1

Genetica formale

Modalita’ della trasmissione dei caratteri da una generazione all’altra.

I metodi che Gregorio Mendel sviluppo’ verso la meta’ del 1800 sono quelli ancora in uso oggi e rappresentano

una parte fondamentale dell’analisi genetica.

2

Organismi sperimentali -con ciclo vitale breve-progenie numerosa-facili da manipolare-variabilita’ tra gli individui

Studio di un fenomeno biologico

isolare e caratterizzare le varianti genetiche che colpiscono (alterano) il processo stesso.

Ogni variante o mutazione permette di identificare un distinto componente genetico.

3

Le leggi di Mendel

4

(il termine “gene” fu coniato da Johannsen nel 1909)

Propose per primo, nel 1865, il concetto di GENE.

Prima di Mendel: eredità per mescolamento

Mendel: eredità particolata

Gregor Mendel (1822-1884)

5

“uovo e spermio (i gameti) contengono essenze derivanti dalle diverse parti del corpo del genitore. Queste essenze si mescolano per formare il nuovo individuo”

“i caratteri sono determinati da unità discrete che vengono trasmesse intatte da una generazione all’altra”

Prima di Mendel “eredità per mescolamento”

Mendel “eredità particolata”

Riproduzione: fusione di due cellule specializzate dette

gameti

6

Le leggi di Mendel

-Scelta dell’organismo giusto-Piano sperimentale semplice (pochi caratteris da seguire)-Quantificazione dei risultati

Metodo di ricerca ipotetico deduttivoInterpretazione semplice dei rapporti numerici ottenuti

Esperimenti precisi per saggiare l’ipotesi

7

•ampia gamma di forme e colori

•autofecondazione e fecondazione incrociata

Pisum sativum

antera (porta il polline)

ovario ovulo

stimma

8

•tempo di generazione breve

•numerosità della progenie

•poco spazio occupato

•basso costo

Vantaggi sperimentali delle piante di piselli

9

Trasmissione ereditaria di un singolo carattere

(Per “carattere” si intende una specifica proprietà di un organismo)

10

Caratteri delle piante di piselli studiati da Mendel

semi lisci o grinzosi

interno del seme giallo o verde

petali porpora o bianchi

baccelli semplici o concamerati

baccelli verdi o gialli

fiori assiali o terminali fusto lungo o corto

11

Le diverse varietà che un carattere può assumere si chiamano fenotipi

fenotipo bianco fenotipo purpureo

es.

12

Linea pura = popolazione che attraverso le generazioni resta identica per un dato carattere

13

F1 = prima generazione filiale

F1 = prima generazione filiale

I° incrocio: pianta a fiori purpurei x pianta a fiori bianchi

F1 tutte piante a fiori purpurei

P = generazione parentale

P = generazione parentale

14

L’incrocio reciproco dava lo stesso risultato

15

RAPPORTO 3 : 1

Autofecondazione F1 x F1

224 piante a fiori bianchi705 piante a fiori purpureiF2

Il fenotipo bianco riappariva alla seconda generazione!

16

semi lisci o grinzosi

interno del seme giallo o verde

petali porpora o bianchi

baccelli semplici o concamerati

baccelli verdi o gialli

fiori assiali o terminali fusto lungo o corto

Lo stesso rapporto 3:1 si ritrovava anche per gli altri 6 caratteri

17

18

DOMINANTE e RECESSIVO

ll “fattore” latente si definisce RECESSIVO

il “fattore” espresso si definisce DOMINANTE

19

P seme giallo x seme verde

F1 tutti semi gialli

1/4 verdi puri

1/4 gialli puri

2/4 gialli “impuri”

3/4 semi gialli

F2 1/4 semi verdi

Autofecondazione F1 x F1

giallo è dominante su verde

giallo è dominante su verde

20

Cosa dedusse Mendel dai risultati dei suoi esperimenti?

1. I determinanti ereditari sono di natura particolata

2. I geni sono presenti a coppie. Ogni carattere è controllato da due geni (chiamati alleli). Nelle linee pure i due alleli sono uguali. Nelle piante F1 sono presenti un allele per il fenotipo dominante ed uno per il fenotipo recessivo

3.I membri di ciascuna coppia genica si separano con uguale frequenza nei gameti (Principio della segregazione)

4.Ogni gamete porta solo un membro di ciascuna coppia genica

5. I gameti si combinano per formare lo zigote indipendentemente dal membro della coppia genica in essi contenuto

21

Modello A = allele dominantea = allele recessivo

22

Gli individui A /a sono chiamati eterozigoti o ibridi,mentre gli individui

delle linee pure sono chiamati omozigoti.

