Estensioni delle leggi di Mendel

”
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CORSO DIPieGENETICA
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ESTENSIONI
DELLE
R tà
i
s DI MENDEL
LEGGI
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Mendel rinuncia
”
o
i
alle sue ricerche
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a
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C
r
“
esu altreo piante per ottenere
i
Mendel proseguì le sue ricerche
P
n
i
conferme alle sue leggi, ma
trovò
tante
e tali contraddizioni
o
b
t
r
r
che (si dice) cadde in depressione,
abbandonò la ricerca e si
U
e i del convento…
b
mise a curare l’amministrazione
d
o
R tà
i si scoprì che queste contraddizioni
Solo diverso tempo s
dopo
r andavano contro i risultati ottenuti
solo APPARENTEMENTE
e
v
i
sul Pisum sativum.
n
U
Variazioni della dominanza
I
”
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B
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In
molte
piante
è
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possibile trovare delle
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“
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i
varianti a fiori colorati e
P
n
i
delle varianti a fiori
o rb
t
bianchi. Tra queste la r
U
e
i
bocca di leone e bla
d
o
Mirabilis jalapa (bella
di
R tà
i
notte). In queste piante,
s
r
incrociare individui aefiori
rossi con individuiiva fiori
n
bianchi
dà U risultati
inattesi…
La genetica della
”
o
Mirabilis jalapa
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s
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v
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U
In altre parole, in
questo caso si ha una
completa corrispondenza tra genotipi e
fenotipi, per cui gli
eterozigoti A/a sono
facilmente distinguibili
dagli individui A/A.
Quando il fenotipo
degli eterozigoti è
intermedio tra quello
dei genitori, si parla di
dominanza incompleta.
In questo caso i
rapporti fenotipici e
genotipici coincidono
(1:2:1).
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Spiegazione molecolare
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Lo stesso
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vale anche
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per gli
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Variazioni della dominanza II
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R tà
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s
r
e
v
i
n
Quando il fenotipo in F è la SOMMA di quello dei
Ugenitori, si parla di CODOMINANZA.
1
Variazioni della
dominanza III
i
l
i lo
t
Y[l] è un gene che per il
n
r
e
a
fenotipo del colore del pelo
g “C
r
e o
si comporta da dominante,
i
n
ma per la letalità è recessivo! P
i
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b
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s
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”
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B
Rapporto
alterato 1:2:0
Rapporti mendeliani
”
o
i
atipici in diibridi
il o B
t rl
n
e
a
g
C
r
“
e mantenuto
Il classico rapporto 9:3:3:1 iviene
SOLO quando
o
P
nche non hanno niente in
i
due geni controllano dueocaratteri
b
t
r
comune. In questo caso
i geni (e le loro funzioni) sono del
r
U
e
i
tutto indipendenti.bMa se i due
geni considerati hanno qualche
d
o
tipo di interazione
tra
R tà loro, i rapporti possono subire
i
profonde modificazioni:
le diverse classi genotipiche possono
s
run fenotipo comune, oppure divergere per
convergere verso
e
creare nuoviivfenotipi. Oppure concorrere alla formazione
n
dello stesso
U carattere...
Il caso della
cresta dei polli
i
l
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t
Le due coppie geniche si
n
r
e
a
influenzano a vicenda per
g “C
r
il fenotipo della cresta.
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”
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B
Epìstasi
Si parla di epìstasi (da non
confondere con epistàssi) quando un
gene è in grado di alterare
l’espressione di un altro gene che non
è suo allele. Per cui, quando il gene di
un locus maschera l’azione di un gene
presente in un locus diverso, si parla
di epìstasi (che in greco significa
star sopra, sopraffare). Il gene che
ha il potere inibente è detto gene
epistatico, mentre quello sopraffatto
è detto gene ipostatico. Sia i geni
epistatici che ipostatici esistono
abitualmente come coppie di alleli che
mostrano tra loro gli abituali rapporti
di dominanza.
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L’epistasi nei gruppi sanguigni
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”
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B
Fenotipo Bombay o “h”
”
o
i
Bprivi degli
il h sono
Gli eritrociti di soggetti omozigoti per iltgene
o
l
n
antigeni A, B, o H, quindi nei test di determinazione
del gruppo
r
e
a
g
AB0 gli eritrociti risultano di gruppo
0 ed
il genotipo viene
C
r
“
e
denominato 0h.
i
o
P
n
i
chiamato
Bombay in quanto
Il fenotipo 0h viene generalmente
o
b
t
r
osservato per la primarvolta a Bombay
(India), dove sembra
U
e i Durante la determinazione dei
essere più frequentebche altrove.
d appaiono di gruppo 0 in quanto il
o
gruppi AB0, gli R
eritrociti
0h
à
siero agglutina sia le emazie
di gruppo A che quelle di gruppo B.
t
i
semazie A e B è dovuta alla presenza nel
L’agglutinazione delle
r
e
siero dei soggetti
0h di anticorpi anti H la cui formazione è
v
i
determinata dall’assenza
di sostanza H negli eritrociti di gruppo
n
U agglutinano sia le emazie A che quelle B.
