Genetica: Lo studio dell’eredità

• Perché la progenie assomiglia ai genitori?

Genetica: lo studio dell’eredità

• Perché alcuni individui in una popolazione differiscono?

Genetica: lo studio dell’eredità

• Perché le specie cambiano nel tempo?

Genetica: lo studio dell’eredità

• Come vengono trasmessi alcuni caratteri?

polidattilia = dominante autosomica

Qual è il gene responsabile?

Applicazioni pratiche della genetica

1. La ricerca genetica ci aiuta a capire lo sviluppo, la biologia della cellula, la fisiologia , ecc

2. I test genetici predicono la tua probabilità di avere bambini conuna malattia ereditaria

3. La ricerca genetica può portare ad incrementare i raccolti

4. I test genetici sono usati in tribunale

5. Gli studi genetici aiutano a monitorare i cambiamenti nelle popolazioni naturali

Incroci controllati di palme da dattero

Gli incrociatori non si spiegavano perché alcuni caratteri

potevano a volte comparire per poi sparire alla generazione

successiva

• Cosa è ereditato?

• Come è ereditato?

• Qual è il ruolo del caso nell’ereditarietà

Stato della genetica ai primi dell’800

Gregor Mendel (1863)Gregor Mendel (1863)

Fig. 2.2

Giardino di Mendel nel monastero .

Gregor Mendel

Le idee sull’ereditarietà ai tempi di Mendel erano vaghe. Un’idea generale era che i caratteri vengono trasmessi dai genitori ai figli insieme e mischiati. Così l’informazione ereditata cambiava nella progenie, un’idea che Mendel trovava sbagliata. “ I caratteri” , o ciò che noi ora chiamiamo alleli venivano ereditati immutati. Questa osservazione e il modello di ereditarietà di questi caratteri portarono alla prima definizione di gene.

• La variabilità è diffusa in natura

• La variabilità è ereditata in accordo con le leggi genetiche e non distribuita a caso

• Le leggi di Mendel si applicano a tutti gli organismi che si riproducono sessualmente

Temi del lavoro di Mendel Temi del lavoro di Mendel

Piano sperimentale di Mendel

1. Buona scelta dell’organismo modello:

Il pisello da giardino (Pisum sativum)- cresce facilmente- si moltiplica facilmente- ha fecondazione incrociata e

autofecondazione

I piselli possono autofecondarsi

I piselli possono avere fecondazione incrociata

2. Studiò caratteri discreti

Piano sperimentale di MendelPiano sperimentale di Mendel

X

X

X X

X

X

Piano sperimentale di Mendel

3. Cominciò con linee pure

Piano sperimentale di Mendel

4. Analisi statistiche:• Lavorò con moltissime piante• Contò tutta la progenie• Fece previsioni e le testò

5. Eccellente sperimentatore• Controllò le condizioni di crescita• Scelse tratti facili da monitorare

(semi del pisello)

Incrocio monoibrido: Incrocio monoibrido: Cosa succede? Cosa succede?

?

XDominant

Recessive

Dominante

Recessivo

Tratti antagonistiTratti antagonisti

Trasmissione del colore del Trasmissione del colore del semeseme

cross-fertilize

self-fertilize

I caratteri hanno forme I caratteri hanno forme dominanti e recessivedominanti e recessive

SparisconoSpariscono i caratteri nella prima generazione (F1) e i caratteri nella prima generazione (F1) e ricompaiono in F2ricompaiono in F2

Il carattere haIl carattere ha due forme alternativedue forme alternative

Un carattere può Un carattere può scomparirescomparire con la fecondazione con la fecondazione incrociataincrociata

Il carattere che compare è Il carattere che compare è dominantedominante

Il carattere nascosto è Il carattere nascosto è recessivorecessivo

Autofecondazione della F2Autofecondazione della F2

Ciascun carattere porta Ciascun carattere porta due copie di allelidue copie di alleli,, una ereditata dalla madre e l’altra dal padreuna ereditata dalla madre e l’altra dal padre

La legge della segregazioneLa legge della segregazione: I due alleli di : I due alleli di ciascun carattere si separano durante la ciascun carattere si separano durante la formazione dei gameti e si combinano a caso formazione dei gameti e si combinano a caso nella fecondazionenella fecondazione

