Genetica dello sviluppo

Biologia
Robert J. Brooker, Eric P. Widmaier, Linda E. Graham, Peter D. Stiling
Copyright © 2011 – he McGraw-Hill Companies srl
Capitolo 19
Spunti di riflessione
Figura 19.1 Gli organismi sperimentali sono oggetto di studio di numerosi gruppi di ricerca
diversi e sono utilizzati per comparare i risultati ottenuti, al fine di formulare principi scientifici
applicabili ed estendibili ad altre specie.
Figura 19.3 Divisione e migrazione cellulare si osservano comunemente negli stadi precoci di
sviluppo, mentre differenziazione cellulare e apoptosi sono più frequenti nella fase di formazione di
tessuti e organi.
Figura 19.4 In caso di mancata apoptosi, si svilupperebbero dita palmate.
Figura 19.5 Durante lo sviluppo, l’informazione posizionale può indurre nella cellula una delle
seguenti quattro risposte: divisione cellulare, migrazione cellulare, differenziazione cellulare e
morte cellulare.
Figura 19.6 I processi di divisione e migrazione cellulare dovrebbero essere predominanti nelle
fasi precoci di sviluppo, cioè nelle fasi 1 e 2.
Figura 19.8 La larva svilupperà strutture anteriori in corrispondenza di ambedue le estremità,
mentre le strutture posteriori, come lo spiracolo, non compariranno.
Figura 19.9 La proteina Bicoid funge da fattore di trascrizione. La sua azione sarà più marcata in
corrispondenza dell’estremità anteriore dello zigote.
Figura 19.11 In questo embrione si distinguono 15 strie rosa. Ciascuna stria corrisponde a una
porzione dei 15 segmenti embrionali.
Figura 19.14 L’ultimo segmento addominale porterebbe le zampe!
Figura 19.18 Le cellule staminali possono dividersi e differenziarsi in tipi cellulari specifici.
Figura 19.20 Le cellule staminali ematopoietiche sono multipotenti.
Figura 19.23 Negli organismi vegetali, le cellule staminali sono radunate in gran parte nei
meristemi, situati in corrispondenza degli apici delle radici e dei germogli.
Figura 19.24 Lo schema prevede sepalo, petalo, stame, stame.
Test di autovalutazione
1. c 2. d 3. e 4. b 5. c 6. e 7. a 8. a 9. b 10. d
Quesiti teorici
1. a. Questo fenotipo sembrerebbe correlato a un difetto in un gene di segmentazione, per
esempio un gene gap.
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b. Questo fenotipo sembrerebbe correlato a una mutazione insorta in un gene omeotico,
perché le caratteristiche esibite da un particolare segmento si sono modificate.
2. Ambedue i tipi di geni codificano per i fattori di trascrizione che si legano al DNA e
regolano l’espressione di altri geni. Gli effetti dei geni Hox consistono nella determinazione
delle caratteristiche di particolari regioni del corpo, mentre il gene myoD è cellulo-specifico e
induce la differenziazione in una cellula muscolo-scheletrica.
3. Nelle piante, si distinguono aggregati strutturati di cellule molto attive nei processi di
divisione cellulare e nella produzione di cellule staminali. Queste regioni sono dette meristemi.
Qui, le cellule subiscono divisioni e conservano la capacità di differenziarsi in numerosi tipi
cellulari diversi. Nelle piante si distinguono due sedi principali di questi meristemi. Il tessuto
meristematico osservato nelle radici è definito meristema radicale: da esso derivano le radici e
il tessuto ad esse associato. Il meristema apicale, invece, produce tutte le parti aeree della
pianta, cioè fusti, foglie e fiori.
Quesiti sperimentali
1. Obiettivo dei ricercatori era il riconoscimento dei fattori responsabili della differenziazione
cellulare. In particolare, i ricercatori rivolsero la loro attenzione all’identificazione dei geni
implicati nella differenziazione di cellule muscolari.
2. Ricorrendo alla tecnologia genetica, gli studiosi operarono una comparazione tra
l’espressione genica all’interno di cellule in grado di differenziarsi in cellule muscolari e
l’espressione genica osservata in cellule che non potessero differenziarsi in cellule
muscolari. Benché molti geni fossero espressi in entrambi i tipi cellulari, i ricercatori
riuscirono a isolare tre geni espressi esclusivamente nelle linee di cellule muscolari.
3. Applicando, anche in questo caso, le tecniche genetiche, ciascun gene candidato venne
introdotto in una cellula che, in condizioni normali, non genera strutture muscoloscheletriche. Questa procedura servì a verificare se questi geni fossero implicati nella
differenziazione di cellule muscolari. Se dalla cellula geneticamente modificata
discendessero cellule muscolari, i ricercatori avrebbero la dimostrazione che un particolare
gene candidato è coinvolto nella differenziazione delle cellule muscolari. Dei tre geni
candidati, solo uno si dimostrò coinvolto nel processo di differenziazione delle cellule
muscolari. Quando il gene MyoD veniva espresso nei fibroblasti, queste cellule si
differenziavano in cellule muscolo-scheletriche.