Individuazione edanalisi dellemutazioni

Germinaletrasmessa attraverso

le generazioni

gamete1 individuo mutato

staminaleMolti individui

mutati

SomaticaEreditata solo dai

discendenti di una cellula

La mutazione è un cambiamentoereditabile del materiale genetico

L’utilità delle mutazioni

•per studiare il processo della mutazione inquanto tale

•per dissezionare geneticamente i processibiologici (isolare i geni coinvolti in un dato

processo biologico)

La genetica formale

La biologia molecolare

studia i geni dall’esterno

consente di dedurre lefunzioni selvatiche deigeni dall’analisi difenotipi mutanti

studia i geni a livello del DNA

verifica le ipotesi fattecon la genetica formalesul ruolo dei geni

Differenza tra genetica e biologia molecolare

I tipi di mutazioni

• mutazioni morfologiche

• mutazioni letali

• mutazioni condizionali

• mutazioni biochimiche

• mutazioni con perdita di funzione

• mutazioni con acquisto di funzione

Mutazioni morfologichealterano le caratteristiche esteriori di unorganismo come la forma, il colore, ledimensioni.

Mutazioni letalimutazioni in geni essenziali che provocano lamorte degli individui

Mutazioni condizionaliUn mutante condizionale presenta il fenotipo mutante

solo in un ambiente particolare (condizione restrittiva),mentre presenta il fenotipo selvatico in un ambiente

diverso (condizione permissiva)Mutanti temperatura-sensibili

Mutazioni biochimicheAlterano la capacità di un organismo di sintetizzare una

particolare molecola essenziale per la crescitaMutanti auxotrofi

incapaci di crescere su terreno minimoFacilmente identificabili nei microrganismi (E.coli) e lievito

mutazione nulla (con perdita di funzione) m

mutazione con parziale perdita di funzione m1

mutazione con acquisto di funzione M

Mutazioni con perditadi funzione

Mutazioni con acquisto di funzione

Ipomorfe o nulle

neomorfe

mutazione in avanti = cambiamento che porta un alleleverso una forma diversa da quella selvatica

reversione= cambiamento che ripristina il fenotiposelvatico

Mutazione e retromutazione

retromutazione o soppressione

stesso gene

sequenza originariaaltro gene o siti diversidello stesso gene separabili

transizioni = sostituzioni di unapurina con un’altra purina o di unapirimidina con un’altra pirimidina

transversioni = sostituzioni di unapurina con una pirimidina e viceversa

Mutazioni geniche (puntiformi)

Tipi di mutazione:

Come si originano lemutazioni?

•Errori nella replicazione del DNA

•Cambiamenti chimici spontanei

•Elementi genetici trasponibili

Errori nelle replicazione del DNA

Ogni base può comparire con forme isomeriche diversechiamate tautomeri che differiscono rispetto alle posizionidegli atomi e dei legami atomici. Queste forme possonoformare appaiamenti illeggittimi (es. A-C)

Durante la replicazione del DNA appaiamenti erratipossono creare mutazioni per sostituzione di coppie dibasi

Cambiamentichimici spontanei

Gli elementi trasponibili o trasposoni sono sequenze che sispostano da un sito genomico ad un altro. Di conseguenzapossono causare mutazione nei siti in cui si inseriscono

In Drosophila alcuni trasposoni (P ed I) possono esseremobilizzati mediante opportuni incroci genetici.

I Trasposoni

Tasso di mutazione = numero delle mutazioni che siverificano in una certa unità di tempo

Frequenza di mutazione = frequenza con cui una specificamutazione compare in una popolazione di cellule o individui (lapopolazione può essere costituta da gameti o qualsiasi altrotipo cellulare)

L’ambiente induce specifiche mutazioni o le seleziona?Esempi: Biston betularia e resistenza agli antibiotici o ai

virus

Dannose, ma non sempreFonte di variabilita’ essenziale per l’evoluzione

Da Lamarck a Darwin….

