Interazioni geniche

Mendel

1 gene -> 2 alleli -> 2 fenotipi

Complicazioni1)1 gene-> diversi alleli-> diversi fenotipi

2)Diversi geni -> 1 fenotipo

I geni possono esistere in forme alleliche differenti

Ogni allele puo’ contribuire in modo differente al fenotipo

Allele dominante e recessivo-> semplificazione

c+Selvatico o wild-type

Forma del gene non mutato che codifica per una funzione genetica normale. Generalmente, ma non sempre è un allele dominante

cch

ch

c

Alleli multipliI geni si possono manifestare sotto forma di piu’ di 2

varianti alleliche

^

^

^

Effetto della temperatura sull’espressione genica

Il gene c+ selvatico permette l’espressione del colore, mentre i mutanti di c inibiscono il colore solo in omozigosi

30°C

25°C

25°C

c mutanti temperatura sensibili, inattivi a 30°C e attivi a 25°C

Tipi di interazioni

•Tra alleli di uno stesso gene

•Tra alleli di geni differenti

Dominanza incompleta

In eterozigosi il fenotipo e’ intermedio fra i 2 omozigoti

L’allele W e’ parzialmente dominante o semidominante

Allele dominante-> si manifesta con lo stesso fenotipo in omozigosi e in eterozigosi (AA, Aa)

1

2

1

rapporto

Dominanza incompleta

Dominanza completa: stesso fenotipo sia negli omozigoti dominanti sia negli eterozigoti. Due allelideterminano due fenotipi. La F1 mostra il fenotipo di una delle due linee pure, nella F2 il rapporto fenotipico è 3:1

Dominanza incompleta: il fenotipo dell’eterozigote èintermedio tra quelli dei due omozigoti. Due allelideterminano tre fenotipi.Nella F2 il rapporto fenotipico non è più 3:1, ma diventa 1:2:1

Spiegazione molecolare

2x 1x 0

Aploinsufficienza

Insufficiente quantità di prodotto genico causata da una mutazione in eterozigosi. La mutazione è di tipo allele amorfo o ipomorfo e colpisce geni per i quali il 50% di prodotto genico non è abbastanza per garantirne la funzione. Nella maggior parte dei casi un dosaggio preciso è richiesto ai fattori di trascrizione e alle molecole di segnale espressi nel corso dello sviluppo

una sola copia selvatica del gene non è sufficiente affinché si abbia uno sviluppo normale

Individui +/- ELN (gene dell’elastina)

Stenosi aorticasopravalvolare, restringimento

dell’aorta

Aplosufficienza

Il prodotto genico è

sufficiente a garantire un

fenotipo normale, anche se presente in singola dose

Up-regolazione del gene funzionale

Codominanza

Ad ogni essere umano appartiene un preciso gruppo sanguigno, distinto in base alla presenza o meno, sul globulo rosso, di determinate sostanze dette antigeni. I primi antigeni identificati sono quelli del sistema noto come AB0 (A, B, Zero).

Gene con 3 alleli:

IA

IB

iamorfo

L’eterozigote manifesta i fenotipi di entrambi gli omozigoti.

Esempio: il sistema del gruppo sanguigno umano AB0

Zuccheri sulla sostanza H

In un reparto di maternità accidentalmente vengono confusi quattro bambini.

Fortunatamente si conosceva il gruppo sanguigno ABO dei quattro bambini:

Andrea 0Filippo AGiovanni BDavide AB

Viene determinato a quale gruppo sanguigno appartengono le quattro coppie di genitori e risulta:1.AB x O (G)2.A x O (F)3.A x AB (D)4.O x O (A)

Alleli letali

AgoutiA+/A+

Giallo AY/A+

1:1

eterozigote

A+/A+

AY/A+

Giallo e’.dominante su wty>+.eterozigote

Schema incrocio topo giallo x topo wt

+++++

y+y+y

y+y+y++

y+

+/+ x y/?

no

Y>+

Il topo giallo e’ un eterozigote

Rapporti mendeliani atipici

2/3 gialli

1/3 +/+ genotipoAy/Ay

Letale embrionale

L’allele Ay influenza 2 caratteri

- Colore del mantello (Y dominante su +)

- Vitalita’ (Y recessivo su +)

Alleli pleiotropici

Gatto di ManEterozigoti per un allele dominante che provoca assenza di coda e che in omozigosi e’ letale

Alleli complementari

Gene A Gene B

enzima1 enzima2

precursore intermedio Pigmento blu

mutazione mutazione

No pigmento No pigmento

AaBb x AaBb

aabbaaBbAabbAaBbab

aaBbaaBBAaBbAaBBaB

AabbAaBbAAbbAABbAb

AaBbAaBBAABbAABBAB

abaBAbAB

autofecondazione

Rapporto

9:7blu:bianchi

Colore blu

AABB oAaBb

Come possiamo scoprire quanti geni sono coinvolti in un

particolare processo biologico o nella specificazione di un

carattere?

