13 estensioni mendel
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Capitolo 13
Estensioni e deviazioni daiprincipi della genetica mendeliana
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Domande 13.
• Quanti alleli diversi può avere un gene?• Ci sono solo alleli dominanti e recessivi, o sono possibili altre relazioni fra gli alleli dello stesso gene?• Cosa succede nella meiosi e nella mitosi, ai geni e ai cromosomi? • Qual è l’effetto di una mutazione in un gene essenziale per una funzione della cellula o dell’organismo?• In che modo gli alleli di un locus possono modificare l’espressione fenotipica degli alleli di altri loci?
Gli alleli dello stesso gene differiscono per le mutazioni che portano. Possono essere molti, ma ogni diploide ne porta
solo due nel proprio corredo genetico
Figura 13.1
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Gruppo AB0 nell’uomo
Due geni indipendenti, uno per A e uno per B?
Figura 13.2
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Genotipi AB0 nell’uomo
Figura 13.3
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Basi biochimiche della diversità degli antigeni al locus AB0
Antigene H (0)
AB0 codifica per delle glicosiltransferasi che aggiungono uno zucchero a un glicolipide preesistente. Il glicolipide risultante si colloca poi sulla membrana dei globuli rossi.
mtDNA
cromosoma Y
Loci microsatellite o STR
L’alto numero di alleli li rende utili per l’identificazione personale
Contano le differenzeI 13 loci del CODIS
(COmbined DNA Index System)
Match probability: qual è la probabilità che due individui
abbiano per caso lo stesso genotipo?
N di alleli P
2 0.375
3 0.185
4 0.109
5 0.072
6 0.051
10 0.019
Se gli alleli hanno tutti la stessa frequenza:
Con 2 alleli: P(AA)= 0.52 = 0.25; P(Aa)= 2 x 0.5 x 0.5 = 0.5; P(aa)= 0.52 = 0.25
P (AA,AA)= 0.252 = 0.0625; P(Aa,Aa)= 0.52 = 0.25; P(aa,aa)= 0.252 = 0.0625
match probability: = 0.0625 + 0.25 + 0.0625 = 0.375
Match probability: qual è la probabilità che due individui
abbiano per caso lo stesso genotipo?
Allele (ripetizioni) Freq.
12 0.015
13 0.015
14 0.134
15 0.290
16 0.229
17 0.162
18 0.162
Con il solo D3S1358, in bianchi americani
P = 0.071
Match probability: qual è la probabilità che due individui
abbiano per caso lo stesso genotipo?
Con più loci come D3S1358:
N geni P e cioè
5 0.0715 1 su 560 mila
10 0.07110 1 su 318 miliardi
13 0.07113 1 su 900 000 miliardi
La popolazione terrestre è di circa 7 miliardi di individui13 loci bastano e avanzano
E quindiI loci STR nel nostro DNA ci dicono:
1. Se il materiale biologico ritrovato sul luogo di un crimine proviene da un certo sospetto, e che probabilità c’è di sbagliarsi
2. Se un certo signore può essere il padre di un certo bambino, e che probabilità c’è di sbagliarsi
3. Se un corpo non identificato può appartenere a un individuo con un certo grado di parentela con certi altri, e che probabilità c’è di sbagliarsi
Inoltre, lo studio di loci STR in altri genomi ci permette di:
4. Identificare specie protette e combattere il bracconaggio e il commercio illegale
5. Individuare batteri e altri microorganismi che inquinano suolo, acqua e aria
Allelia multipla: colore dell’occhio in Drosophila
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Figura 13.4
Allelia multipla: occhi bianchi e occhi eosina in Drosophila
Thomas H. Morgan
w+ > we < w
Dominanza incompleta
Dominanza intermedia, o codominanza, o non-dominanza
Figura 13.5
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Dominanza intermedia, o codominanza, o non-dominanza
Pelliccia gialla nel topo
Pelliccia gialla nel topo
Non si riescono a ottenere linee pure a pelliccia gialla
giallo X selvatico giallo X giallo
1 giallo : 1 selvatico 2 giallo : 1 selvatico
Come mai?