Le forme alternative del carattere Le forme alternative del carattere sono gli alleli sono gli alleli

Meccanismo della trasmissione Meccanismo della trasmissione geneticagenetica

Fecondazione: unione di alleli

Gametogenesi: gli alleli segregano

FenotipoFenotipo– caratteristica osservabile di – caratteristica osservabile di un organismo un organismo

GenotipoGenotipo – coppia di alleli presenti in – coppia di alleli presenti in un individuoun individuo

OmozigoteOmozigote– I due alleli del carattere – I due alleli del carattere sono uguali (YY)sono uguali (YY)

EterozigoteEterozigote– i due alleli del carattere – i due alleli del carattere sono differenti (Yy)sono differenti (Yy)

Genotipo e Fenotipo Genotipo e Fenotipo

Hai un singolo pisello giallo: COME FAI A SAPERE IL SUO GENOTIPO?

GG O Gv ?

TEST- CROSSINCROCIO COL DOPPIO RECESSIVO

Gv x vvGG x vvG G

v

v

Gv

GvGv

Gv v

v

Gv

vvGv

vv

G v

TUTTI GIALLI META’ GIALLI E META’ VERDI

Conclusioni di MendelConclusioni di Mendel

I I GENIGENI sono entità distinte che rimangono sono entità distinte che rimangono inalterate durante gli incroci.inalterate durante gli incroci.

Ciascuna pianta ha Ciascuna pianta ha due allelidue alleli per ogni per ogni gene.gene.

Gli alleli segregano in Gli alleli segregano in gametigameti in uguale in uguale proporzione.Ciascun gamete ha solo un proporzione.Ciascun gamete ha solo un alleleallele

Durante la Durante la fecondazionefecondazione il numero di il numero di alleli torna ad esserealleli torna ad essere due due

INCROCIO DIIBRIDOINCROCIO DIIBRIDO P1P1 BBRRBBRR x x bbrrbbrr

Neri/rugosiNeri/rugosi Bianchi/lisci Bianchi/lisci

GametiGameti

F1F1 BbRrBbRr Neri /rugosi Neri /rugosi

BR

br BbRr

BR br

PP22 BbRrBbRr xx BbRrBbRr Neri/rugosiNeri/rugosi Neri/rugosi Neri/rugosi

Gameti:Gameti: BR, Br, bR, brBR, Br, bR, br

BbRr BbRr BbRr BbRr

BR Br bR br

La spiegazione è nella MEIOSILa spiegazione è nella MEIOSI

B

R

b

r

B b

R r

B

R

b

r

B b

R r

B

R

b

r

B b

R r

B

R

b

r

B b

R r

I CROMOSOMI MIGRANO AI DUE POLI

B

R r

Bbb

Rr

B

R r

Bbb

Rr

FINE PRIMA MEIOSI

BB bbRR rr BB bb

RR rr

MEIOSI II

BR

b

r

B

b

R r

BR

b

r

B

b

R r

SI DIVIDONO I CROMATIDI

Generazione FGenerazione F2 2

BbRrBbRRBBRr

BBRRBrBR brbR

BR

br

BrbR

BBRr BBrr BbRr BbrrBbRR BbRr

Bbrr bbRr bbrrbbRR bbRr

BbRr

9 A_B_3 A_bb3 aaB_1 aabb

I FENOTIPI

PERCHE’

Ha fatto esperimenti con geni che si trovano su cromosomi diversi

Ha scelto caratteri con un rapporto di dominanza

Le sue leggi non valgono per tutti i casi di trasmissione di caratteriereditari

Dominanza incompletaDominanza incompleta Gli eterozigoti danno un Gli eterozigoti danno un

colore intermediocolore intermedio CodominanzaCodominanza

Gli eterozigoti esprimono Gli eterozigoti esprimono entrambi i caratteri entrambi i caratteri

