con l’ormone della
crescita umano 418
Tecniche fondamentali usate per identificare, amplificare e
clonare i geni 419
LA SCOPERTA DELLE ENDONUCLEASI DI RESTRIZIONE 420
LA PRODUZIONE IN VITRO DI MOLECOLE DI
DNA RICOMBINANTE 422
AMPLIFICAZIONE DELLE MOLECOLE DI DNA RICOMBINANTE
NEI VETTORI DI CLONAGGIO 422
AMPLIFICAZIONE DI SEQUENZE DI DNA TRAMITE
LA REAZIONE DI POLIMERIZZAZIONE A CATENA (PCR) 429
Saggi su RNA e proteine per lo studio delle funzioni del
genoma 475
SEQUENZE ESPRESSE 475
IBRIDAZIONI SU ARRAY E GENE-CHIP 476
UTILIZZO DELLA GREEN FLUORESCENT PROTEIN COME
MARCATORE DELLA SINTESI PROTEICA 477
Genomica comparativa
431
Mutagenesi sito-specifica utilizzando la PCR
433
L’analisi molecolare di DNA, RNA e proteine
435
ANALISI DEL DNA MEDIANTE IBRIDAZIONE PER
SOUTHERN BLOT 435
ANALISI DELL’RNA MEDIANTE IBRIDAZIONE PER
NORTHERN BLOT 437
APPROFONDIMENTO Identificazione del gene mutante che causa la fibrosi cistica 438
ANALISI DEGLI RNA CON LA TECNICA RT-PCR 439
ANALISI DELLE PROTEINE CON LA TECNICA DEL
WESTERN BLOTTING 439
UNA PIETRA MILIARE NELLA GENETICA: Due bozze
della sequenza del genoma umano 490
APPROFONDIMENTO SULLA SOLUZIONE DEI
PROBLEMI
Uso della bioinformatica per lo studio
di sequenze di DNA 493
Capitolo 17
Applicazioni della genetica
molecolare 499
441
MAPPE FISICHE DI MOLECOLE DI DNA BASATE SUI SITI
DI TAGLIO DEGLI ENZIMI DI RESTRIZIONE 441
Identificazione della mutazione Tay-Sachs in preembrioni umani di otto cellule 499
UNA PIETRA MILIARE NELLA GENETICA:
Endonucleasi di restrizione 442
SEQUENZE NUCLEOTIDICHE DI GENI E CROMOSOMI
479
BIOINFORMATICA 480
GENOMI PROCARIOTICI 482
I GENOMI DEI CLOROPLASTI E DEI MITOCONDRI 484
I GENOMI MITOCONDRIALI 484
I GENOMI CLOROPLASTIDIALI 486
GENOMI EUCARIOTICI 486
L’EVOLUZIONE DEI GENOMI DEI CEREALI 489
L’EVOLUZIONE DEI GENOMI DEI MAMMIFERI 489
COSTRUZIONE DI LIBRERIE GENOMICHE 431
COSTRUZIONE DI LIBRERIE DI cDNA 431
ANALISI DI LIBRERIE DI DNA PER L’ISOLAMENTO DI GENI
D’INTERESSE 432
459
MAPPE DEI POLIMORFISMI DI LUNGHEZZA DEI FRAMMENTI
DI RESTRIZIONE (RFLP) E DEI MICROSATELLITI 463
MAPPE CITOGENETICHE 464
MAPPE FISICHE E BANCHE DI CLONI 465
Capitolo 15
Le tecniche della genetica
molecolare 418
L’analisi molecolare di geni e cromosomi
GenBank
456
Correlazione tra mappe genetiche, citologiche e fisiche dei
cromosomi 462
ASSEMBLAGGIO DEI GENI DURANTE LO SVILUPPO:
LE CATENE DEGLI ANTICORPI UMANI 408
APPROFONDIMENTO
Genomica: un quadro generale
UNA PIETRA MILIARE NELLA GENETICA: L’effetto di
posizione cis-trans di Lewis 408
Costruzione e analisi di librerie di DNA
APPROFONDIMENTO SULLA SOLUZIONE DEI
PROBLEMI Determinazione delle sequenze
nucleotidiche di elementi genetici 448
444
Uso della tecnologia del DNA ricombinante per
