Interazioni geniche

Interazioni geniche
Mendel
1 gene -> 2 alleli -> 2 fenotipi
Complicazioni
1)1 gene-> diversi alleli-> diversi fenotipi
2)Diversi geni -> 1 fenotipo
I geni possono esistere in forme alleliche differenti
Allele dominante e recessivo-> semplificazione
Ogni allele puo’ contribuire in modo differente al
fenotipo
Alleli multipli
I geni si possono manifestare sotto forma di piu’ di 2
varianti alleliche
c
^
ch
^
cch
^+
c
Selvatico o wild-type
Forma del gene non mutato che codifica per
una funzione genetica normale. Generalmente,
ma non sempre è un allele dominante
Effetto della temperatura
sull’espressione genica
Il gene c+ selvatico permette
l’espressione del colore, mentre
i mutanti di c inibiscono il
colore solo in omozigosi
c mutanti temperatura
sensibili, inattivi a 30°C e
attivi a 25°C
30°C
25°C
25°C
Tipi di interazioni
•Tra alleli di uno stesso
gene
•Tra alleli di geni differenti
Dominanza incompleta
Allele dominante-> si manifesta con lo stesso
fenotipo in omozigosi e in eterozigosi (AA, Aa)
rapporto
1
2
In eterozigosi il
fenotipo e’ intermedio
fra i 2 omozigoti
1
L’allele W e’ parzialmente dominante o
semidominante
Dominanza incompleta
Dominanza completa: stesso fenotipo sia negli
omozigoti dominanti sia negli eterozigoti. Due alleli
determinano due fenotipi. La F1 mostra il fenotipo
di una delle due linee pure, nella F2 il rapporto
fenotipico è 3:1
Dominanza incompleta: il fenotipo dell’eterozigote è
intermedio tra quelli dei due omozigoti. Due alleli
determinano tre fenotipi.
Nella F2 il rapporto fenotipico non è più 3:1, ma
diventa 1:2:1
Spiegazione molecolare
2x
1x
0
Aploinsufficienza
una sola copia selvatica del gene non è sufficiente
affinché si abbia uno sviluppo normale
Insufficiente quantità di prodotto genico causata da una mutazione in
eterozigosi. La mutazione è di tipo allele amorfo o ipomorfo e colpisce geni
per i quali il 50% di prodotto genico non è abbastanza per garantirne la
funzione. Nella maggior parte dei casi un dosaggio preciso è richiesto ai
fattori di trascrizione e alle molecole di segnale espressi nel corso dello
sviluppo
Individui +/- ELN
(gene dell’elastina)
Stenosi aortica
sopravalvolare,
restringimento
dell’aorta
Aplosufficienza
Up-regolazione del
gene funzionale
Il prodotto
genico è
sufficiente a
garantire un
fenotipo
normale, anche
se presente in
singola dose
Codominanza
L’eterozigote manifesta i fenotipi di entrambi gli omozigoti.
Esempio: il sistema del gruppo sanguigno umano AB0
Ad ogni essere umano appartiene un preciso gruppo sanguigno, distinto
in base alla presenza o meno, sul globulo rosso, di determinate sostanze
dette antigeni. I primi antigeni identificati sono quelli del sistema noto
come AB0 (A, B, Zero).
Gene con 3
alleli:
IA
IB
amorfo
i
Zuccheri sulla sostanza H
In un reparto di maternità accidentalmente
vengono confusi quattro bambini.
Fortunatamente si conosceva il gruppo sanguigno
ABO dei quattro bambini:
Andrea 0
Filippo A
Giovanni B
Davide AB
Viene determinato a quale gruppo sanguigno
appartengono le quattro coppie di genitori e
risulta:
1.AB x O (G)
2.A x O (F)
3.A x AB (D)
4.O x O (A)
Alleli letali
eterozigote
Agouti
A+/A+
Giallo
AY/A+
A+/A+
Giallo e’
.dominante su wt
y>+
.eterozigote
1:1
AY/A+
Schema incrocio topo giallo x topo wt
+/+
y
y
+
y
y/?
+
x
+
+
y+
y+
++
y+
y+
++
Il topo giallo e’ un eterozigote
Y>+
no
Rapporti mendeliani atipici
2/3 gialli
1/3 +/+
genotipo
Ay/Ay
Letale
embrionale
Alleli pleiotropici
L’allele Ay influenza 2 caratteri
- Colore del mantello (Y dominante su +)
- Vitalita’ (Y recessivo su +)
Gatto di Man
Eterozigoti
per
un
allele dominante che
provoca assenza di
coda e che in omozigosi
e’ letale
Alleli complementari
precursore
Gene A
Gene B
enzima1
enzima2
intermedio
mutazione
No pigmento
Pigmento blu
mutazione
No pigmento
Colore blu
AABB o
AaBb
Rapporto
9:7
AaBb x AaBb
autofecondazione
blu:bianchi
AB
Ab
aB
ab
AB
AABB AABb AaBB AaBb
Ab
AABb AAbb AaBb Aabb
aB
AaBB AaBb aaBB
aaBb
ab
AaBb Aabb
aabb
aaBb
Come possiamo scoprire quanti
geni sono coinvolti in un
particolare processo biologico o
nella specificazione di un
carattere?
