lezione 8 - biotec.uniba.it

Esempio di mutazione recessiva.
E’ dato dalla PKU: questa malattia è causata da un allele difettivo del gene che
codifica per l’enzima fenilalanina idrossilasi (PAH).
In assenza dell’enzima PAH normale, la fenilalanina introdotta nell’organismo con il
cibo non viene metabolizzata e si accumula.
Poi viene convertita in acido fenilpiruvico che viene trasportato al cervello attraverso
il circolo ematico, impedendo il normale sviluppo del cervello causando il ritardo
mentale.
Il motivo per cui l’allele difettivo per la fenilalanina idrossilasi è recessivo risiede nel
fatto che una dose dell’allele selvatico produce quantità di PAH sufficiente per
metabolizzare la fenilalanina introdotta nell’organismo.
Sia due dosi dell’allele selvatico sia una dose producono un’attività dell’enzima PAH
Sufficiente per la normale chimica cellulare.
UN TEST DIAGNOSTICO PER GLI ALLELI
O
TEST DI COMPLEMENTAZIONE
•  L’analisi
va fatta su una serie di fenotipi mutanti correlati
(es: il colore di un fiore) e si determina quanti geni differenti
sono rappresentati dagli alleli responsabili dei fenotipi correlati.
•  Il test permette di definire se le mutazioni corrispondono ad
alleli di uno stesso gene o di geni differenti.
•  Il test di allelia applicato è il test di complementazione
(specie considerata: Campanula rotundifolia) con fiore di tipo
selvatico di colore blu) .
UN TEST DIAGNOSTICO PER GLI ALLELI
O
TEST DI COMPLEMENTAZIONE
• Il test di allelia applicato è il test di complementazione
(specie considerata: Campanula rotundifolia) con fiore di tipo
selvatico di colore blu (sia in omozigosi che in eterozigosi).
•  Inizio Test - Mediante trattamento con radiazioni
mutageniche, sono stati prodotti tre mutanti con petali bianchi
e di essi disponiamo di tre linee pure omozigoti.
•  Ciascuno dei tre mutanti viene incrociato per il tipo selvatico
- osservazione dei risultati
Dai dati si evince che la condizione mutante è determinata dall’allele
recessivo di un gene singolo - vediamo come si pongono i tre mutanti
tra di loro, cioè se si complementano a vicenda.
• In un organismo diploide, si incrociano due mutanti omozigoti recessivi
e si osserva la progenie per vedere se è fenotipicamente di tipo
selvatico oppure no.
Per definizione: La complementazione consiste nella produzione
di un fenotipo di tipo selvatico, in seguito alla riunione nella
stessa cellula di due alleli mutanti recessivi
•  Se le mutazioni recessive consistono in due alleli dello
stesso gene, allora non si complementano, perché entrambe
rappresentano una perdita di funzione genica.
•  I due alleli mutanti di uno stesso gene di tipo selvatico (a+)
possono essere indicati come a’ e a’’ ; l’eterozigote è a’/a’’.
•  Se le due mutazioni recessive (a1 e a2) sono in geni
differenti, i rispettivi alleli normali forniscono la funzione di
tipo selvatico; in questo caso gli alleli mutanti sono chiamati
a1 e a2 .
Gli eterozigoti si potrebbero indicare come a1+/+a2 (geni
associati) e a1/+; +/a2 (geni non associati)
Dato che c’è complementazione, ci troviamo di fronte a due geni.
Una mutazione in uno dei geni, posto che sia in condizione di omozigosi,
porta all’accumulo di un precursore; cio’ determina il colore bianco dei
fiori.
SAGGIO DI COMPLEMENTAZIONE
• Spiegazione molecolare: il pigmento blu del fiore è il prodotto
finale di una serie di conversioni biochimiche di sostanze che non
sono pigmenti (precursori). Ogni passaggio è catalizzato da un
enzima specifico, codificato da uno specifico gene.