l’identificazione di geni umani 500
LA MALATTIA DI HUNTINGTON
LA FIBROSI CISTICA 501
500
Indice generale
APPROFONDIMENTO SULLA SOLUZIONE DEI
PROBLEMI Analisi per gli alleli mutanti che causano ritardo mentale da X fragile 503
Diagnosi molecolare delle malattie umane
Terapia genica nell’uomo
511
513
L’ORMONE DELLA CRESCITA UMANO 513
PROTEINE CON APPLICAZIONI INDUSTRIALI 514
Piante e animali transgenici
515
ANIMALI TRANSGENICI: MICROINIEZIONI DI DNA IN UOVA
FECONDATE E TRASFEZIONE DI CELLULE STAMINALI
EMBRIONALI 515
PIANTE TRANSGENICHE: IL PLASMIDE TI DI AGROBACTERIUM
TUMEFACIENS 517
Genetica inversa: dissezione dei processi biologici
attraverso l’inibizione dell’espressione genica 519
APPROFONDIMENTO
Cibi GM: sono sicuri? 520
RNA ANTISENSO 520
MUTAZIONI KNOCKOUT NEL TOPO 522
INSERZIONI DI T-DNA E DI TRASPOSONI 524
UNA PIETRA MILIARE NELLA GENETICA:
Trasformazione di Drosophila con elementi P 556
Capitolo 19
Regolazione dell’espressione
genica nei procarioti e nei loro
virus 563
Il sogno di d’Hérelle di curare la dissenteria nell’uomo
con la terapia fagica 563
Espressione genica costitutiva, inducibile e reprimibile 564
Regolazione positiva e negativa dell’espressione
genica 566
Operoni: gruppi di geni regolati in modo coordinato 568
L’operone del lattosio in E. coli: induzione e repressione
da catabolita 570
UNA PIETRA MILIARE NELLA GENETICA: Ripetizioni
di trinucleotidi e malattie umane 526
INTERFERENZA A RNA
INDUZIONE 570
REPRESSIONE DA CATABOLITA
529
572
APPROFONDIMENTO Interazioni proteine-DNA che
controllano la trascrizione dell’operone lac 574
Capitolo 18
Elementi genetici trasponibili 535
L’operone del triptofano in E. coli: repressione
e attenuazione 576
Il mais: un alimento di base con un retaggio culturale 535
Elementi trasponibili: una visione d’insieme
Elementi trasponibili nei batteri
536
REPRESSIONE 576
ATTENUAZIONE 576
537
ELEMENTI IS 537
TRASPOSONI COMPOSITI 538
ELEMENTI Tn3 539
L’IMPORTANZA DEI TRASPOSONI BATTERICI IN MEDICINA 540
Elementi trasponibili taglia-e-cuci negli eucarioti 541
ELEMENTI Ac E Ds NEL MAIS
541
APPROFONDIMENTO SULLA SOLUZIONE DEI
PROBLEMI Verifica la comprensione dell’operone
lac 577
Il batteriofago lambda: repressione dei geni del ciclo litico
durante la lisogenia 581
Sequenza temporale dell’espressione genica durante
l’infezione fagica 583
Controllo traduzionale dell’espressione genica
APPROFONDIMENTO Barbara McClintock, la
scopritrice degli elementi trasponibili 542
APPROFONDIMENTO SULLA SOLUZIONE DEI
PROBLEMI Analizzare l’attività dei trasposoni nel
mais 544
Meccanismi di regolazione post-traduzionali
ELEMENTI P E DISGENESI DEGLI IBRIDI IN DROSOPHILA 544
MARINER, UN TRASPOSONE ANTICO E MOLTO DIFFUSO 546
