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LE LEGGI DI MENDEL
Gregor Johann Mendel (1822-1884)
Comprese i principi che regolano la
trasmissione dei caratteri ereditari
alla progenie senza conoscere
- l’ esistenza dei geni e dei cromosomi
- il meccanismo della meiosi
Esperimenti di Mendel
Utilizzò come organismo sperimentale piante di pisello da giardino
(Pisum sativum) poiche’:
– progenie numerosa e breve tempo di
generazione
– facile da coltivare e maneggiare
– presenta tratti alternativi facilmente
distinguibili
– incroci facilmente controllabili poichè
si riproduce sia per autofecondazione
che per fecondazione incrociata
Applicò ai risultati dei suoi esperimenti una rigorosa analisi statistica
Gli organi riproduttivi del fiore di pisello
La pianta si riproduce
spontaneamente per
autoimpollinazione (autofecondazione)
Rimuovendo le antere e
utilizzando il polline di
un’altra pianta si esegue una
fecondazione incrociata
I CARATTERI STUDIATI DA MENDEL
Liscia Rugosa
TRASMISSIONE DI UN SINGOLO CARATTERE
(INCROCIO MONOIBRIDO)
Un ipotetico esperimento di Mendel
• Incrociò piante di due differenti linee pure
con fenotipi diversi per il carattere “forma
del seme” (Generazione parentale, P)
• La prima generazione filiale (F1) produceva
solo semi lisci, somigliando soltanto a uno dei
due parentali
P
F1
Tutti lisci
F1
x
(o auto-fecondazione)
Liscio
• La seconda generazione filiale (F2)
produceva circa 3/4 di semi lisci e circa 1/4
di semi con il tratto rugoso, che sembrava
essersi perso nella generazione F1
F1
Liscio
F2
3/4
1/4
CONCLUSIONI DI MENDEL
• I caratteri genetici sono controllati da “fattori” unitari che
vengono trasmessi alla progenie. Oggi sappiamo che i
“fattori”corrispondono ai geni
• Ogni carattere è controllato da due copie di questi “fattori”,
ciascuna derivante da un genitore
• Dei due “fattori” uno determina il tratto dominante (ad es. seme
liscio), l’altro il tratto recessivo (ad es. seme rugoso). Oggi
definiamo i tratti identificati da Mendel con il termine di alleli
• Il “fattore” dominante maschera quello recessivo, che si
manifesta solo quando presente in duplice copia
• Alla formazione dei gameti i due “fattori” si separano e ogni
gamete ne riceve solo uno. Dopo la fecondazione, con la
formazione dello zigote, si viene a ricostituire una coppia di
fattori
UN PO’ DI TERMINOLOGIA….
LOCUS: posizione di un gene sul cromosoma
ALLELI: forme alternative di un gene; gli alleli occupano lo
stesso locus su cromosomi omologhi
Allele per semi lisci
S da Smooth (liscio)
Allele S
Allele per semi
rugosi
Allele s
GENOTIPO: costituzione genetica di un individuo
genotipo omozigote: due alleli identici ad un dato locus
SS = omozigote dominante;
ss = omozigote recessivo
genotipo eterozigote: due alleli diversi ad un dato locus
Ss = eterozigote
FENOTIPO: manifestazione osservabile di un carattere,
determinata dal genotipo ma anche dalla sua interazione
con l’ambiente
COME SI
SPIEGANO I
RISULTATI DI
MENDEL
LA I LEGGE DI MENDEL
(O LEGGE DELLA SEGREGAZIONE DEGLI ALLELI)
Durante la formazione dei gameti i due alleli di un gene
segregano (si separano) e si ritrovano in gameti separati
Metà dei gameti contiene un allele, l'altra metà l'altro allele
La progenie deriva dalla combinazione casuale dei gameti prodotti
dai due genitori
Cromosomi
omologhi
Replicazione
cromosomi
S
s
S s
S
s
LE BASI CROMOSOMICHE
DELLA SEGREGAZIONE
DEGLI ALLELI
S
s
S
s
GAMETI
S
S
1/2
s
s
1/2
L’EREDITARIETA’ MENDELIANA NELL’UOMO
Caratteri mendeliani: caratteri controllati da un unico gene
Anche nell’uomo diversi caratteri, incluse molte malattie
genetiche, sono mendeliani e pertanto vengono trasmessi
secondo i principi delle leggi di Mendel
L’ereditarietà di questi caratteri è pertanto prevedibile in
termini di probabilità, rendendo possibile la consulenza
genetica nelle famiglie a rischio per malattie genetiche
Esempio 1.
