1 CAPITOLO 3 ASSOCIAZIONE, SCAMBIO E MAPPE GENETICHE LIGUORI EDITORE.

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CAPITOLO 3ASSOCIAZIONE,

SCAMBIO E MAPPE GENETICHE

LIGUORI EDITORE

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3.1 ASSOCIAZIONE (LINKAGE): CONCETTI FONDAMENTALI

Figura 3.1Fasi di associazione di un doppio eterozigote (diibrido AaBb): loci con alleli in fase cis (accoppiamento), genotipo AB/ab ed in fase trans (repulsione), genotipo Ab/aB.

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Figura 3.2Esperimento di Batesone Punnett.

3.2 ECCEZIONI DELL’ASSORTIMENTO INDIPENDENTE: ESPERIMENTI DI BATESON

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Tabella 3.1Frequenze fenotipiche osservate e attese nel primo degli esperimenti di Bateson e Punnett, e calcolo del chi-quadrato.


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Figura 3.3Basi cromosomiche dei risultati di Bateson e Punnett nellediscendenze F2 (A) e BC1 (B) (da: D.P. Snustad e M.J. Simmons 1997, modificata).


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Figura 3.4Rappresentazione schematica della via metabolica che determina la comparsa di pigmento nei fiori di pisello.


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Tabella 3.2Produzioni gametiche, combinazionigenotipiche (A)e proporzionifenotipiche (B) negli esperimenti di Bateson e Punnett.

3.3 CALCOLO DELLE PRODUZIONI GAMETICHE: METODO DELLA RADICE QUADRATA

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Figura 3.5Fotografia di TrofimDenisovich Lysenko(1898-1976).

3.3 CALCOLO DELLE PRODUZIONI GAMETICHE: METODO DELLA RADICE QUADRATAQUADRO 3.1 – SOSTENITORI E DENIGRATORI DEL MENDELISMO:W. BATESON, T.H. MORGAN E T. LYSENKO

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Figura 3.6Mutante di Drosophila ad occhi bianchi: schemi di incrocio effettuatida Morgan per stabilire l’eredità del carattere.

3.4 SCOPERTA DELL’ASSOCIAZIONE IN DROSOPHILA: ESPERIMENTI DI MORGAN

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Figura 3.7Esperimento di Morgan in Drosophila: verifica dell’associazione tra i loci responsabili della forma delle ali (Vg, allele per le ali lunghe e vg, allele per le ali corte o vestigiali) e il colore del corpo (B, allele per il corpo grigio e b, allele per il corpo nero) (da: D.P. Snustad e M.J. Simmons 1997, modificata).


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Figura 3.8Basi cromosomiche della ricombinazione del diibrido VgvgBb di Drosophila.


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Figura 3.9Formazione di chiasmi tra cromatidi di cromosomi omologhi.

3.5 CROSSING-OVER (SCAMBIO) E RICOMBINAZIONE DEI GENI ASSOCIATI

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Figura 3.10Fasi salienti del processo di rottura e scambio con le conseguenze strutturali a livello cromosomico nei casi di crossing-over semplice (A) e doppio (B).


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Figura 3.11Classificazione di gameti parentali e ricombinanti in relazione alla fase di associazione dei geni nel diibrido AaBb.


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3.6 PROVA SPERIMENTALE DELLA RICOMBINAZIONE MEDIANTE CROSSING-OVER

Figura 3.12Fotografia dei 10 cromosomi del corredo di base del mais analizzati in un nucleo di microsporocito allo stadio pachitenico quando gli omologhi sono intimamente appaiati (A). Nella rappresentazione schematica sono evidenziati i centromeri, i bracci cromosomici e la posizione delle protuberanze di eterocromatina (knob) intensamente colorate (B).

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Figura 3.13AEsperimento di Creighton e McClintock in mais: (A) incrocio tra il mutante per il cromosoma 9e il tipo normale; (B) conseguenze del crossing-over; (C) morfologia delle coppie di omologhi nelle piantedella discendenza ricombinanti per ilcromosoma 9.


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Figura 3.13BEsperimento di Stern in Drosophila: (A) incrocio tra una femmina con alterazioni del cromosoma X e un maschio con cromosoma X normale; (B) conseguenze del crossing-over; (C) morfologia dei cromosomi degli individui portanti cromosomi X ricombinanti.


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Figura 3.14Mappa genetica di Pisum sativum (A) e possibili riarrangiamenti cromosomici (B) (Fonte: N.F. Weeden et al. (1998) A consensus linkage map for Pisum sativum. Pisum Genetics, 30:1-4).

QUADRO 3.2 – MENDEL E IL LINKAGE


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Tabella 3.3Caratteri studiati da Mendel, nomenclatura degli alleli e posizione di mappa inteso come gruppo linkage di appartenenza.