Retrovirus e retrotrasposoni 547
RETROVIRUS 547
ELEMENTI RETROVIRUS-SIMILI 549
RETROPOSONI 552
Elementi trasponibili nell’uomo
553
555
TRASPOSONI E MUTAZIONE 556
ASPETTI EVOLUTIVI RIGUARDANTI GLI ELEMENTI
TRASPONIBILI 557
Produzione di proteine eucariotiche nei batteri
I TRASPOSONI E L’ORGANIZZAZIONE DEL GENOMA
505
TEST DI PATERNITÀ 512
APPLICAZIONI FORENSI 512
Il significato genetico ed evolutivo degli elementi
trasponibili 555
506
DNA fingerprint, l’impronta del DNA
XVII
583
UNA PIETRA MILIARE NELLA GENETICA: Jacob,
Monod e il modello dell’operone 586
588
Capitolo 20
Regolazione dell’espressione
genica negli eucarioti 593
I tripanosomi africani: un guardaroba di travestimenti
molecolari 593
Modalità di regolazione dell’espressione genica negli
eucarioti: una panoramica 594
XVIII
Indice generale
LIVELLI DELLA REGOLAZIONE GENICA NEGLI EUCARIOTI
TRASCRIZIONE CONTROLLATA DEL DNA 594
SPLICING ALTERNATIVO DELL’RNA 595
CONTROLLO CITOPLASMATICO DELLA STABILITÀ
DELL’RNA MESSAGGERO 596
594
Attività dei geni materni durante lo sviluppo
GENI A EFFETTO MATERNO
Analisi genetica dello sviluppo nei vertebrati
602
604
APPROFONDIMENTO GAL4, un fattore di
trascrizione di lievito 606
FONTI DI SHORT INTERFERING RNA E microRNA
606
Espressione genica e organizzazione cromosomica 609
TRASCRIZIONE NELLE ANSE DEI CROMOSOMI
A SPAZZOLA 609
TRASCRIZIONE NEI “PUFF” DEI CROMOSOMI POLITENICI 609
ORGANIZZAZIONE MOLECOLARE DEL DNA
TRASCRIZIONALMENTE ATTIVO 610
RIMODELLAMENTO DELLA CROMATINA 611
EUCROMATINA ED ETEROCROMATINA 611
SILENZIAMENTO GENICO 612
METILAZIONE DEL DNA E IMPRINTING 616
AMPLIFICAZIONE GENICA 616
Attivazione e inattivazione di interi cromosomi
618
INATTIVAZIONE DEL CROMOSOMA X NEI MAMMIFERI 618
IPERATTIVAZIONE DEL CROMOSOMA X IN DROSOPHILA 619
La storia molecolare di una famiglia
Il cancro: una malattia genetica
ASPETTI GENERALI DELLO SVILUPPO DI DROSOPHILA 628
ASPETTI GENERALI DELLO SVILUPPO DI C. ELEGANS 629
Analisi genetica dei programmi di sviluppo
659
660
LE MOLTEPLICI FORME DI CANCRO 660
CANCRO E CICLO CELLULARE 661
CANCRO E MORTE CELLULARE PROGRAMMATA
LE BASI GENETICHE DEL CANCRO 662
Oncogeni
662
668
CANCRO EREDITARIO E IPOTESI DEI DUE COLPI
DI KNUDSON 668
RUOLO DELLE PROTEINE SOPPRESSORI DI TUMORE
NELLE CELLULE 669
APPROFONDIMENTO SULLA SOLUZIONE DEI
PROBLEMI Stima dei tassi di mutazione nel
retinoblastoma
671
Vie genetiche che portano al cancro
676
APPROFONDIMENTO Cancro e consulenza
genetica 678
UNA PIETRA MILIARE NELLA GENETICA:
L’identificazione del gene BRCA1 679
630
DETERMINAZIONE DEL SESSO IN DROSOPHILA 631
DETERMINAZIONE DEL SESSO IN C. ELEGANS 634
661
RETROVIRUS CHE INDUCONO TUMORI E
ONCOGENI VIRALI 663
OMOLOGHI CELLULARI DEGLI ONCOGENI VIRALI:
I PROTO–ONCOGENI 664
ONCOGENI CELLULARI MUTANTI E CANCRO 665
RIARRANGIAMENTI CROMOSOMICI E CANCRO 667
627
Organismi modello per l’analisi genetica dello
sviluppo 628
646
UNA PIETRA MILIARE NELLA GENETICA: Mutazioni
che alterano la segmentazione in Drosophila 652
Geni oncosoppressori
Capitolo 21
Il controllo genetico dello
sviluppo animale 627
Terapia delle cellule staminali
APPROFONDIMENTO SULLA SOLUZIONE DEI
PROBLEMI Dissezione di un programma di
differenziamento cellulare usando le mutazioni
Capitolo 22
Le basi genetiche del cancro
UNA PIETRA MILIARE NELLA GENETICA: La scoperta
della RNA interference 620
IPOATTIVAZIONE DEL CROMOSOMA X IN
CAENORHABDITIS 622
645
GENI DEI VERTEBRATI OMOLOGHI A QUELLI
DEGLI INVERTEBRATI 646
IL TOPO: MUTAZIONI INSERZIONALI CASUALI
E MUTAZIONI KNOCKOUT GENE-SPECIFICHE 647
IL PESCE ZEBRA (ZEBRA FISH): MUTAZIONI KNOCKDOWN
CON IL MORFOLINO 648
STUDI CON LE CELLULE STAMINALI DEI MAMMIFERI 649
CLONAZIONE RIPRODUTTIVA 650
CAMBIAMENTI GENETICI DURANTE IL DIFFERENZIAMENTO
DELLE CELLULE IMMUNITARIE DEI VERTEBRATI 651
APPROFONDIMENTO SULLA SOLUZIONE DEI
PROBLEMI Definizione delle sequenze richieste per
l’espressione genica 603
Regolazione post-trascrizionale dell’espressione genica
mediante RNA interference 604
640
SEGMENTAZIONE DEL CORPO 640
FORMAZIONE DEGLI ORGANI 642
SPECIFICAZIONE DEI TIPI CELLULARI 644
LE SEQUENZE DI DNA COINVOLTE NEL CONTROLLO
DELLA TRASCRIZIONE 600
PROTEINE COINVOLTE NEL CONTROLLO
DELLA TRASCRIZIONE: FATTORI DI TRASCRIZIONE
ASPETTI DELLA RNAi
636
Attività dei geni zigotici durante lo sviluppo
Controllo molecolare della trascrizione negli eucarioti 600
Fruitless
DETERMINAZIONE DEGLI ASSI DORSO-VENTRALE E
ANTERO-POSTERIORE NEGLI EMBRIONI
DI DROSOPHILA 637
Induzione dell’attività trascrizionale da parte di fattori
ambientali e biologici 596
LA TEMPERATURA: I GENI HEAT-SHOCK 596
LA LUCE: I GENI DELLA RIBULOSIO 1,5-BISFOSFATO
CARBOSSILASI NELLE PIANTE 597
MOLECOLE SEGNALE: GENI CHE RISPONDONO
AGLI ORMONI 597
APPROFONDIMENTO
635
635
659
Indice generale
Capitolo 23
Ereditarietà dei caratteri
complessi 684
685
CARATTERI COMPLESSI QUANTIFICABILI 685
FATTORI GENETICI E AMBIENTALI INFLUENZANO
I CARATTERI QUANTITATIVI 685
PIÙ GENI INFLUENZANO I CARATTERI QUANTITATIVI
CARATTERI SOGLIA 687
Analisi dei caratteri quantitativi
Capitolo 25
Genetica evolutiva
689
La nascita della teoria evolutiva
731
LA TEORIA DELL’EVOLUZIONE DI DARWIN
GENETICA EVOLUTIVA 732
690
Evoluzione molecolare
Genetica quantitativa del comportamento umano
701
703
703
UNA PIETRA MILIARE NELLA GENETICA: Studio sui
gemelli separati del Minnesota 704
PERSONALITÀ
Una colonia lontana
743
APPROFONDIMENTO Tassi evolutivi
744
LA TEORIA NEUTRALE DELL’EVOLUZIONE MOLECOLARE