A /A è un omozigote dominante; a /a è un omozigote recessivo.

23

YY x yy

Yy x Yy F1

F2 YY Yy

Yy yy

YY 1/4

Yy 1/4 + 1/4= 2/4 = 1/2

yy 1/4

quadrato di Punnet

1/2 Y

1/2 y

1/2 Y 1/2 y

24

Il genotipo è la costituzione genetica del carattere

YY Yy yy

1/4 1/2 1/4

giallo verde 3 : 1

rapporto fenotipico

rapporto genotipico

25

Verifica delle ipotesi(Test-cross o Reincrocio)

58 : 52Rapporto osservato

26

I° legge di Mendel: I due membri di una coppia genica segregano (si separano) l’uno dall’altro nei gameti, metà dei quali riceve un membro della coppia, mentre l’altra metà riceve l’altro membro

27

Trasmissione ereditaria di due caratteri

28

Carattere fenotipo

Forma del seme liscio/rugoso

Colore del seme giallo/verde

Mendel studiò la trasmissione contemporanea di due caratteri

29

Liscio > rugosoGiallo > verde

lisci gialli x F1 lisci gialliF1

lisci gialli F1

lisci verdi x rugosi gialli

F2315 lisci gialli 9108 lisci verdi 3101 rugosi gialli 332 rugosi verdi 1

556 semi

30

Mendel trovò lo stesso tipo di rapporto 9:3:3:1 studiando anche altre coppie di caratteri

Mendel considerò un carattere alla volta

31

lisci 315+108 = 432 ; rugosi 101+32 = 133

gialli 315+101 = 416; verdi 108+32 = 140

315 lisci gialli108 lisci verdi101 rugosi gialli32 rugosi verdi

556 semi

3 liscio : 1 rugoso rapporto

3 giallo : 1 verde rapporto

lisci/rugosi

gialli/verdi

32

ciascun carattere veniva trasmesso indipendentemente

dall’altro

Mendel intuì che

33

R = liscio r = rugosoY = giallo y = verde

liscio verde rugoso giallo

liscio giallo

gameti Y

34

Il diibrido RrYy formerà 4 tipi di gameti contenenti ciascuno un allele per il carattere “forma del seme” (R o r ) e un allele per il carattere “colore del seme” (Y o y). Questi gameti verranno prodotti con la stessa frequenza pari ad 1/4

RY

rY ry

Ry

35

RrYyRrYy

36

Rapporti genotipici

RRYY 1/16RRYy 2/16RRyy 1/16RrYY 2/16RrYy 4/16Rryy 2/16rrYY 1/16rrYy 2/16rryy 1/16

lisci giallilisci verdirugosi giallirugosi verdi

9331

R-Y-R-yyrrY-rryy

Rapporti fenotipici

37

II° legge di Mendel: coppie geniche differenti assortiscono in maniera indipendente durante la formazione dei gameti

38

YyRr x yyrrgialli lisci

verdi grinzosi

Testcross per confermare la seconda legge di Mendel

1/4 gialli lisci

1/4 verdi grinzosi

1/4 verdi lisci

1/4 gialli grinzosi

1/4 yr

yr

1/4 Yr

1/4 yR

1/4 YR YyRr

Yyrr

yyRr

yyrr

r

39

I caratteri alternativi sono determinati da FATTORI DISCRETI che portano l’informazione ereditaria

Ogni fattore (GENE) esiste in forme alternative (ALLELI) che determinano la caratteristica visibile (FENOTIPO)

2 alleli uguali = OMOZIGOSI2 alleli diversi = ETEROZIGOSI

Allele che determina la caratteristica visibile è DOMINANTE sull’altro che è RECESSIVO

40

I legge di Mendel: I due membri di una

coppia genica segregano (si separano) l’uno dall’altro nei gameti

II legge di Mendel (assortimento indipendente):

Geni che controllanocaratteri diversi si distribuiscono in modo

indipendente nei gameti

41

Probabilità = N° di casi in cui un evento si manifestaN° delle opportunità che esso ha di accadere

Elementi di calcolo delle probabilità

42

P(di un tre)= 1/6

Qual’è la probabilità che lanciando un dado esca un tre?

Regola del prodotto = la probabilità che due eventi indipendenti si verifichino è data dal prodotto delle probabilità dei singoli eventi.