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3.7 MAPPATURA CROMOSOMICA DEI GENI ASSOCIATI NELLE PIANTE

Tabella 3.4Dati di frequenza dei chiasmi usati per il calcolo delle distanze di mappa (da: D.P. Snustad e M.J. Simmons 2000, modificata).

CALCOLO DELLE LUNGHEZZE DI MAPPA MEDIANTE ANALISI DEI CHIASMI

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Tabella 3.5Frequenza degli eventi di ricombinazione (media e varianza) e valori stimati della lunghezza dei cromosomi (espressa in centiMorgan, cM) di riso.


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Tabella 3.6Intervallo di variazionedel numero di chiasmi osservati a livellocitologico in alcune piante di interesseagrario in relazione al numero totalee medio dei cromosomi ricombinanti (crossover) determinati in base ai dati molecolari.


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Figura 3.15Spighe di mais che mostrano segregazione per il colore dell’aleurone e per la struttura dell’endosperma. (A) Mutante con pericarpo incolore, omozigote per il gene colorless pericap (p1p1), che rende visibile la segregazione del gene anthocyaninless a1 con rapporto 3 aleurone rosso (A1–): 1 aleurone incolore (a1a1); mutanti shrunken sh1 (B) e sh2 (C) che manifestano cariossidi collassate, indentate o spigolose.

CALCOLO DELLE DISTANZE DI MAPPA MEDIANTE TEST A DUE PUNTI

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Tabella 3.7Frequenze assolute e relative delle classi fenotipiche parentali e ricombinanti ottenute nella discendenza da reincrocio del diibrido CSh/csh (associazione in coupling).


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Tabella 3.8Frequenze assolute e relative delle classi fenotipiche parentali e ricombinanti ottenute nella discendenza da reincrocio del diibrido Csh/cSh (associazione in repulsion).


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Tabella 3.9Dati complessivi di entrambi i reincroci effettuati da Hutchison per stabilire la distanza tra i geni C/c (coloured) e Sh/sh (shrunken) in mais.


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3.8 CALCOLO DELLE DISTANZE DI MAPPA NELLE POPOLAZIONI F2

Tabella 3.10Combinazioni genotipiche e proporzioni fenotipiche della F2 derivate usando le frequenze gametiche calcolate con il metodo della radice quadrata.

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Tabella 3.11Metodo di correzione delle distanze di mappa.


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Tabella 3.12Relazione tra le frequenzedi ricombinazione e le proporzionifenotipiche in un diibrido (da: E.B.Babcock, 2001).


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3.9 EFFETTO DEI CROSSING-OVER MULTIPLI SUL CALCOLO DELLE DISTANZE DI MAPPA

Figura 3.16Diverse tipologie di crossing-over doppi a due, tre e quattrofilamenti responsabili della formazione di cromosomi non-crossover (nc), crossover semplici (cs) e crossover doppi (cd) da parte del triibrido a+b+c+.

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Figura 3.17Dimostrazione che la frequenza di ricombinazione di due geni associati fisicamente lontani sullo stesso cromosoma non può superare il 50%: (A) gli eventi di singolo crossing-over porteranno alla formazione di metà cromosomi di tipo parentale e metà ricombinanti; (B) gli eventi di crossing-over doppio (a due, a tre e a quattro filamenti) produrranno complessivamente metà cromosomi parentali e metà ricombinanti.


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Figura 3.18Relazione tra frequenza di ricombinazionee distanza di mappa.


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Figura 3.19Conseguenze genetiche dei crossing-over multipli (doppi, tripli e quadrupli) tra cromatidi non fratelli e di crossing-over tra cromatidi fratelli(da: D.P. Snustad e M.J. Simmons 2000, modificata).


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3.10 MAPPATURA MEDIANTE TEST A TRE PUNTI, INTERFERENZA E COEFFICIENTE DI COINCIDENZA

Tabella 3.13Dati riguardanti un test a tre punti condotto da Beadle in mais usando una popolazione segregante BC1 prodotta reincrociando un ibrido F1 eterozigote per le mutazioni virescent (+/v), glossy (+/gl) e variable sterile (+/va) con una linea wildtype (+/+) a tutti e tre i loci (A); proporzioni dei fenotipi ordinati per classi simmetriche (B).

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Figura 3.20Cromosomi di tipo parentale e cromosomi ricombinanti derivantida scambio (crossing-over) semplice e doppio.


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Figura 3.21Calcolo delle frequenzedi ricombinazione e delle distanze genetiche in unità di mappa o cM.


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Figura 3.22Relazione tra frequenza di ricombinazione e coefficiente di coincidenza osservata per il cromosoma X di Drosophila (A) e per il cromosoma 5 di orzo (B).


