18/03/13

1

Accademia Gioenia Catania, 19 marzo 2013

Salvatore Saccone!Università degli Studi di Catania!

saccosal@unict.it

Le basi genetiche della diversità

Laboratorio

Valutazione qualitativa e quantitativa della

diversità biologica

all’interno della classe

Variabilità morfologica

Correlazione Genotipo/Fenotipo

fenotipo verde

(recessivo)

gg Gg ? GG ?

fenotipo giallo

(dominante)

Quale genotipo?

I rapporti di dominanza tra alleli

Uguale fenotipo

A a dominanza completa

AA aa Aa

I rapporti di dominanza tra alleli

A a dominanza incompleta

AA aa Aa Fenotipo intermedio tra AA e aa

18/03/13

2

I rapporti di dominanza tra alleli

a1 a2 co-dominanza

a1a1 a2a2 a1a2

Fenotipo di “a1” e di “a2”

Sistema MN

M N alleli fenotipo verde

(gg) fenotipo giallo

(GG e Gg)

genotipi MM

NN

MN

fenotipi

Bocca di leone

Laboratorio

Valutazione qualitativa e quantitativa della diversità biologica osservabile negli studenti

Scelta del metodo 1. Identificazione di un certo numero di caratteri polimorfici

2. Compilazione da parte di ciascuno studente di una scheda in cui indicherà la presenza o l’assenza di un fenotipo

3. Raccolta di tutti i dati: a) identificazione delle frequenze dei singoli alleli b) analisi statistica dei dati ottenuti c) calcolo del grado di diversità fenotipica tra gli individui

Lobo dell’orecchio Staccato (D) Attaccato (r)

Fossette nelle guance (D)

Attaccatura dei capelli

a “V” (D)

non a “V” (r)

Piegatura del pollice di 45°C

dritto (D) piegato (r)

Lentiggini (D)

Mignoli non paralleli (D) Ritrosa dei capelli

senso orario (D) senso antiorario (r)

All’insù Aquilino Greco Romano

Naso romano (D)

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3

Fossetta nel mento (D) Studente n. ………..

Carattere Alle

li

Fenotipiil tuo

fenotipoil tuo

genotipo

1 Lobo orecchio O Staccatoo Attaccato

2 Fossette guance G Presentig Assenti

3 Attaccatura capelli C A "V"c Non a" V"

4 Piegatura pollice P Drittop Piegato

5 Efelidi E Presenzae Assenza

6 Mignoli M Non parallelim Paralleli

7 Ritrosa capelli R Senso orarior Senso antiorario

8 Fossetta nel mento F Presenzaf Assenza

9 Forma naso N Romanon Dritto

Scheda studenti

Studenti rilevati n. 30

Carattere Alle

li

Fenotipi n. di casifrequenza fenotipica Genotipi

1 Lobo orecchio O Staccato 11 0,37 OO o Ooo Attaccato 19 0,63 oo

2 Fossette guance G Presenti 7 0,23 GG o Ggg Assenti 23 0,77 gg

3 Attaccatura capelli C A "V" 8 0,27 CC o Ccc Non a" V" 22 0,73 cc

4 Piegatura pollice P Dritto 10 0,33 PP o Ppp Piegato 20 0,67 pp

5 Efelidi E Presenza 6 0,20 EE o Eee Assenza 24 0,80 ee

6 Mignoli M Non paralleli 16 0,53 MM o Mmm Paralleli 14 0,47 mm

7 Ritrosa capelli R Senso orario 18 0,60 RR o Rrr Senso antiorario 12 0,40 rr

8 Fossetta nel mento F Presenza 9 0,30 FF o Fff Assenza 21 0,70 ff

9 Forma naso N Romano 9 0,30 NN o Nnn Dritto 21 0,70 nn

Studenti rilevati n. 30

Carattere Alle

li

Fenotipi n. di casifrequenza fenotipica

1 Lobo orecchio O Staccato 11 0,37o Attaccato 19 0,63

2 Fossette guance G Presenti 7 0,23g Assenti 23 0,77

3 Attaccatura capelli C A "V" 8 0,27c Non a" V" 22 0,73

4 Piegatura pollice P Dritto 10 0,33p Piegato 20 0,67

5 Efelidi E Presenza 6 0,20e Assenza 24 0,80

6 Mignoli M Non paralleli 16 0,53m Paralleli 14 0,47

7 Ritrosa capelli R Senso orario 18 0,60r Senso antiorario 12 0,40

8 Fossetta nel mento F Presenza 9 0,30f Assenza 21 0,70

9 Forma naso N Romano 9 0,30n Dritto 21 0,70

Studenti rilevati n. 30

Carattere Alle

li

Fenotipi n. di casi

1 Lobo orecchio O Staccato 11o Attaccato 19

2 Fossette guance G Presenti 7g Assenti 23

3 Attaccatura capelli C A "V" 8c Non a" V" 22

4 Piegatura pollice P Dritto 10p Piegato 20

5 Efelidi E Presenza 6e Assenza 24

6 Mignoli M Non paralleli 16m Paralleli 14

7 Ritrosa capelli R Senso orario 18r Senso antiorario 12

8 Fossetta nel mento F Presenza 9f Assenza 21

9 Forma naso N Romano 9n Dritto 21

! !

