Erosione genetica e biodiversità

Caratteri qualitativi e quantitativi

0

10

20

30

40

50

VF = VG + VA h2 = VG/VF

QTL (Quantitative trait loci)

Locus genetico in corrispondenza del quale alleli diversi da un punto di vista funzionale segregano e causano effetti significativi sul carattere quantitativo

QTL mapping

Locus: posizione fisica del gene sul cromosoma Mappa genetica: serve per determinare la posizione del locus

Localizzare ed identificare il locus che regola il QTL

-­‐  Iden'ficare  il  QTL  che  regola  il  cara4ere  studiato  

-­‐localizzare  la  regione  del  genoma  dove  un  QTL  che  regola  il  cara4ere  è  ospitato  

 

Caratteri quantitativi e postulati di Mendel

Ø Più geni responsabili del carattere fenotipico (poligeni)

Ø Alleli plus & minus

Ø Geni associati

Ø Geni su uno stesso cromosoma vengono ereditati insieme (linkage)

Legge della dominanza gli individui nati dall'incrocio tra due individui omozigoti che differiscono per una coppia allelica, avranno il fenotipo dato dall'allele dominante

Legge della segregazione alleli differenti di uno stesso gene

segregano a meiosi Legge dell'assortimento indipendente (o legge di indipendenza

dei caratteri): gli alleli posizionati su cromosomi non omologhi si distribuiscono in modo casuale nei gameti.

Caratteri quantitativi e postulati di Mendel

Deviazione rapporti mendeliani Esperimento Bateson & Punnet

Incrocio diibrido tra una linea pura con fiori viola e granuli pollinici allungati ed un’altra linea pura con fiori rossi e granuli pollinici rotondi

Si concluse che gli alleli parentali erano accoppiati e non andavano incontro assortimento indipendente

geni sullo stesso cromosoma

possono essere ereditati in

maniera accoppiata

Esperimenti di Morgan

Biologia.blu, D.Sadava G.Heller G.Orians W.Purves D.Hillis M.Pignocchino, Zanichelli

 Gli studi di Morgan hanno dimostrato che nella drosofila i geni responsabili del colore del corpo e delle dimensioni delle ali sono

associati, cosicché i rispettivi alleli non seguono un assortimento indipendente. Questa associazione è responsabile della

discordanza dei fenotipi osservati rispetto a quelli attesi in base alla legge mendeliana

dell’assortimento indipendente

Calcolo chi2

Analisi dei rapporti di segregazioni a ciascun locus per vedere se i valori osservati differiscono da attesi

Geni concatenati hanno rapporti atipici

Osservati

Attesi

(575-965)2/965 (575-944)2/944 (575-206)2/206 (575-185)2/185

156,81 144,24 660,97 822,16

1784.18

I valori di χ2 elevati indicano che le differenze osservate sono statisticamente significative, e che quindi l’ipotesi che i geni si

assortiscano in modo indipendente deve essere rigettata

4 classi fenotipiche -> 3 gradi di libertà valore χ2 1784,18

Se p>0.05, la deviazione tra Osservati ed Attesi non è significativa

Se p<=0.05, la deviazione è statisticamente significativa; ciò significa che i geni possono essere legati

Geni indipendenti Seguono le leggi di Mendel

sull’assortimento indipendente Sono su cromosomi diversi

Geni in linkage Geni fisicamente uniti sugli

stessi cromosomi

§  Nuove associazioni di alleli parentali si ottengono a seguito della ricombinazione genetica

§  Tests crosses determinano quali geni sono

legati, e la mappa genetica si contruisce per ogni cromosoma

Linkage

Si analizza la frequenza allelica di ricombinazione nella progenie di un incrocio

Alla meiosi:

Segmenti di DNA che sono su diversi cromosomi si distribuiscono a caso nei gameti

Segmenti che sono sullo stesso cromosoma vanno soggetti a ricombinazione. Questa è tanto più frequente quanto più distanti sono i due segmenti di DNA sul cromosoma