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Tabella 3.14Coefficienti di coincidenza osservati in orzo, riso, frumento e barbabietola per intervalli crescenti di frequenze di ricombinazione.


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3.11 COSTRUZIONE DI MAPPE GENETICHE

Figura 3.23Colore dell’occhio in Drosophila:rosso è il carattere selvatico,bianco è quello mutante.

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Figura 3.24Mappa genetica semplificatadei cromosomi di Drosophila: per ogni locus viene indicata la forma allelica mutante mentre le distanze di mappa sono espresse in cM (le lettere in apice rispetto al nome del gene indicano la parte del moscerino interessata dalla manifestazione del carattere (c, corpo; o, occhio; a, ali; s, setole). In basso a sinistra è schematizzato il corredo cromosomico di un maschio (da: R.J. Brooker 1999,modificata).


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Figura 3.25Una delle prime mappe genetiche di mais sviluppata da G.W.Beadle, R.A. Emerson, L.J. Stadler e M.M. Rhoades impiegando mutanti morfologici (le distanze di mappasono espresse in cM).


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Tabella 3.15Confronto tra la prima mappa genetica di mais sviluppatausando quasi esclusivamente caratteri morfologici e la mappa genetica attualmente disponibile per questa specie definita soprattutto con marcatori molecolari.


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3.12 CONFRONTO TRA MAPPE GENETICHE E MAPPE FISICHE

Figura 3.26Relazione tra distanze genetiche e fisiche in un tratto del cromosoma X politenico di Drosophila (A). Relazione tra distanze genetiche e fisiche in S. cerevisiae (B).

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Figura 3.27Concetto di aplotipo: rappresentazione schematica di porzioni di cromosomi (A e B) con due regioni di geni (loci 1-5 e 6-9) strettamente associati i cui alleli tendono ad essere ereditati in blocco (le frecce indicano i siti preferenziali di ricombinazione).


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Figura 3.28Concetto di aplotipo: rappresentazione schematica di 10 tratti allineati di una sequenza genica che evidenzia due distinte combinazioni nucleotidiche (A, adenina; T, timida; C, citosina, G, guanina; I/D, inserzione/delezione).


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3.13 BLOCCHI CROMOSOMICI O UNITÀ GENOMICHE DELLA TRASMISSIONE EREDITARIA

Figura 3.29Organizzazione dei blocchi cromosomici (chromosome blocks)in relazione alla ubicazione delle regioni ricche di geni e dei siti caldi di ricombinazione (hot spots).

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Figura 3.30Numero medio di blocchi cromosomici in alcune delle più importanti specie di interesse agrario (calcolato come rapporto tra il numero totale di cromosomi ricombinanti ed il numero aploide di cromosomi della specie).


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Figura 3.31Eterosi o vigore ibrido: (A) spighe rappresentative di due linee inbred di mais e del loro ibrido F1; (B) bacche di melanzana rappresentative della linea pura portaseme, della lineapura impollinante e del loro ibrido F1 (Foto: Seminis Vegetable Seeds Italia).


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Figura 3.32Scenari ipotetici delle fasi gametiche tra gli alleli di geni a due loci associati in seguito a diversi eventi di ricombinazione e mutazione:(A) sono evidenti solo due aplotipi in uguale proporzione dimostrando totale disequilibrio di associazione per la mancanza di ricombinazione tra i geni; (B) sono evidenti tre dei quattro possibili aplotipi dimostrando parziale disequilibrio di associazione in seguito a mutazione intercorsa in uno dei geni ma in assenza di ricombinazione tra questi; (C) sono evidenti tutti e quattro i possibili aplotipi ed in uguale proporzione dimostrando completo equilibrio di associazione per la presenza di ricombinazione tra geni.


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Figura 3.33Modelli teorici semplificati di blocchi cromosomici associati in fase cis (A) ed in fase trans (B) nelle specie ad eredità disomica (diploidi e allopoliploidi); (C) modello di blocchi cromosomici ognuno con un allele dominante - linkats - nelle specie ad eredità polisomica (autopoliploidi).


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Figura 3.34Albero genealogico che evidenzia l’associazione tra i loci ABO e NPS1: gli individui affetti dalla sindrome sono riportati in rosso, mentre il loro gruppo sanguigno viene indicato in lettere. Le frecce indicano i genotipi ricombinanti.

3.14 ANALISI GENETICA DI ASSOCIAZIONE NELL’UOMO

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Figura 3.35Quadrato di Punnett che mostra i genotipi ottenibili dalla coppia della generazione I.


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Figura 3.36Mappa genetica umana con la posizione dei geni responsabili di alcune malattie ereditarie.


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