0h. Tali anticorpi
Fenotipo Bombay o “h”
”
o
B
Il sospetto che il soggetto non appartenga al
gruppo 0 viene dall’osservazione che il suo siero
agglutina anche le emazie di gruppo 0. Tuttavia
la conferma che il soggetto in esame appartiene
al gruppo 0h si ha cimentando i suoi eritrociti
con
un
reagente
capace
di
reagire
specificatamente con la sostanza H. Questo
reagente è rappresentato da un estratto salino
di Ulex europaeus (la leguminosa a lato). Le
emazie in esame, mancando della sostanza H,
non reagiscono con l’estratto.
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s
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v
i La controprova si può avere nel caso in cui si
n
disponga di emazie di fenotipo Bombay
U
dimostrando che queste emazie non vengono
agglutinate dal siero del soggetto.
Un tipico esempio di epistasi
”
recessiva: l’albinismo
o
i
B
l
i
t rlo
L’albinismo è un’anomalia congenita ed ereditaria
n
e nella a
caratterizzata da mancanza di pigmento
g
C
r
“
pelle, nei capelli, nei peli e negli occhi.
È
causata
e o
i
dall’assenza dell’enzima tirosinasi,Pindispensabile
n
i
b
per la sintesi delle melanine. tIlosoggetto
albino
r
r U e peli
presenta cute sottile e e
rosata, capelli
i
b
finissimi di colore bianco
o
giallo
dorato. Si
d
o
R tà visivi: miopia,
accompagna in genere a deficit
i
s
astigmatismo,
ipermetropia,
daltonismo,
r
e
malformazioni del cristallino,
nistagmo; notevole
v
i solare e predisposizione a
sensibilità alla luce
n
neoplasie della U
cute. Chi ne è affetto deve usare precauzioni, come
occhiali da sole e creme protettive, nell’esporsi al sole.
L’epistasi può alterare i
rapporti F2 in vari modio”
i
B tutta la
l
i
9 : 3 : 4 - È quanto accade incrociando topi
neri
e
albini;
o
t
l
n
vengono rincrociati tra loro,
progenie F è aguti, e quando questi aguti
e
a
g
la progenie è costituita approssimativamente
da
9/16
aguti, 3/16 neri
C
r
“
e 4/16 albini (epistasi recessiva). ie
P ino
o rb
t
12 : 3 : 1 - La polpa della
zucca comunemente presenta 3 colori:
r
U
e
bianco, giallo e verde. Negli
incroci
tra bianco e giallo e tra bianco e
i
b
d
o
verde, il bianco è sempre
espresso;
negli incroci tra giallo e verde si
R tà
esprime il giallo; si deduce
che il giallo è recessivo rispetto al bianco,
i
sLa spiegazione più semplice è che un allele per
r
ma dominante sul verde.
e
v
il bianco sia epistatico
su quelli per il giallo e per il verde. La progenie
i
n
di individui doppi eterozigoti della F mostra
F di un’autofecondazione
U
1
2
1
un rapporto 12 frutti bianchi, 3 gialli e 1 verde (epistasi dominante).
La ridondanza o duplicazione
”
genica
o
il
B
i lo
t
n
r
e
a
È il caso della forma del frutto rg
C
“
nella pianta officinale Capsellaie
o
P
n
i
bursa-pastoris (Brassicaceae)
o
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b
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i
s
r
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v
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n
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Un esempio particolare di
”
o
epistasi: la complementazione
i
B
il
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n
Problema: vogliamo sapere se due e
linee pure,
che hanno lo
a
g
C
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“
stesso fenotipo (fiore bianco,
occhio
rosa
in Drosophila,
e
i
o gene oppure no.
ecc.) sono mutazioni a carico
P dello stesso
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b
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r
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Soluzione: si esegueeun TESTU
DI COMPLEMENTAZIONE.
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Come cambiano
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i rapporti in F2
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se i due geni er
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alleli?
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Un rapporto ineF di
vdella
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9:7 è tipico
n
COMPLEMENTAZIONE
U
2
Riassunto dei rapporti
”
o
mendeliani atipici più
comuni
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Epistasi e dominanza o”
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La sostanziale differenza
tra
dominanza
ed
e o
i
P cheinla dominanza e la
epistasi consiste nel fatto
o dirunb “conflitto” tra una
recessività sono l’esito
t
r U a uno stesso locus,
coppia di allelie appartenenti
i
b
mentre l’epistasi
riguarda
sempre 2 o più coppie
d
o
R risiedono
à
di alleli che
in loci diversi.
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Penetranza ed espressività
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r
e
v
Un fiore rosa, inato da un incrocio rosso x bianco, è dovuto a
n
dominanzaU
incompleta o a espressività variabile? Come si può
distinguere tra i due casi?