EVOLUZIONE MOLECOLARE ED EVOLUZIONE
FENOTIPICA 747
Speciazione
709
709
710
STIMA DELLE FREQUENZE ALLELICHE 710
RELAZIONE TRA FREQUENZE GENOTIPICHE E ALLELICHE:
IL PRINCIPIO DI HARDY-WEINBERG 711
APPLICAZIONI DEL PRINCIPIO DI HARDY-WEINBERG 711
ECCEZIONI AL PRINCIPIO DI HARDY-WEINBERG 712
UTILIZZO DELLE FREQUENZE ALLELICHE
NELLA CONSULENZA GENETICA 714
Evoluzione dell’uomo
752
753
L’UOMO E LE GRANDI SCIMMIE 753
EVOLUZIONE UMANA NEI RESTI FOSSILI
753
UNA PIETRA MILIARE NELLA GENETICA: La teoria
neutrale dell’evoluzione molecolare 754
VARIABILITÀ DELLE SEQUENZE DI DNA
E ORIGINE DELL’UOMO 756
715
SELEZIONE NATURALE A LIVELLO DI GENE 715
SELEZIONE NATURALE A LIVELLO DI FENOTIPO 717
La deriva genetica casuale
718
CAMBIAMENTI CASUALI DELLE FREQUENZE ALLELICHE
EFFETTI DELLE DIMENSIONI DELLE POPOLAZIONI 719
719
746
749
CHE COS’È UNA SPECIE? 749
MODALITÀ DI SPECIAZIONE 750
LA GENETICA DELLA SPECIAZIONE
La teoria delle frequenze alleliche
La selezione naturale
APPROFONDIMENTO SULLA SOLUZIONE DEI
PROBLEMI Uso del DNA mitocondriale per stabilire
una filogenesi 741
L’OROLOGIO MOLECOLARE 742
VARIABILITÀ DEI TASSI EVOLUTIVI
705
Capitolo 24
Genetica di popolazioni
737
LE MOLECOLE COME “DOCUMENTI DELLA STORIA
EVOLUTIVA” 737
FILOGENESI MOLECOLARE 738
TASSI DI EVOLUZIONE MOLECOLARE 740
699
INTERPRETAZIONE DELLE CORRELAZIONI TRA PARENTI
733
VARIABILITÀ FENOTIPICA 733
VARIABILITÀ DELLA STRUTTURA CROMOSOMICA 734
VARIABILITÀ DELLA STRUTTURA DELLE PROTEINE 735
VARIABILITÀ DELLE SEQUENZE NUCLEOTIDICHE 736
APPROFONDIMENTO SULLA SOLUZIONE DEI
PROBLEMI Scoprire la dominanza nei QTL 701
INTELLIGENZA
731
Variabilità genetica nelle popolazioni naturali
CORRELAZIONE DEI FENOTIPI QUANTITATIVI TRA PARENTI 699
730
Da dove veniamo? Chi siamo? Dove andiamo? 730
690
APPROFONDIMENTO Selezione artificiale 695
Correlazioni tra parenti
UNA PIETRA MILIARE NELLA GENETICA: Il principio
di Hardy-Weinberg 724
685
687
L’IPOTESI MULTIFATTORIALE 690
SCOMPOSIZIONE DELLA VARIANZA FENOTIPICA
EREDITABILITÀ IN SENSO LATO 691
EREDITABILITÀ IN SENSO STRETTO 691
PREVISIONE DEI FENOTIPI 692
SELEZIONE ARTIFICIALE 693
LOCI DEI CARATTERI QUANTITATIVI 694
APPROFONDIMENTO SULLA SOLUZIONE DEI
PROBLEMI Applicazione della deriva genetica all’isola
di Pitcairn 720
721
SELEZIONE BILANCIATA 721
BILANCIAMENTO MUTAZIONE-SELEZIONE 722
BILANCIAMENTO MUTAZIONE-DERIVA 723
Caratteri complessi
DISTRIBUZIONI DI FREQUENZA 688
LA MEDIA E LA CLASSE MODALE 688
LA VARIANZA E LA DEVIAZIONE STANDARD
XIX
Popolazioni in equilibrio genetico
Malattie cardiovascolari: una combinazione di fattori
genetici e ambientali 684
Statistica della genetica quantitativa
Glossario 763
Risposte a domande e problemi
con numero dispari 783
Indice analitico 801