Gli individui albini hanno pelle, capelli e occhi molto chiari per mancanza
di pigmentazione. L’albinismo è dovuto all’omozigosi per un allele
recessivo, che indichiamo con a. Genitori normali hanno avuto un figlio
albino.
a) Qual è il loro genotipo?
b) Quali sono i rapporti genotipici e fenotipici attesi nella loro prole?
c) Qual è la probabilità che il loro prossimo figlio sia albino?
a) Qual è il loro genotipo?
Genitori normali possono avere genotipo AA o Aa
Il figlio albino ha sicuramente genotipo omozigote recessivo aa
Pertanto i genitori devono essere
portatori dell’allele per l’albinismo
entrambi eterozigoti Aa, cioè
b) Quali sono i rapporti genotipici e fenotipici attesi nella loro prole?
incrocio
gameti
♂
Aa
A
Aa ♀
x
a
A
a
rapporti genotipici
1/4 AA 1/2 Aa 1/4 aa
prole
rapporti fenotipici
3/4 A- (1/4 AA + 1/2 Aa) = normali
1/4 aa = albini
c) Qual è la probabilità che il loro prossimo figlio sia albino?
Probabilità che il loro prossimo figlio sia albino, cioè omozigote
recessivo aa, è 1/4
ESEMPIO 2.
La corea di Huntington è una grave malattia neurologica caratterizzata da tremori
e demenza precoce. Questa malattia, che insorge generalmente dopo i 40 anni, è
causata da un allele dominante. Qual è la probabilità che il figlio di un individuo
con corea di Huntington e di una donna sana possa essere affetto dalla malattia?
C = allele corea
c = allele normale;
genotipo individuo affetto = Cc; genotipo moglie sana = cc
♂
incrocio
gameti
C
Gameti
prole
♀
c
Cc
x
cc
c
c
C½
c½
Cc
½
cc
½
♀
c
♂
La probabilità che un figlio abbia ereditato l’allele malattia e che quindi sia
malato (Cc) è uguale a 1/2
TRASMISSIONE DI DUE CARATTERI:
ASSORTIMENTO INDIPENDENTE
Mendel considerò piante che differivano per due caratteri:
• forma del seme (liscio/rugoso)
liscio dominante (S), rugoso recessivo (s)
• colore del seme (giallo/verde)
giallo dominante (Y), verde recessivo (y)
TRASMISSIONE DI DUE CARATTERI (INCROCIO DIIBRIDO)
P
Lisci
(o auto-fecondazione)
F1
Lisci
xx
F1
315 gialli lisci
9/16
108 verdi lisci
3/16
101 gialli rugosi
3/16
32 verdi rugosi
1/16
LA II LEGGE DI MENDEL
( O LEGGE DELL’ASSORTIMENTO INDIPENDENTE)
Durante la formazione dei gameti i due alleli di un gene
segregano indipendentemente dai due alleli di un altro
gene, portando alla formazione di gameti che contengono
tutte le possibili combinazioni di alleli
LE BASI CROMOSOMICHE DELL’ASSORTIMENTO INDIPENDENTE
A (1/2)
I geni per i caratteri
forma e colore del
seme sono localizzati
su cromosomi omologhi
diversi.
y
Alla meiosi i membri
delle due coppie di
cromosomi omologhi
possono allinearsi in due
modi (A o B), ciascuno
con uguale probabilità
(1/2), portando alla
produzione di 4 tipi di
gameti, ciascuno con
probabilità ¼.
yY
y
Y
(1/2)
y
B (1/2)
(1/2)
y
Y
yY
Y
(1/2)
Y
y
(1/2)
y
Y
Y
Gameti
y
y
ys (1/4)
Y
Y
YS (1/4)
y
y
yS (1/4)
Y
Y
Ys (1/4)
INTERAZIONI TRA ALLELI
DOMINANZA (descritta da Mendel): l’eterozigote manifesta
lo stesso fenotipo dell’omozigote dominante
Es: Il colore giallo dei semi dei piselli è
determinato dall’allele
dominante Y, quello verde dall’allele recessivo y
Genotipo
YY
Yy
yy
Fenotipo
semi gialli
semi verdi
MA NON ESISTE SOLO LA DOMINANZA………..