Effetti ambientaliEffetti ambientali Il grado di espressione Il grado di espressione

dell’allele può dipendere dell’allele può dipendere dall’ambientedall’ambiente

Epistasi Epistasi Un gene interferisce con Un gene interferisce con

l’espressione di un altro genel’espressione di un altro gene

Oltre le leggi di MendelOltre le leggi di Mendel

Bocca di leone Fiori bianchi

Bocca di leone Fiori rossi

Bocca di leone Fiori rosa

rr RR Rr

Rr Rr

RR rr

RR RRRR RrRr

rr RrRr rrrrrosso rosa

rosa bianco

CodominanzaCodominanza - Nessun singolo allele è - Nessun singolo allele è dominante e ciascuno mostra il suo effetto.dominante e ciascuno mostra il suo effetto. Gruppi sanguigni ABO Gruppi sanguigni ABO

Gene umano che codifica per un enzima che Gene umano che codifica per un enzima che aggiunge molecole di zucchero ai lipidi sulla aggiunge molecole di zucchero ai lipidi sulla superficie dei globuli rossi superficie dei globuli rossi

IIBB aggiunge galattosio aggiunge galattosio IIA A aggiunge galattosammina aggiunge galattosammina i non aggiunge zucchero i non aggiunge zucchero

Alleli multipli: Gruppo ABO Alleli multipli: Gruppo ABO

Gli alleli multipliGli alleli multipli Dei piselli di Mendel abbiamo scelto caratteri con Dei piselli di Mendel abbiamo scelto caratteri con due allelidue alleli cioè con cioè con

due varianti geniche (liscio/rugoso, giallo/verdedue varianti geniche (liscio/rugoso, giallo/verde))

Nei gruppi sanguigni gli Nei gruppi sanguigni gli alleli sono tre (A,B,O)alleli sono tre (A,B,O)MaMa

NESSUNO PUO’ AVERE PIU’ DI DUE ALLELI DI UN GENENESSUNO PUO’ AVERE PIU’ DI DUE ALLELI DI UN GENEperchè due sono i cromosomi omologhiperchè due sono i cromosomi omologhi

In una popolazione sono presenti tutti gli alleliQuando questi sono più di due sono detti alleli multipli

ALLELI PER IL COLORE DEGLI OCCHI

PRESENTI IN UNA POPOLAZIONE

Il fenotipo di un individuo

dipende dalla coppiaallelica che viene ereditata

STATURA

INTELLIGENZA

CARATTERE

Gruppi sanguigni ABO Gruppi sanguigni ABO

Le mutazioni sono cambiamenti accidentali Le mutazioni sono cambiamenti accidentali nei geninei geni rare, casuali rare, casuali

I pedigrees sono usati per studiare l’ereditarietà I pedigrees sono usati per studiare l’ereditarietà

Emofilia Emofilia - Malattia congenita in cui il sangue ha - Malattia congenita in cui il sangue ha una coagulazione lenta o assente, recessivauna coagulazione lenta o assente, recessiva

Espressa solamente quando l’individuo non ha copie Espressa solamente quando l’individuo non ha copie dell’allele normale dell’allele normale

Emofilia Reale: legata al sesso Emofilia Reale: legata al sesso

PedigreesPedigrees

Pedigree dell’Emofilia RealePedigree dell’Emofilia Reale

L’anemia falciformeL’anemia falciforme è una malattia è una malattia ereditaria recessiva in cui gli individui malati ereditaria recessiva in cui gli individui malati hanno un’emoglobina difettosa, incapace di hanno un’emoglobina difettosa, incapace di trasportare efficacemente ossigeno ai tessuti trasportare efficacemente ossigeno ai tessuti . . Gli omozigoti hanno le cellule falciformi.Gli omozigoti hanno le cellule falciformi. Gli eterozigoti appaiono normali ma sono Gli eterozigoti appaiono normali ma sono

resistenti alla malaria. resistenti alla malaria.