•  Incrociati tra loro i tre mutanti per saggiarne la
complementazione, i risultati ci indicano che i mutanti $ e £
devono essere causati da alleli di un unico gene (w1), in quanto
non si complementano; mentre Y deve essere causato da un allele
mutante di un altro gene (w2).
•  I genotipi dei tre mutanti sono i seguenti:
$
w1/w1. w2+/w2+
£
w1/w1. w2+/w2+
Y
w1+/w1+. w2/w2
SAGGIO DI COMPLEMENTAZIONE
•  La F1 dell’incrocio $ x £ è:
w1/w1. w2+/w2+
Questa progenie ha due alleli difettivi per w1, quindi il passaggio
1 risulta bloccato.
L’enzima 2, anche se completamente funzionale, non ha alcun
precursore su cui agire, quindi fenotipo bianco.
•  I genotipi delle F1 derivanti dagli altri due incroci sono: w1+/
w1 . w2+/w2
•  La complementazione dipende dall’interazione cooperativa tra
gli alleli di tipo selvatico dei due geni.
L’ interazione genica è causa di rapporti diibridi atipici.
• Consideriamo l’esempio della Campanula rotundifolia, dove la via
metabolica termina con un pigmento di colore blu, mentre i
composti intermedi sono incolori.
Incrociamo due diverse linee omozigoti a petali bianchi
F1 è a petali blu.
Se incrociamo tra di loro le piante della F1,
la F2 presenterà un rapporto di 9:7, fiori blu:fiori bianchi.
Il rapporto 9:7 è un’alterazione del rapporto diibrido 9:3:3:1
L’ interazione genica è causa di rapporti diibridi atipici.
I risultati dimostrano che la condizione di omozigosi per l’allele
mutante recessivo di uno o di entrambi i geni, ha come effetto
un blocco nella biosintesi e l’accumulo del prodotto incolore,
quindi produce una pianta con fiori bianchi.
Perché si manifesti il fenotipo a fiori blu, una pianta deve
possedere almeno un allele dominante di entrambi i geni.
Le due tappe della via biosintetica saranno completate e quindi
verrà prodotto il pigmento colorato.
Si parla in questo caso di epistasi recessiva duplicata in quanto si verifica in
entrambe le direzioni tra due geni.
La conseguenza di questa interazione tra geni è che si manifesta lo stesso
fenotipo bianco (assenza di pigmento), ogniquavolta una o l’altra coppia
allelica è omozigote recessiva.
Esempio di mutazioni con assenza di interazione genica:
Ereditarietà della colorazione della pelle nel serpente del mais; la colorazione
naturale ha un disegno mimetico con alternanza di nero e arancio.
Un gene determina il pigmento arancione: gli alleli sono o+ (presenza di
pigmento arancione) e o (assenza di pigmento).
L’altro gene determina il pigmento nero: gli alleli sono b+ (presenza di
pigmento nero) e b (assenza di pigmento).
Fenotipo mimetico
genotipo o+/-; b+/-
o+/-; b/b
arancione
o/o; b+/-
nero
o/o; b/b
albino
Se vengono incrociati due mutanti
arancione
o+/-; b/b
X
nero
o/o; b+/-
La complementazione genera una F1 di tipo selvatico
(mimetico)
• Se vengono incrociati due diibridi la F2 mostra un rapporto
9 mimetico
o+/-; b+/-
3 arancione
o+/-; b/b
3 nero
o/o; b+/-
1 albino
o/o; b/b
I due geni agiscono in modo indipendente a livello cellulare.
• Precursore in presenza di b+ dà pigmento nero
Precursore in presenza di o+ dà pigmento arancione
Se la presenza di una mutazione blocca una via di sintesi,
l’altra via è ancora attiva e produce il pigmento dell’altro
colore.
Solo quando sono presenti entrambe le mutazioni ed entrambe
le vie di sintesi sono bloccate, non sarà prodotto alcun
pigmento.
I due geni agiscono in modo indipendente a livello cellulare.