DISTANZA DI MAPPA è misurata dalla % di RICOMBINAZIONE

Ricombinazione

Grazie alla ricombinazione risulta possibile mappare i geni

1)  Non si trasmettono insieme a causa della ricombinazione, quindi si separano per l’avvento del CROSSINGOVER nel tratto di cromosoma compreso tra i due geni. (assortimento indipendente)

2)  Si trasmettono insieme, ciò accade quando sono molto vicini tra di loro

I geni associati sul cromosoma possono avere duplice destino:

scambio fisico reciproco di parti tra i due cromosomi omologhi (tra cromatidi non fratelli) con la formazione di nuove combinazioni alleliche

Crossing over

Frequenze di Ricombinazione

Progenie ricombinante Totale progenie

%

Geni associati Geni non associati

50% 0%

Geni con frequenza di ricombinazione minore del 50% si trovano sullo stesso cromosoma => linked (ricombinazione intracromosomica) crossing over

Geni che si sottopongono ad assortimento indipendente hanno una FR del 50 % e sono posizionati in cromosomi non-omologhi oppuri di lontani e sullo stesso cromosoma=> unlinked (ricombinazione intercromosomica)

Tipologie di mappe

§  Mappe genetiche o di linkage §  Distanza che separa i geni basata su rapporti di

ricombinazione

§  Citogenetiche §  Visulizzazione al microscopio dei cromosomi

§  Mappe fisiche §  Posizione fisica di una sequenza di DNA o di un

gene §  “Nucleotide Sequence Maps”

§  Genomi sequenziati

www.genome.gov

Tipologie di mappe

Mappe genetiche

§  La mappa genetica determina l’ordine di geni

§  Le frequenze di ricombinazione tra alleli determinano le distanze tra essi

§  Le distanze tra geni si misurano in termini di unità di mappa

§  1 unità di mappa = 1 cM (centimorgan) (1% fenotipi ricombinanti)

§  Tali frequenze sono inveramente proporzionali alla distanza tra alleli

Calcolo distanza mappa

206+185

206+185 + 965 + 944 X 100 = 17% = 17 cM

NB: Caso semplice

Associazione Cis e Trans

Alleli dominanti in uno degli

omologhi

Alleli dominanti sui due omologhi

§  Calcolare ricombinazioni in cis ed in trans

§  Calcolare crossing over multipli

Calcolo distanza mappa

A1 B1 C1

A2 B2 C2

A1 B2 C2

A2 B1 C1

A1 B2

C2 A2 B1

C1

Singolo CO Doppio CO

Pierce, GENETICA, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2005

st+ A

e+ B

ss+ C

st a

e b

s c

Abc

aBC

ABc

abC

AbC

aBc

ABC

abc

Vogliamo stabilire l’ordine dei geni sul cromosoma e stimare le distanze tra questi

ABC 283

abc 278

Abc 50

aBC 52

ABc 5

abC 3

AbC 43

aBc 41

Genotipi più frequenti sono i parentali

Genotipi meno frequenti sono i doppi ricombinanti

Calcolo dell’ordine dei geni

A-B-C? C-B-A? B-A-C? ecc….

ABC 283 ACB

abc 278 acb

Abc 50 Acb

aBC 52 aCB

ABc 5 AcB

abC 3 aCb

AbC 43 ACb

aBc 41 acB

A C B

a c b

A c b

a C B

A

b a C

B c

A

c

b

a

C

B

Il doppio crossing over sposta l’allele centrale da un cromatidio fratello all’altro

A questo punto bisogna calcolare la distanza tra A - C e C - B

A –C = (5+3+50+52)/755 * 100 = 14.6

283 ACB

278 acb

50 Acb

52 aCB

5 AcB

3 aCb

43 ACb

41 acB

C –B = (5+3+43+41)/755 * 100 = 12.2

A –B = [50+52+43+41+ (5*2) + (3*2)]/755 * 100 = 26,8

28,8 cM

14,6 cM 12,2 cM

A C B

Esempio Drosophila distanza Additiva (14,6 + 12,2 = 28,8)

Distanza genetica

CROSSOVER MULTIPLI

Aumentando la distanza tra due loci, aumenta la probabilità di crossing over doppi o multipli

A

a b

A

a b

B B

B

B

B

b

b

b

Gli effetti del crossing-over multiplo sono annullati, pertanto la frequenza di ricombinazione, sottostima la distanza genetica