La resistenza

Infezione di E. coli col fago T1 provoca la lisi della maggiorparte delle cellule. Solo le cellule che hanno acquisitoresistenza nei confronti del fago non vengono lisate.

La resistenza si acquisisce spontaneamente o è

indotta dall’esposizione al fago?

Esperimenti di Lederberg utilizzando il sistema del replica-plating (1952)

Batteri piastrati su terreno solidominimo addizionato di arginina formanocolonie. Si fa una replica suterreno minimo (non contenente arginina)e si paragonano le colonie con la piastramadre

Le colonie assenti sulla replicama presenti sulla piastra madre saranno imutanti arg-

Tecnica del replica plating

I mutanti erano presenti già prima della esposizione al fago ?

(Lederberg 1952)

Le colonie mutanti erani già presenti sulla piastra madre

Se le mutazioni si fossero verificatedopo l’esposizione al fago ogni replica

sarebbe stata diversa quanto adistribuzione delle colonie resistenti

usare sistemi selettivi (tecniche realizzate perfacilitare l’isolamento di tipi mutanti desiderati dalresto degli individui)

elevare il tasso di mutazione con l’uso di mutageni

Le mutazioni sono rare pertanto occorre unastrategia per metterle in evidenza

HJ Muller nel 1928 costruì un particolaretipo di cromosoma X che consentiva dimettere in evidenza mutazioni letalirecessive spontanee ad esso legate.

Il cromosoma ClB contiene un’inversioneche sopprime il crossing over (C), unamutazione letale recessiva (l) e ilmarcatore fenotipico dominante Bar (B).

Inversione Cletale Bar

Il cromosoma ClB di Drosophila

Il comportamentodei letali X-linked

Il cromosoma ClB è uncromosoma bilanciatore!

Comefunziona

il ClB

Muller trovò una frequenza di mutazionespontanea di 1,5 per 1000 cromosomi. Peraumentare questa frequenza irradiò con i

raggi X (1000 roentgen) i maschi e trovò unafrequenza dell’ 1,7%

Relazione lineare tra la dose dei raggi X somministrata inDrosophila e la % di mutazioni letali recessive associate alsesso

Non esiste una dose diradiazioni che non produce

mutazioni!

dose di radiazioni

% d

i mut

azio

ni

I MUTAGENI

radiazioni ionizzanti (raggi cosmici. raggiX, raggi γ)

radiazioni ultraviolette

Mutageni chimici

analoghi delle basi (5-Bromouracile)

agenti che modificano le basi: agenti deaminanti (acidonitroso); agenti idrossilanti (idrossilammina); agentialchilanti (EMS, MMS).

agenti intercalanti (acridina orange, proflavina,bromuro di etidio)

Mutageni fisici

Incorporazione di analoghi delle basi

Il 5-Bromouracile è un analogo della Timina con un atomodi Bromo al posto di un CH3. Passa frequentemente allaforma enolica e si appaia con la Guanina

La 2-amminopurina è un analogo della Adenina. Siappaia con la Timina . Se è protonata si appaia conla Citosina

Gli agenti alchilanti (Etilmenansulfonato,Metilmentansulfonato e Nitrosoguanidina) modificano le basiaggiungendo gruppi alchilici

Agenti intercalanti

provocano l’inserzione o la delezione di una base

Nelle cellule ci sono sistemienzimatici che riparano i danni subiti

dal DNA

Alcune malattie sono attribuite adifetti di riparazione del DNA

L’enzima fotoliasi in presenza di luce ripara il danno

Riparazione dei dimeri di Timinacausata da raggi UV

Riparazione diretta

Le alchiltransferasi rimuovono i gruppi alchiliciaddizionati dai mutageni

Riparazione diretta

Riparazione per escissione

1. rottura di un legamefosforico (endonucleasi)

2. escissione di un trattodi DNA

3. sintesi riparativa(DNA polimerasi)

4. saldatura delleestremita ad opera diuna ligasi

Riparazione ricombinativa