Test di complementazione
Complementazione
Produzione del fenotipo
selvatico attraverso incroci
tra mutanti
Colore blu
+/+
Gene w1
Radiazioni
mutagene
Gene w2
Mutante 1
Mutanti
linee pure
Mutante 2
Mutante 3
Mutante 1 (bianco) x mutante 2 (bianco) -> F1 tutta bianca
W1 -
W2 +
+
W1 -
W2 +
-
Non
complementano
stesso gene
compromesso
+
Mutante 1 (bianco) x mutante 3 (bianco) -> F1 tutta blu
W1 -
W2 +
+
W1 +
W2 -
+
complementano
-
Mutante 2 (bianco) x mutante 3 (bianco) -> F1 tutta blu
W1 -
W2 +
+
W1 +
+
complementano
W2 -
-
esempio
Sono stati isolati 6 ceppi puri di Drosophilae mutanti per il
colore dell’occhio, con apparentemente lo stesso fenotipo.
Ciascuno di questi ceppi incrociato con mosche wild type si
comporta come recessivo, e incrociati fra loro a due a due danno
in F1 o il fenotipo mutante (-) o il fenotipo wild type (+), come
riportato nella tabella sottostante. Dedurre dai dati quanti e
quali sono i gruppi di complementazione e quindi (almeno)
quanti geni sono implicati nella determinazione del fenotipo
“colore dell’occhio”
C’e’
complementazione se
i geni compromessi
sono diversi
1=3=6
2
4=5
Almeno 3 geni
1
2
3
4
5
1
-
2
+
-
3
-
+
-
4
+
+
+
-
5
+
+
+
-
-
6
-
+
-
+
+
6
-
Geni Duplicati
Alcuni geni si sono duplicati e svolgono la stessa funzione
Se manca il primo gene la sua funzione e’ svolta dal secondo gene
o
Capsella Bursa Pastoris
Rapporto
fenotipico
rivelatore
15:1
Epistasi recessiva
bianco
magenta
blu
w+w+ m+m+ x ww mm
Doppio recessivo bianco
Selvatico ++ blu
w+w m+m
autofecondazione
w+m+ w+m
wm+
wm
w+m+
w+w+
m+m+
w+w+
m+m
w+w
m+m+
w+w
m+m
w+m
w+w+
m+m
w+w+
mm
w+w
m+m
w+w
mm
wm+
w+w
m+m+
w+w
m+m
ww
m+m+
ww
m+m
wm
w+w
m+m
w+w
mm
ww
m+m
ww
mm
9:3:4
La mancanza del
primo gene
annulla il
fenotipo del
secondo gene
Il gene
w+ e’
episatico
su m+
Autofecondazione
di un diibrido
9:3:3:1
9:3:4
o 9:7
se l’intermedio
non ha colore
Epistasi recessiva: il colore del
mantello nel Labrador retriever
BB EE bb EE
B nero
b marrone
E colore
e no colore
bb ee
BB ee
Gene B
Gene E
Epistasi dominante
Colore del frutto in varietà di zucca:
Gene A
-allele A
-allele a
colore giallo (dominante)
colore verde
Gene B
-allele B
-allele b
impedisce la colorazione
(dominante)
non interferisce con la
colorazione
L’epistasi
dominante
produce
rapporti
fenotipici
rivelatori di
12:3:1
B e’epistatico
su
A- e aa
Altro caso
Wyandotte
Bianca livornese
aabb
AABB
Gene A
Gene B
A colore
a no colore
B soppressore del colore
b no soppressore
L’epistasi
dominante
produce rapporti
fenotipici
rivelatori
di 13:3
-B dominante su A
-A in assenza di B
produce il colore
a e b non producono
colore
Penetranza ed Espressivita’
Geni
modificatori
Soppressori
epistatici
• Penetranza: la percentuale di individui
che possiedono un dato genotipo ed
esibiscono il fenotipo ad esso associato
• Completa (100%): tutti i portatori del genotipo
manifestano il fenotipo
• Incompleta (<100%): non tutti i portatori del
genotipo manifestano il fenotipo, tipico dei
disordini dominanti
• La penetranza incompleta non
trasmissione del genotipo alla progenie
– Salto di generazione
– Problemi di counseling genetico
altera
la
La polidattilia (dominante autosomica)
puo’ avere penetranza incompleta, dipende dal
background genetico
ESPRESSIVITÀ
VARIABILE
• Correlata con la penetranza incompleta c’è
l’“espressività variabile”, che è presente
soprattutto in condizioni dominanti.
• L’espressivita’ misura il grado di espressione
di un dato genotipo al livello fenotipico
• Differenti membri della stessa famiglia
mostrano spettri fenotipici differenti della
stessa malattia.
• Le cause sono comuni a quelle responsabili
della penetranza incompleta: l’influenza di
altri geni o di fattori ambientali possono
influire sullo sviluppo dei sintomi di una
malattia.
ANTICIPAZIONE
• L’anticipazione è un caso particolare di “espressività
variabile”.
• L’anticipazione descrive la tendenza da parte di alcune
malattie
genetiche
a
trasmissione
autosomica
dominante di divenire più gravi nelle generazioni
successive.
• L’anticipazione può essere mascherata da variazioni
casuali della severità.
• In molti casi può essere riferita ad errori della diagnosi.
• Il fenomeno dell’anticipazione è stato spiegato con
l’instabilità di certi trinucleotidi repeat che possono
espandersi in certe malattie (X-Fragile, Distrofia
Miotonica, Malattia di Hungtington).
• La severità e l’età di insorgenza in queste malattie
correla con la lunghezza del repeat e questa tende ad
espandersi attraverso le generazioni.