Godfray Hardy (1877-1947) Wilhelm Weinberg (1862-1937) Matematico inglese Fisico tedesco

p2 + 2pq + q2 = 1 Equilibrio di Hardy - Weinberg

Studenti rilevati n. 30

Carattere Alle

li

Fenotipi n. di casifrequenza fenotipica Genotipi A

lleli

q p1 Lobo orecchio O Staccato 11 0,37 OO o Oo O p 0,20

o Attaccato 19 0,63 oo o q 0,802 Fossette guance G Presenti 7 0,23 GG o Gg G p 0,12

g Assenti 23 0,77 gg g q 0,883 Attaccatura capelli C A "V" 8 0,27 CC o Cc C p 0,14

c Non a" V" 22 0,73 cc c q 0,864 Piegatura pollice P Dritto 10 0,33 PP o Pp P p 0,18

p Piegato 20 0,67 pp p q 0,825 Efelidi E Presenza 6 0,20 EE o Ee E p 0,11

e Assenza 24 0,80 ee e q 0,896 Mignoli M Non paralleli 16 0,53 MM o Mm M p 0,32

m Paralleli 14 0,47 mm m q 0,687 Ritrosa capelli R Senso orario 18 0,60 RR o Rr R p 0,37

r Senso antiorario 12 0,40 rr r q 0,638 Fossetta nel mento F Presenza 9 0,30 FF o Ff F p 0,16

f Assenza 21 0,70 ff f q 0,849 Forma naso N Romano 9 0,30 NN o Nn N p 0,16

n Dritto 21 0,70 nn n q 0,84

Frequenza genotipo dominante: AA = p x p = p2

Frequenza genotipo eterozigote: Aa = 2 x p x q

Frequenza genotipo recessivo: aa = q x q = q2

p = 1 - q q = fr. fenotipo recessivo

Studente n. 1

Carattere Alle

li

Fenotipiil tuo

fenotipofrequenza fenotipica Probabilità complessiva

Probabilità complessiva

1 Lobo orecchio O Staccato si 0,37 0,37 0,370000o Attaccato 0,63

2 Fossette guance G Presenti 0,23g Assenti si 0,77 0,37 x 0,77 0,283667

3 Attaccatura capelli C A "V" si 0,27 0,37 x 0,77 x 0,27 0,075644c Non a" V" 0,73

4 Piegatura pollice P Dritto 0,33p Piegato si 0,67 0,37 x 0,77 x 0,27 x 0,67 0,050430

5 Efelidi E Presenza si 0,20 0,37 x 0,77 x 0,27 x 0,67 x 0,20 0,010086e Assenza 0,80

6 Mignoli M Non paralleli si 0,53 0,37 x 0,77 x 0,27 x 0,67 x 0,20 x 0,53 0,005379m Paralleli 0,47

7 Ritrosa capelli R Senso orario si 0,60 0,37 x 0,77 x 0,27 x 0,67 x 0,20 x 0,53 x 0,60 0,003227r Senso antiorario 0,40

8 Fossetta nel mento F Presenza 0,30f Assenza si 0,70 0,37 x 0,77 x 0,27 x 0,67 x 0,20 x 0,53 x 0,60 x 0,70 0,002259

9 Forma naso N Romano si 0,30 0,37 x 0,77 x 0,27 x 0,67 x 0,20 x 0,53 x 0,60 x 0,70 x 0,30 0,000678n Dritto 0,70

Probabilità che ha lo studente 1 di incontrare un altro individuo con i suoi stessi nove fenotipi

0,068%

Ogni studente dovrà calcolare la probabilità che (secondo la legge del caso) si ritrovino i caratteri da lui presentati semplicemente calcolando la probabilità del fenotipo complessivo.

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4

Conclusione del Laboratorio

L’analisi dei dati ci consente di stimare che, nella popolazione (classe), la probabilità di incontrare un individuo con gli stessi 9 caratteri dello studente 1 è

dello 0,07%

Se consideriamo che i caratteri fenotipici sono migliaia la probabilità di trovare individui uguali è

praticamente nulla

UNICITA’ DI CIASCUN INDIVIDUO Variabilità molecolare

SNP (Single Nucleotide Polymorphisms)

Almeno 3 milioni di SNP nel genoma umano

RFLP Restriction Fragment Lenght Polymorphysms

Polimorfismi del DNA identificabili mediante amplificazione (PCR) della regione interessata

e successiva digestione enzimatica

100 60 40

Direzione di migrazione del DNA

DNA non

tagliato DNA

tagliato --GAATTC--!--CTTAAG--!

--GCATTC--!--CGTAAG--!

--GAA!--CTT! TTC--!

AAG--!

--GCATTC--!--CGTAAG--!