Figura 13.6
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
L’omozigosi per l’allele AY provoca la perdita precoce del feto: allele letale
Alleli letali in omozigosi: coda nei gatti Manx
Penetranza ed espressività sono due modi per definire l’effetto dell’ambiente e di altri geni sui caratteri ereditari
Fra i fattori che possono risentirne: età di insorgenza delle patologie, gravità dei sintomi, associazione ad altri sintomi, risposta al trattamento farmacologico
Penetranza incompleta ed espressività variabile
Figura 13.8
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Espressività variabile nell’uomo: individui eterozigoti per l’allele patologico nella neurofibromatosi
Figura 13.9
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Espressività variabile: Il gene per la calvizia è dominante nei maschi e recessivo nelle femmine
Figura 13.10
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Espressività variabile: Certi alleli si esprimono diversamente nei diversi distretti dell’organismo: effetto della temperatura sulla pelliccia di un gatto siamese
Figura 13.12
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Uno o più geni? Complementazione
Figura 13.13
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Il colore nero (ebony) del corpo in Drosophila può dipendere da mutazioni recessive in due diversi geni
Epistasi o interazione genica
La dominanza è una forma di interazione genica: fra due alleli dello stesso gene
Interazioni più complesse avvengono fra geni diversi
Se c’è dominanza, i rapporti fenotipici in F2 1:2:1 diventano 3:1
Analogamente, molte interazioni geniche semplificano i rapporti mendeliani
Cresta di pollo: fenotipi
Epistasi: cresta di pollo
P
F1
9 3 3 1
F2
Figura 13.14
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Epistasi: Colore scarlet dell’occhio in Drosophila (autosomico)
Lo stickleback: Gasterosteus aculeatus
Forma anadroma: armatura completa Forme lacustri: armatura ridotta
Placche laterali, ma non struttura pelvica
Struttura pelvica, ma non placche laterali
Né placche laterali, né struttura pelvica
Placche laterali e struttura pelvica
Due geni epistatici controllano la formazione dell’armatura ossea nello stickleback
Colore del pelo in topo
Figura 13.15
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Epistasi: Colore del pelo in topo
9:4:3
Epistasi: forma del frutto nella zucca
9:6:1
Figura 13.17
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Epistasi: colore del frutto nella zucca
12:3:1
Figura 13.19
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Epistasi: colore della corolla nel pisello odoroso
9:7
Epistasi: Forma del frutto in Capsella bursa pastoris
15:1
P: frutto a cuore x frutto allungato
F1: tutti a frutto a cuore
F2: 15 frutto a cuore : 1 frutto allungato
Due loci coinvolti.
A - - - oppure - - B - aabb
Riassumendo
Un carattere complesso: la colorazione della pelliccia dei cani
1. Gene black (cr. 16). Determina se viene prodotto il pigmento nero eumelanina, che poi può essere modificato da altri geni in sfumature di rosso.
b b B
2. Gene agouti (cr. 24). Determina la distribzione di eumelanina e feomelanina, cioè se il pelo ha colorazione compatta o sfumata. Almeno 5 alleli
AS aw aw
3. Gene extension (cr. 20). Determina la distribuzione dei prodotti del gene A, se su tutto il corpo o solo in alcune aree. Almeno 4 alleli
E ebr ebr
S
sp sp
si si
sw sw
4. Gene spotting (cr. 20) o MITF (microphtalmia-associated transcription factor). Determina la presenza e la quantità di macchie. Almeno 4 alleli
Razza Genotipi omozigoti comuniBasset Hound BB EEBeagle asas BB spsp
English bulldog BBCollie BB EEDalmata AsAs BB swsw
Doberman atat EE SSPastore tedesco BB SSGolden retriever As As BB SSLevriero BBIrish setter BB ee SSLabrador retriever AsAs SSBarboncino SSRottweiler atat BB EE SSSan Bernardo atat BB
Ogni razza di cane è omozigote per alcuni alleli
Dalmata: AS AS E E sw sw
(Pigmento nero compatto, espresso su tutto il corpo, predominanza di bianco)
Pastore tedesco: B B S S(produzione di eumelanina, nessuna macchia)
San Bernardo: at at B B(Fasce più scure sugli occhi, produzione di eumelanina)
A locus - Ay - sable aw - agouti/wolf grey at - tan points a - recessive black B locus - B - non-liver b (bc/bd/bs) - liver D locus - D - no dilution d - dilution of eumelanin to blue or isabella dl - dilution plus colour dilution alopecia (hair loss) E locus - Em - black mask Eg - grizzle/domino Eh - Cocker sable E - normal extension (no mask) e - recessive red G locus - G - greying g - no greying
H locus - H - harlequin h - non-harlequin I locus - Alleles unknown K locus - K - solid black kbr - brindle k - non-solid black M locus - M - merle m - non-merle S locus - S - no white spotting sp - piebald si - irish spotting (may not be on S locus) T locus - T - ticking Tr - roan t - no ticking
Ma non finisce qui
Perché è così difficile definire le basi genetiche del diabete?
Diabete: un gruppo di disturbi metabolici accomunati dal fatto di presentare una persistente instabilità del livello glicemico del sangue
Perché è così difficile definire le basi genetiche del diabete?
Diabete di tipo I
Sintesi 12
• Allelia multipla• Dominanza intermedia• Letalità• Penetranza incompleta• Espressività variabile• Complementazione• Epistasi Un esempio: la colorazione della pelliccia dei cani
Figura 13.11
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A