Altre difficoltà
”
o
i
Molti caratteri non segregano come fattori lmendeliani
B semplici, o
i
o
t re lcontesto
risentono in maniera notevole di ambiente, cultura
storico.
n
e genealogico?
Ad esempio, che c’è di strano in questo albero
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Pleiotropìa
”
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B
Un gene è detto pleiotropico quando possiede effetti molteplici.
Tale gene determina due o più caratteri che risultano strettamente
tra loro correlati. La prima osservazione venne fatta da Mendel che
notò come il medesimo fattore ereditario influenzasse il colore dei
fiori e il colore del tegumento dei semi.
Il gene per la fenilchetonuria (PKU) è responsabile dell’assenza
dell’enzima che trasforma la fenilalanina in tirosina. Questo
determina la presenza di una quantità eccessiva di fenilalanina, una
carenza di tirosina, e un eccesso del prodotto di degradazione
alternativo, l’acido fenilpiruvico, nei liquidi del corpo e nell’urina.
Ulteriori conseguenze di queste molteplici anomalie biochimiche
possono essere il danneggiamento del sistema nervoso centrale, che si
esprime nel deterioramento delle funzioni mentali, e nella diminuzione
della produzione di melanina, a causa della carenza di tirosina,
diminuzione che determina una colorazione chiara dei capelli.
i
l
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La pleiotropia nella
fibrosi cistica
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Allelìa multipla
i
l
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t
All’interno del genoma di un
n
r
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a
individuo diploide (a meno di eventi g
C
r
“
e o
eccezionali) sono presenti solo due
i
alleli ad un certo locus genetico,Puno in
o
t
per ciascun cromosomar omologo.rb
e
Tuttavia
nella
popolazion
ei U
di
b
o
individui è possibile
che dsiano
R
à
t
presenti tanti alleli diversi,
che tra
i
s variabili
loro possono avere rapporti
r
e
di
dominanza, iv espressività
e
n
penetranza.
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”
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B
I gruppi sanguigni o”
B
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Un esempio di allelia
e
a
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multipla
riguarda
il
r
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i
sistema di gruppi sanguigni
P
n
i
ABO. In questo caso o
b
t
r
esistono tre alleli noti alr
U
e
locus I (il cui prodotto
i
b
d
o
finale dà la presenza
di
un
R tà
antigene di superficie sul
globulo rosso). Gli alleli sono I , I e I
i
s
(detto anche i). I e Ir sono codominanti tra di loro, e sono entrambi
e
v
dominanti su Ii . Ne discendono quattro possibili fenotipi,
n
corrispondenti
a
U sei possibili genotipi.
A
A
O
B
B
O
Caratterizzazione fenotipica
”
o
dei gruppi sanguigni
i
B
il
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“
e o
i
P in
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t
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i
b
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o
Solo i gruppi che non
R tà
agglutinano i globuli rossi
i
s
r
hanno la possibilità di
e
v
scambiarsi sangue (trai
n
sfusioni). AB è accettore
U
universale, O è donatore
universale.
Le famiglie geniche o”
i
B
l
i
t rlo
n
ecaso di ageni correlati,
Le famiglie geniche sono invece un
g
C molecolare)
r
“
simili tra di loro per strutturae(organizzazione
i
o stessa porzione
P innella
e funzione, e quasi sempre localizzati
o geni
b
cromosomica. Tuttavia tquesti
non sono alleli tra di
r
r
loro. In alcuni casi esono soloUuna ridondanza di funzione
i
b
(es.: geni per l’rRNA),
in
altri
casi i singoli membri possono
d
o
R tàverso funzioni correlate ma non
evolversi e divergere
i
sovrapponibili. rs
e
v
i
n
U
Nomenclatura
i
l
i lo
t
n
A livello genico, si parla di
r
e
a
g “C
omologia in caso di geni
r
correlati evolutivamente. In ie
o
P
n
i
particolare, due geni sono
o
b
t
r
ortologhi se hanno sequenze
r
e iU
omologhe in specie b
differenti
d
o
(per esempio l’emoglobina
R tà nei
mammiferi e negli iuccelli).
s i geni
r
Sono invece paraloghi
e
v
omologhi presenti
nella stessa
i
n
specie e che
sono insorti per
U
duplicazione genica.
”
o
B
L’emoglobina (Hb) o”
B
li
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t
n
r
e
L’Hb è la proteina responsabile
a
g
C
r
del trasposto dell’ossigeno ai
“
e
i
o
tessuti attraverso il sangue. P
n
i
o
Nei globuli rossi dei mammiferi
b
t
r
r
essa è formata da due e
coppie U
i
b
di polipeptidi tra loro
correlati
d
o
R tàuna
(a e b), uniti a formare
i
struttura proteica quaternaria.
s
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Le Hb a e b hanno struttura simile
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Le Hb a e b fanno parte di
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una famiglia genica…
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…e ogni membro della
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famiglia ha una sua lfunzione.
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Un caso particolare: la Hb-S
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Un singolo cambiamento aminoacidico può provocare gravi danni.
Esistono molti mutanti in Hb
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