Gene : Unità ereditabile

• I segmenti di DNA che

trasportano l’informazione

genetica sono chiamati geni.

• Corrispondono normalmente

ad un tratto di DNA che

codifica per una proteina o

per una catena di RNA con

una funzione nell’organismo.

• Geni portano l’informazione

per la costruzione ed il

mantenimento delle cellule in

un organismo e la trasmettono

alla progenie (tratto

genetico).

Il gene vegetale e la regolazione dell’espressione genica

Promotore

Insieme di elementi in cis rispetto alla regione codificante che

vengono riconosciuti da fattori cellulari endogeni.

La corretta interazione tra i fattori e gli elementi del DNA

consentono:

- la sintesi dell’mRNA

- la corretta maturazione

- il trasporto nel citosol

- la traduzione e la sintesi della proteina codificata

Il promotore occupa da poche a numerose centinaia di bp a monte del

sito di inizio della trascrizione e consiste in regioni di DNA non trascritte

contenenti numerosi elementi di regolazione: elementi minimi del

promotore ed enhancer (regioni di regolazione a monte).

Elementi minimi: sequenze di DNA prossime al sito

di inizio della trascrizione.

La sequenza di 7 basi (TATAAAA) chiamata TATA box si trova a circa

-10/-30 rispetto all’inizio della trascrizione. Vi si lega il Fattore di

Trascrizione IID (TFIID) che è un complesso di numerose proteine

tra cui la TATA-binding protein (TBP), che lega la TATA e richiama i

vari elementi dell’RNA pol II. E’ presente in quasi tutti i geni

codificanti per proteine.

La CCAAT box è una sequenza conservata (GGNCAATCT) posta a

circa -30/-70 rispetto al sito di inizio della trascrizione. Vi si legano

altri fattori di trascrizione.

E’ importante la posizione, l’ordine e la distanza reciproca.

Garantiscono livelli minimi di trascrizione.

Si parla di enhancer quando le sequenze regolative svolgono la loro

funzione indipendentemente dalla posizione e dalla distanza dal sito di

inizio della trascrizione.

Gli enhancer sono sequenze nucleotidiche poste in cis che esplicano la

loro funzione aumentando notevolmente (fino a 200 volte) la frequenza

di trascrizione del gene che controllano.

Non esiste un’unica sequenza conservata, ma sono noti centinaia di

enhancer diversi (differenze qualitative e quantitative)

Agli enhancer si legano fattori di

attivazione della trascrizione che

velocizzano la sintesi dell’RNA.

Esistono anche repressori ai quali

si legano fattori di inibizione della

trascrizione.

Non è molto importante il loro

orientamento né la loro

posizione rispetto al sito di

inizio della trascrizione.

Gli enhancer definiscono il tipo di promotore creando differenze:

-Quantitative maggiore o minore forza, più o meno espresso

-Qualitative dove viene espresso

Ne segue che esistono promotori forti o deboli, oppure promotori

costitutivi o inducibili.

Promotori costitutivi: determinano l’espressione di un gene in tutti i

tessuti, indipendentemente dallo sviluppo e da fattori ambientali

esterni.

Il promotore costitutivo più famoso e usato è il promotore 35S derivato dal

Cauliflower mosaic virus CaMV.

Lungo circa 350bp, è ricco in enhancer ed è divisibile in due domini:

dominio A: espressione nelle radici,

nel periciclo e nel meristema apicale

dominio B: porzioni aeree

(foglie, fusti, fasci vascolari).

E’ divisibile in molti subdomini.

Espressione complementare

Dominio B: insieme di più elementi

(subdomini B1-5).

Alcuni subdomini di B presi

singolarmente garantiscono l’espres-

sione in un determinato tessuto della

pianta, ma la somma dei profili di

espressione dei singoli domini non

equivale al profilo di espressione del

dominio B completo effetto

combinatorio

Interazione sinergica tra elementi di B

e tra B ed A.

I due domini hanno un effetto sinergico

e sommatorio. Principalmente attivo

nelle dicotiledoni.

Altri promotori costitutivi sono sempre di origine virale o batterica

(nos, ocs) o ancora vegetali come il promotore del gene per

l’ubiquitina, ma sono fino a 50 volte meno forti.

Nelle monocotiledoni il promotore 35S è solo moderatamente forte, si

usano promotori specifici delle monocotiledoni come quelli del gene

dell’actina di riso, ubiquitina di mais spesso accoppiati al primo

introne dello stesso gene che funziona da enhancer.

Promotori inducibili: determinano l’espressione di un gene solo in

particolari tessuti o organi, in particolari momenti dello sviluppo, a

seguito di particolari stimoli interni od esterni.

Contengono elementi in cis riconosciuti da particolari fattori

trascrizionali presenti solo in determinati tessuti o in particolari

momenti.

Non sempre il livello di espressione è altissimo, ma esso può essere

molto specifico.

Promotori tessuto specifici:

seme-specifici (proteine di riserva)

tubero specifici (patatina)

tapetum dell’antera

Fattori ambientali:

luce, ferita, patogeni, caldo , freddo, secco, anaerobiosi.

Richiesti per una corretta ed efficiente trascrizione consentono la

formazione di un’estremità 3’ corretta che influenza la stabilità del mRNA.

Consenso: AATAAA 10-30 nt a monte più un tratto ricco in GT nelle

vicinanze.

Si utilizzano di solito terminatori ocs e nos o dal CaMV di 200-500bp.

Terminatori e siti di poliadenilazione

Introni

Regioni non tradotte, intersperse nell’mRNA.

Se inseriti al 5’ del gene si verifica un notevole aumento nel livello di

espressione, inteso come steady state, quindi provocano un aumento

nella stabilità del messaggero. Soprattutto nelle monocot.

Esempi: 1° introne del gene Adh di mais, o bronze1 o shrunken1.

Aumento fino a 100 volte rispetto al semplice promotore 35S.

Devono essere inseriti nel corretto orientamento nella regione 5’ del

cDNA.

Introni vegetali mancano del branch

site ma sono caratterizzati:

dicot: siti di splicing (AG/GUAAG e

UGCAG/G) e alta percentuale (60%) di

A/U

monocot: siti di splicing ma possono

anche avere basse % di A/U

Regioni non tradotte

Le 5’-UTL influenzano grandemente l’efficienza di traduzione del

trascritto regolando l’attacco e lo scorrimento della subunità 40S del

ribosoma.

Se UTL ricca in strutture secondarie o in ATG spuri

bassa efficienza

Importante sequenza che circonda l’ATG

Consenso animali: GCC(A/G)CCAUGG, importante –3 serve purina

Vegetali: UAAACAAUGGCU, importante +4, ma meno stringente.

Codon usage

Codon usage:frequenza d’utilizzo di codoni sinonimi in un gene o un

genoma. L’importanza di questo parametro è dovuta all’osservazione che

il codon usage è diverso in organismi diversi.

Esprimendo geni di varie origini in cellule vegetali si possono avere

problemi di precoce terminazione della traduzione dovuti al diverso

codon usage e allo stallo del ribosoma in assenza del corretto tRNA.