Ogni individuo ha due alleli

(uguali o diversi) localizzati nei cromosomi

omologhi

Omozigote dominante Eterozigote Omozigote recessivo

Polimorfismo RFLP: primers XX + EcoRI

a A

2 1 4 3

100 200 300

400

500

M C* C

Alle

le

A

Alle

le

a

Ind. 1: genotipo aa Ind. 2: genotipo Aa Ind. 3: genotipo AA Ind. 4: genotipo Aa

Determinazione del genotipo mediante RFLP 3

10

6

6

STR Short Tandem

Repeats

acagacagacag 4 nt

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5

2 1

?

Tipizzazione del DNA nel test di paternità

Sonda per un polimorfismo multiallelico

F(a1) = 0,32

F(a2) = 0,12

F(a3) = 0,08

a1

a2

a3

1 3 5 7

9 11 13 15 17 19

.

Caratteristiche dei loci STR del sistema CODIS (COmbined DNA Identification System)

locus localizzazione GenBank eterozigosità "H" PIC Potere

Discriminativo

TPOX 2p23-2pter M6851 0,677 0,599 0,408D3S1358 3p 0,846 0,752 0,576

FGA 4q28 M64982 0,816 0,857 0,725CSF1PO 5q33.3-34 X14720 0,722 0,673 0,482D5S818 5q23.3-32 G08446 0,736 0,659 0,457D7S820 7q G08616 0,696 0,763 0,597

D8S1179 8 AF250877 0,831 0,810 0,669THO1 11p15 D00269 0,779 0,759 0,587VWA 12p12-pter M25858 0,788 0,758 0,636

D13S317 13q22-31 AF250876 0,707 0,748 0,581D16S359 16q22-24 AF249681 0,757 0,704 0,522D18S51 18q21.3 L18333 0,847 0,850 0,728D21S11 2 1 M84567 0,851 0,833 0,703

STR alleli identificabili (n. di ripetizioni) al.1 al.2 fr.1 fr.2 fr. 1/2 fr. Totale

D8S1179 8 - 9 - 10 - 11 - 12 - 13 - 14 - 15 - 16 - 17 - 18 - 1912 14 0,14 0,23 0,0644 0,064400000000000000000000000000

D21S11 24 - 24,2 - 25 - 26 - 27 - 28 - 28,2 - 29 - 29,2 - 30 - 30,2 - 31 - 31,2 - 32 - 32,2 - 33 - 33,2 - 34 - 34,2 - 35 - 35,2 - 36 - 37 - 38

27 31 0,03 0,045 0,0027 0,000173880000000000000000000000

D7S820 6 - 7 - 8 - 9 - 10 - 11 - 12 - 13 - 14 - 157 12 0,02 0,16 0,0064 0,000001112832000000000000000000

CSF1P0 6 - 7 - 8 - 9 - 10 - 11 - 12 - 13 - 14 - 1510 13 0,28 0,04 0,0224 0,000000024927436800000000000000

D3S1358 12 - 13 - 14 - 15 - 16 - 17 - 18 - 1914 14 0,07 0,07 0,0049 0,000000000122144440320000000000

THO1 4 - 5 - 6 - 7 - 8 - 9 - 9,3 - 10 - 11 - 13,38 9 0,14 0,18 0,0504 0,000000000006156079792128000000

D13S317 8 - 9 - 10 - 11 - 12 - 13 - 14 - 159 12 0,1 0,28 0,0560 0,000000000000344740468359168000

D16S539 5 - 8 - 9 - 10 - 11 - 12 - 13 - 14 - 1510 13 0,05 0,18 0,0180 0,000000000000006205328430465030

D2S1338 15 - 16 - 17 - 18 - 19 - 20 - 21 - 22 - 23 - 24 - 25 - 26 - 27 - 28 19 24 0,11 0,08 0,0176 0,000000000000000109213780376184

D19S433 9 - 10 - 11 - 12 - 12,2 - 13 - 13,2 - 14 - 14,2 - 15 - 15,2 - 16 - 16,2 - 17 - 17,2 11 15 0,01 0,06 0,0012 0,000000000000000000131056536451

VWA 11 - 12 - 13 - 14 - 15 - 16 - 17 - 18 - 19 - 20 - 21 - 22 - 23 - 24 14 16 0,08 0,25 0,0400 0,000000000000000000005242261458

TPOX 5 - 6 - 7 - 8 - 9 - 10 - 11 - 12 - 138 9 0,55 0,11 0,1210 0,000000000000000000000634313636

D18S52 7 - 9 - 10 - 10,2 - 11 - 12 - 13 - 13,2 - 14 - 14,2 - 15 - 16 - 17 - 18 - 20 - 21 - 22 - 23 - 24 - 25 - 26 - 27 12 18 0,12 0,06 0,0144 0,000000000000000000000009134116

D5S818 7 - 8 - 9 - 10 - 11 - 12 - 13 - 14 - 15 - 1611 13 0,38 0,15 0,1140 0,000000000000000000000001041289

FGA 17 - 18 - 19 - 20 - 21 - 22 - 23 - 24 - 25 - 26 - 26,2 - 27 - 28 - 29 - 30 - 30,2 - 31,2 - 32,2 - 33,2 - 42,2 - 43,2 - 44,2 - 45,2 - 46,2 - 47,2 - 48,2 - 50,2 - 51,2 20 25 0,13 0,08 0,0208 0,000000000000000000000000021659