Malattie genetiche dovute ad Malattie genetiche dovute ad un’alterazione proteicaun’alterazione proteica

Fibrosi cisticaFibrosi cistica Le cellule del corpo secernono muco che Le cellule del corpo secernono muco che

ostruisce le vie respiratorie del polmoneostruisce le vie respiratorie del polmonedifetto nel gene difetto nel gene cfcf

I ricercatori stanno lavoranndo sulla trasmissione I ricercatori stanno lavoranndo sulla trasmissione di una copia funzionante del gene di una copia funzionante del gene cfcf usando virus usando virus

Malattie curabili con la Malattie curabili con la Terapia GenicaTerapia Genica

Un carattere determinato da un gene in un Un carattere determinato da un gene in un cromosoma sessuale è detto cromosoma sessuale è detto associato al associato al sesso.sesso. In In DrosophilaDrosophila, il sesso è determinato dal , il sesso è determinato dal

numero di copie del cromosoma xnumero di copie del cromosoma x

I caratteri mendeliani si assortiscono I caratteri mendeliani si assortiscono indipendentemente perché i cromosomi si indipendentemente perché i cromosomi si assortiscono indipendentemente assortiscono indipendentemente

Cromosomi ed Ereditarietà Cromosomi ed Ereditarietà

PREMIO NOBEL PER LA MEDICINA (1933)

Contribuì a rendere evidente che i cromosomi sono la sede dei

fattori ereditari mendeliani

Il comune moscerino della frutta

GRANDE MODELLO PER LA GENETICA

-Prolifico ( ogni incrocio produce 100 individui)- Rapido tempo di ricambio generazionale-Cromosomi grandi ed evidenti (visibili al microscopio ottico)-Quattro paia di cromosomi (3 autosomi e 1 paio di cromosomi sessuali)

Morgan per primo osservò e chiamòMorgan per primo osservò e chiamò Fenotipi normali o Fenotipi normali o selvaticiselvatici che erano comuni nella che erano comuni nella

popolazionepopolazione Caratteri alternativi al fenotipo selvaticoCaratteri alternativi al fenotipo selvatico

Vengono chiamati fenotipi Vengono chiamati fenotipi mutantimutanti

Basi cromosomiche dell’ereditarietà

MASCHI occhi bianchi X FEMMINE occhi rossi

F1) TUTTI OCCHI ROSSI

F2 ) 3:1 ROSSI:BIANCHI, ma solo i maschi hanno occhi bianchi

Prove per la base cromosomica dell’erediterietà

Conclusioni di Morgan :

Sex Linkage in Sex Linkage in DrosophilaDrosophila

La mutazione “occhi bianchi”La mutazione “occhi bianchi”era sul cromosoma Xera sul cromosoma X

XX

XY XY

XY

XY

XX XXXX

XX

XXXY

Mutazione che dava occhi bianchi

XX XXXX XXXX XXXXYY XYXY XYXY

XX x XY

TUTTI OCCHI ROSSI

F1

Torna il rapporto 3:1 ma…Torna il rapporto 3:1 ma…

F1 X F1

XX X XY

XX XX

XX XXXX XXXX

YY XYXY XXYY

Rossi :bianchi3:1

MA

Tutti i bianchi sono maschi

Conclusioni di MorganConclusioni di Morgan

Il gene per il colore degli occhi sta sul cromosomaIl gene per il colore degli occhi sta sul cromosoma X X

Il carattere è recessivoIl carattere è recessivo

Il fenotipo bianco si manifesta anche con un solo allele ( e non Il fenotipo bianco si manifesta anche con un solo allele ( e non in omozigosi come i casi precedenti) nei maschi che hanno in omozigosi come i casi precedenti) nei maschi che hanno UN UN SOLO CROMOSOMA X (EMIZIGOSI)SOLO CROMOSOMA X (EMIZIGOSI)

Il carattere “colore degli occhi” in Drosophila è legato al sessoIl carattere “colore degli occhi” in Drosophila è legato al sesso

I CROMOSOMI SESSUALI NON DETERMINANO SOLO IL SESSO

Caratteri legati al sessonegli esseri umani

• Daltonismo: i colori vengono confusi,soprattutto il rosso col verde.

