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

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Gruppo AB0 nell’uomo

Due geni indipendenti, uno per A e uno per B?

Figura 13.2

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Genotipi AB0 nell’uomo

Figura 13.3

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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

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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

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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

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Espressività variabile nell’uomo: individui eterozigoti per l’allele patologico nella neurofibromatosi

Figura 13.9

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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

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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

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