Test di complementazione

Complementazione

Produzione del fenotipo selvatico attraverso incroci

tra mutanti

Colore blu +/+

Gene w1

Gene w2Radiazioni mutagene

Mutantilinee pure

Mutante 1 Mutante 2 Mutante 3

W1 -

W2 +

W1 -

W2 +

-

+

-

+

W1 -

W2 +

-

+

W1 +

W2 -

+

-

Mutante 1 (bianco) x mutante 2 (bianco) -> F1 tutta bianca

Mutante 1 (bianco) x mutante 3 (bianco) -> F1 tutta blu

Mutante 2 (bianco) x mutante 3 (bianco) -> F1 tutta bluW1 -

W2 +

-

+

W1 +

W2 -

+

-

Non complementanostesso gene compromesso

complementano

complementano

esempioSono stati isolati 6 ceppi puri di Drosophilae mutanti per il colore dell’occhio, con apparentemente lo stesso fenotipo. Ciascuno di questi ceppi incrociato con mosche wild type si comporta come recessivo, e incrociati fra loro a due a due dannoin F1 o il fenotipo mutante (-) o il fenotipo wild type (+), come riportato nella tabella sottostante. Dedurre dai dati quanti e quali sono i gruppi di complementazione e quindi (almeno) quanti geni sono implicati nella determinazione del fenotipo “colore dell’occhio”

--+++5

6

4

3

2

1

-++-+-

-+++

-+-

-+

-

654321C’e’complementazione se i geni compromessi sono diversi1=3=6

2

4=5

Almeno 3 geni

Geni Duplicati

Capsella Bursa Pastoris

Alcuni geni si sono duplicati e svolgono la stessa funzioneSe manca il primo gene la sua funzione e’ svolta dal secondo gene

o

Rapporto fenotipicorivelatore15:1

Epistasi recessiva

bianco magenta blu

w+w+ m+m+ x ww mmSelvatico ++ blu Doppio recessivo bianco

w+w m+m autofecondazione

wwmm

wwm+m

w+wmm

w+wm+m

wm

wwm+m

wwm+m+

w+wm+m

w+wm+m+

wm+

w+wmm

w+wm+m

w+w+mm

w+w+m+m

w+m

w+wm+m

w+wm+m+

w+w+m+m

w+w+m+m+

w+m+

wmwm+w+mw+m+

9:3:4

Autofecondazionedi un diibrido

9:3:3:1

9:3:4o 9:7se l’intermedio non ha colore

La mancanza del primo gene annulla il fenotipo del secondo gene

Il gene w+ e’episaticosu m+

Epistasi recessiva: il colore del mantello nel Labrador retriever

BB EE bb EE bb eeBB ee

B nerob marroneE coloree no colore

Gene B

Gene E

Epistasi dominanteColore del frutto in varietà di zucca:

-allele A colore giallo (dominante)-allele a colore verde

-allele B impedisce la colorazione (dominante)

-allele b non interferisce con la colorazione

Gene A

Gene B

L’epistasidominante

produce rapporti

fenotipicirivelatori di

12:3:1

B e’epistaticosu

A- e aa

Altro caso

Wyandotte Bianca livorneseAABBaabb

A colore

a no colore

B soppressore del colore

b no soppressore

Gene A

Gene B

L’epistasidominante

produce rapporti fenotipicirivelatori di 13:3

-B dominante su A-A in assenza di B produce il colore

a e b non producono colore

Penetranza ed Espressivita’

Geni modificatori

Soppressori

epistatici

• Penetranza: la percentuale di individui che possiedono un dato genotipo ed esibiscono il fenotipo ad esso associato

• Completa (100%): tutti i portatori del genotipomanifestano il fenotipo

• Incompleta (<100%): non tutti i portatori delgenotipo manifestano il fenotipo, tipico dei disordini dominanti

• La penetranza incompleta non altera la trasmissione del genotipo alla progenie– Salto di generazione– Problemi di counseling genetico

La polidattilia (dominante autosomica)

puo’ avere penetranza incompleta, dipende dal background genetico

ESPRESSIVITÀ VARIABILE

• Correlata con la penetranza incompleta c’èl’“espressività variabile”, che è presente soprattutto in condizioni dominanti.

• L’espressivita’ misura il grado di espressione di un dato genotipo al livello fenotipico

• Differenti membri della stessa famiglia mostrano spettri fenotipici differenti della stessa malattia.

• Le cause sono comuni a quelle responsabili della penetranza incompleta: l’influenza di altri geni o di fattori ambientali possono influire sullo sviluppo dei sintomi di una malattia.

ANTICIPAZIONE

• L’anticipazione è un caso particolare di “espressivitàvariabile”.

• L’anticipazione descrive la tendenza da parte di alcune malattie genetiche a trasmissione autosomicadominante di divenire più gravi nelle generazioni successive.

• L’anticipazione può essere mascherata da variazioni casuali della severità.

• In molti casi può essere riferita ad errori della diagnosi.

• Il fenomeno dell’anticipazione è stato spiegato con l’instabilità di certi trinucleotidi repeat che possono espandersi in certe malattie (X-Fragile, Distrofia Miotonica, Malattia di Hungtington).

• La severità e l’età di insorgenza in queste malattie correla con la lunghezza del repeat e questa tende ad espandersi attraverso le generazioni.