Interferenza Coincidenza

Il Crossover in una regione diminuisce la

probabilità di altri nella medesima regione

cromosomica

Tendenza a non vedere doppi crossover in

piccole regioni cromosomiche

Numero di doppi ricombinanti osservati

diviso il numero di attesi

28,8 cM

14,6 cM 12,2 cM

A C B

• Probabilità di doppi CO tra A e B = frAC x frCB

0,146 X 0,122 = 0,0178

• Numero di doppi CO attesi = 0,0178 X 755 (progenie totale) = 13,4 • Numero di doppi CO osservati = 5 + 3 = 8

283 ACB

278 acb

50 Acb

52 aCB

5 AcB

3 aCb

43 ACb

41 acB

Coefficiente di coincidenza = doppi CO oss./ doppi CO att. = 8/13,4 = 0,6

Coefficiente di coincidenza = 0,6

Interferenza = 1 - coefficiente di coincidenza => 1 – 0,6 = 0,4

Il 40% della progenie attesa e derivante da doppio crossing over non sarà osservata

Interferenza

0>1 0

No doppi crossing over doppi crossing over

Crossing over più frequenti in regioni subtelomeriche rispetto le centromeriche, quindi ad una piccola distanza

nella mappa genetica può corrispondere una grande distanza in quella fisica

Mappe genetiche

Costruzione mappa genetica

•  Si scelgono due parentali distanti dal punto di vista genetico con caratteri agronomici utili

•  Incrocio e sviluppo popolazione segregante

•  Genotipizzazione con marcatori molecolari

q Associazione del fenotipoà Alleli di interesse

RICERCA DI MARCATORI MOLECOLARI

Trovare marcatori polimorfici tra i due parentali

Analizzare la segregazione di tali marcatori nella popolazione segregante

Ricercare l’associazione tra i diversi marcatori

Calcolare la % di ricombinazione tra i marcatori associati

COSTRUZIONE DI UNA MAPPA GENETICA CON MARCATORI MOLECOLARI

Costruzione mappa genetica

Cultivated Wild

X

Segregant population

Marker analysis

Marker1

Mappa

Associazione di un marcatore ad un gene di resistenza

§  Progenie da incrocio Resistente X Suscettibile

§  Testare la progenie con marcatori equamente distribuiti sul genoma (~ogni 10cM)

§  Lod score (“log of the odds”) – punteggio risultante da un test statistico che confronta la probabilità di osservare due marcatori, legati o meno. Punteggi LOD positivi favoriscono la presenza di linkage, mentre i punteggi LOD negativi indicano che il legame è meno probabile

Linkage mapping

Mapping function

• Formule matematiche per definire le relazioni tra ricombinazione e distanza di mappa

• Tali formule mettono in relazione la frequenza dei CO e la distanza tra I geni

1.  LOD >3.0 evidenza del legame 2.  LOD <-2.0 non legati 3.  Intermedi – dati inconclusivi, collezionare maggiori individui

Associazione del fenotipo

1 3 2 3 2 3 2 2 2 2 2 3 1 2 2 2 2 1 1 1 1 2 2 1Genotipo

Fenotipo S R R R R R R R R R R R S R R R R S S S S R R S

100

150

80

70

40

500

450

300

250

280

290

310

240

540

320

310

160

180

230

440

310

420

400

250

Linkage = Co-segregazione

A2A4

A3A4

A1A3

A1A2

A2A3

A1A2 A1A4 A3A4 A3A2

Marker allele A1 cosegrega con un Carattere dominante per resistenza

Mappatura di geni agronomicamente interessati

Elevato n° di markers = consentirà la saturazione delle mappe genetiche, ottenendo distanze di mappa tanto ridotte da consentire la dissezione di caratteri quantitativi nelle diverse componenti geniche.

Vantaggi = possibilità di trovare una stretta associazione tra il marcatore ed i geni di interesse.

L’associazione tra il marcatore molecolare ed il gene permette di inferire la presenza del gene in un individuo o in un gruppo di individui mediante l’identificazione del marcatore ad esso legato.