Cr 3

Gene per coni blu

Cr X

Gene per coni rossi

Gene per coniverdi

UNO DEI DUEE’ MUTATO NEL

DALTONICO

La mutazione è recessiva ma si manifesta in EMIZIGOSI

I portatori sani

XY maschio daltonico EMIZIGOSI

XX Femmina portatrice sana ETEROZIGOSI

XX Femmina daltonica OMOZIGOSI

Provate a fare questi incroci

maschio daltonico X femmina sana

Femmina portatrice X maschio sano

Femmina daltonica X maschio sano

Femmina daltonica X maschio daltonico

Tutti questi caratteri sono localizzatisulla stessa coppia cromosomica

Cosa succede a questigeni durante la meiosi?

Vengono trasmessi insieme

Ali lunghe Ali vestigiali

Corpo grigio Corpo nero

Sono cioè concatenati (linkage)

Scriviamo i gameti

• Scrivere tutti i gameti dei seguentiindividui sapendo che gli alleli rossi sonoin linkage

AABbCCDdESEMPIO ABCD

AbCD AbCd

ABCd

AaBBCcDd

AaBbCcDD

I geni in linkage possonoanche separarsi

Come?Qual è quell’evento relativo alla meiosi che

può separare due geni localizzati sullostesso cromosoma?

QuickTime™ e undecompressore

sono necessari per visualizzare quest'immagine.

CROSSING-OVER

a a

b b

A A a a A A

bB B B b B

QUESTI CROMATIDI SISEPARANO DURANTE LA

SECONDA FASE DELLA MEIOSI

Cromatidiricombinanti

X

X

X

X

X

Più i geni sono distanti, piùprobabile è un crossing-over

che li separi,e quindi tanto maggiore sarà il numero di

RICOMBINANTI

Dalla frequenza deiRICOMBINANTI si può

dedurre la distanza genica

Cioè costruire unaMAPPA GENETICA

aABbcCGENOTIPO

GAMETI senza ricombinazione

GAMETI conricombinazione

aABbcCGENOTIPO

GAMETI senza ricombinazione

GAMETI conricombinazione

ABc aBc AbCabc

aBcaBCAbcAbC

ABcABCabcabC

Ricombinazione GeneticaRicombinazione Genetica

Crossing overCrossing over I geni più distanti tra loro hanno più I geni più distanti tra loro hanno più

chance di ricombinare rispetto a quelli chance di ricombinare rispetto a quelli vicinivicini

La frequenza di cross over può essere La frequenza di cross over può essere usata per costruire una mappa geneticausata per costruire una mappa genetica..

Viene misurata la distanza tra due geni in termini di Viene misurata la distanza tra due geni in termini di frequenza di ricombinazionefrequenza di ricombinazione

Scriviamo i gametiScriviamo i gameti

Scrivere tutti i gameti dei seguenti Scrivere tutti i gameti dei seguenti individui sapendo che gli alleli rossi individui sapendo che gli alleli rossi sono in sono in linkagelinkageAABbCCDdESEMPIO ABCD

AbCD AbCd

ABCd

AaBBCcDd

AaBbCcDD

Cromosomi UmaniCromosomi Umani

Le cellule somatiche umane hanno Le cellule somatiche umane hanno normalmente 23 paia di cromosominormalmente 23 paia di cromosomi . .

22 paia di autosomi22 paia di autosomi

1 paio di cromosomi sessuali1 paio di cromosomi sessualiXX = FemminaXX = FemminaXY = MaschioXY = Maschio

Cromosomi Umani Cromosomi Umani Uno dei due cromosomi x nelle donne viene Uno dei due cromosomi x nelle donne viene

inattivato nello sviluppo embrionaleinattivato nello sviluppo embrionale Visibile come un corpo scuro detto Visibile come un corpo scuro detto corpo di Barr corpo di Barr

attaccato alla membrana nucleareattaccato alla membrana nucleare

Alterazioni nel numero di cromosomi

Il fallimento dei cromosomi nella corretta separazione della meiosi I o II è detta primaria non disgunzione– La sindrome di Down è causata dalla trisomia 21

1 in 1700 per madri < 20.1 in 1400 per madri >20<30.1 in 750 per madri >30<35.1 in 16 per madri >45.

Non disgiunzione nei cromosomi sessuali

Cromosoma X– XXX or XXY sindrome di Klinefelter – XO sindrome di Turner

Y Chromosome– XYY - sindrome di Jacob

Non disgiunzione