DOMINANZA INCOMPLETA: l’eterozigote mostra un fenotipo
intermedio rispetto a quello dei due omozigoti
Es: colore dei fiori nella pianta
bocca di leone
L’allele A (presenza di pigmento)
determina il colore rosso
L’allele a (assenza di pigmento) il
colore bianco
Genotipo
AA
Aa
aa
Fenotipo
fiori rossi
fiori rosa
fiori bianchi
Dosi pigmento
2x
1x
0
CODOMINANZA: l’eterozigote manifesta un proprio fenotipo
distinto, dovuto all’espressione di entrambi gli alleli
Es: sistema di gruppo sanguigno MN nell’uomo
Il gruppo sanguigno MN è definito da una glicoproteina con proprietà
antigeniche presente sulla membrana dei globuli rossi
Nella popolazione esistono due varianti di questa glicoproteina, dette
m
n
M e N, specificate da due alleli codominanti, detti L e L
Genotipo
m m
L L
m n
L L
n n
L L
Fenotipo
gruppo M
gruppo MN
gruppo N
Antigene sui globuli rossi
Antigene di tipo M
Antigene di tipo M e antigene di tipo N
Antigene di tipo N
ALLELI MULTIPLI
Per un certo gene, nella popolazione, possono esistere più di due
alleli (alleli multipli). Ovviamente in
ogni individuo possono
essere presenti al massimo soltanto due alleli diversi
Es: sistema di gruppo sanguigni ABO
A
B
Nell’uomo è specificato da tre alleli: I , I e i
A
B
I , I sono codominanti tra di loro ed entrambi dominanti su i
SISTEMA DI GRUPPO SANGUIGNO ABO
Gruppo
Tipo di
antigene sui
globuli rossi
Genotipo
A
A
IAIA o IAi
B
B
IBIB o IBi
AB
AB
IAIB
0
nessuno
ii
Antigeni A e B: sono determinati dagli zuccheri terminali di un
gruppo di carboidrati legato a un lipide presente sulla membrana
dei globuli rossi
Gruppo
sanguigno
Nessuno zucchero
O
LA IMMUNOGENETICA DEL GRUPPO SANGUIGNO ABO
PROBLEMA. Un uomo chiede il divorzio dalla moglie per infedeltà. Il primo e il
secondo figlio, che entrambi riconoscono, hanno rispettivamente gruppo sanguigno
A e AB. Il terzo figlio, che l’uomo disconosce, è di gruppo 0.
a) Sapendo che l’uomo è di gruppo B e la moglie di gruppo A, valutate se l’analisi
del gruppo ABO può permettere l’esclusione della paternità.
b) Un altro test è stato effettuato riferendosi al sistema di gruppo sanguigno MN.
Il terzo figlio è risultato di gruppo M, l’uomo di gruppo N. Questa informazione può
essere utile ai fini dell’analisi della paternità?
SOLUZIONE
a) Indichiamo i possibili genotipi dei diversi individui
GRUPPPO
GENOTIPO
Uomo
B
IBIB o IBi
Moglie
A
IAIA o IAi
1° figlio
A
IAIA o IAi
2° figlio
AB
IAIB
3° figlio (?) 0
ii
La paternità non può essere
esclusa perché il 3° figlio di
gruppo O (ii) è compatibile con
la possibilità che la madre sia
IAi e l’uomo IBi e che quindi
abbia ereditato entrambi gli
alleli recessivi.
b) Indichiamo i possibili genotipi dell’uomo e del figlio, tenendo presente che il
gruppo MN è specificato da alleli codominanti
GRUPPPO
GENOTIPO
Uomo
N
LNLN
3° figlio (?)
M
LMLM
La paternità può essere esclusa
perché il 3° figlio dovrebbe
aver ereditato almeno un allele
LN dal presunto padre, mentre
è di gruppo M e quindi
omozigote LMLM.