43

P(di due tre)=

Regola del prodotto

1/6 x 1/6= 1/36

1/6

Qualè la probabilità che lanciando due dadi esca tre su tutti e due?

x

1/6

44

Regola della somma = la probabilità che si verifichino o l’uno o l’altro di due eventi mutualmente escludentesi è data dalla somma delle loro singole probabilità.

45

P(di due tre o di due quattro)=

Regola della somma

=1/36 + 1/36 =1/18

1/6 x 1/6

1/6 x 1/6

Qual’è la probabilità che lanciando due dadi escano O due tre O due quattro?

46

Ramificazioni per prevedere i rapporti genotipici derivanti da un incrocio AaBb x AaBb

¼ AA

½ Aa

¼ aa

¼ BB½ Bb

¼ bb

¼ BB½ Bb

¼ bb

¼ BB½ Bb

¼ bb

AABB 1/16

AAbb 1/16

AABb 1/8

AaBB 1/8

Aabb 1/8

AaBb 1/4

aaBB 1/16

aabb 1/16

aaBb 1/8

=32 =93n

Numero delle coppie geniche eterozigoti

47

¾ B-

¼ bb

¾ B-

¼ bb

A-B- 9/16

A-bb 3/16

aaBB 3/16

aabb 1/16

¾ A-

¼ aa

=22 =4

Ramificazioni per prevedere i rapporti fenotipici derivanti da un incrocio AaBb x AaBb

2n

Numero delle coppie geniche eterozigoti

48

½ A

½ a

½ B

½ b

½ B

½ b

AB 1/4

Ab 1/4

ab 1/4

aB 1/4

=22 =4

Ramificazioni per prevedere i gameti formati da un individuo AaBb

2n

Numero delle coppie geniche eterozigoti

49

liscio>rugosogiallo>verde

lisci gialli x F1 lisci gialliF1

lisci gialli F1

lisci verdi x rugosi gialli

F2315 lisci gialli108 lisci verdi101 rugosi gialli32 rugosi verdi

556 semi

50

lisci 315+108 = 432 ; rugosi 101+32 = 133

gialli 315+101 = 416; verdi 108+32 = 140

315 lisci gialli108 lisci verdi101 rugosi gialli32 rugosi verdi

556 semi

3 liscio : 1 rugoso rapporto

3 giallo : 1 verde rapporto

lisci/rugosi

gialli/verdi

51

3/4 lisci

3/4 gialli

1/4 verdi

1/4 rugosi

3/4 gialli

1/4verdi

lisci gialli 3/4 x 3/4 = 9/16

lisci verdi 3/4 x 1/4= 3/16

rugosi verdi 1/4 x 1/4= 1/16

rugosi gialli 1/4 x 3/4= 3/16

52

Analisi statistica: il test del chi-quadrato (2)

Serve a verificare se i risultati ottenuti in un dato esperimento si discostano dai

risultati attesi soltanto per effetto del caso

53

RrYy x rr yyLiscio giallo rugoso verde

142 lisci gialli (RrYy)

142 lisci verdi (Rryy)

142 rugosi gialli (rrYy)

142 rugosi verdi (rryy)

Tot. 568

Risultati attesi

154 lisci gialli

124 lisci verdi

144 rugosi gialli

146 rugosi verdi

Tot. 568

Risultati osservati

Ipotesi zero:

I geni assortiscono indipendentemente (rapporto 1:1:1:1)

54

La differenza osservata è casuale?

L’ipotesi zero è confermata?

55

Il metodo del chi quadro consente di determinare qual’è la probabilità che la discrepanza tra i risultati ottenuti in un

esperimento ed i risultati attesi sia dovuta al caso

Se questa probabilità è alta (rispetto ad una soglia di accettazione) allora l’ipotesi di

partenza è corretta, se la probabilità è piccola l’ipotesi va scartata

56Numero delle classi -1

Calcolo del chi quadrato

Per ogni classe, si calcola la differenza tra valore osservato ed atteso, la si eleva al quadrato, la si divide per il valore atteso, e infine si fa la somma dei risultati ottenuti per tutte le classi.

57

Soglia di

accettazione/rifiuto

58

1) Formulare un’ipotesi semplice su cui costruire un’attesa precisa

(Es Ipotesi zero: assortimento indipendente)

Procedura per effettuare il test del chi quadro

2) Calcolare il chi quadro

3) Stimare p()

4) Rifiutare o accettare l’ipotesi zero