Genetica e Biologia PDF - Caratteri Complessi, Ereditarietà & Studi sui Gemelli - 2024

Silvia Pauroso Angela Priore Luca Modesti...

Silvia Pauroso Angela Priore Luca Modesti Cecilia Merlini Biologia e Genetica 15/03/2024 Caratteri complessi Per analizzare e capire cosa siano i caratteri complessi facciamo un passo indietro e rivediamo quale tipologia di caratteri abbiamo analizzato fino ad ora: i caratteri monogenici. I caratteri monogenici presentano un’ereditabilità semplice, essa può essere facilmente seguita negli alberi genealogici, si possono facilmente fare previsioni di genotipo o di fenotipo analizzando i genitori o la progenie, ecc… (tutti questi aspetti che ci sembrano scontati non sono fattibili nell’analisi dei caratteri complessi). Caratteristica fondamentale dei caratteri monogenici è quella di essere qualitativi e di variare in modo discontinuo (fenotipo variabile). I caratteri complessi o multifattoriali, invece, sono caratteri quantitativi (sono misurabili) e continui (presentano una variabilità fenotipica continua, ossia le varie classi fenotipiche non sono ben distinte). Questi si presentano come caratteri poligenici ossia l’eredità e l’espressione del fenotipo dipendono da più geni allelici ognuno dei quali contribuisce in modo additivo. Inoltre, il carattere biologico è influenzato dall’ambiente, per cui i caratteri complessi sono dati dall’interazione di più geni con l’ambiente. Esempi di caratteri complessi sono la statura, il colore della pelle, il peso corporeo, ecc… Tuttavia, non tutti i caratteri complessi presentano un vero e proprio intervallo continuo di valori: - caratteri meristici, sono caratterizzati da una vasta gamma di valori discreti e interi - caratteri a soglia, si manifestano con carattere discontinuo (presenza o assenza del carattere) che però sottintende una variabilità continua dovuta a fattori genetici e ambientali. Manifestano il - carattere solo individui che hanno un numero di fattori di suscettibilità superiori ad un livello soglia empiricamente definito. - Per spiegare meglio i caratteri poligenici osserviamo qualche esempio: Primo esperimento sull’ereditarietà di caratteri complessi Il primo esperimento che interessò lo studio dei caratteri complessi fu messo in atto da un biologo danese Wiilhelm Johannsen. Egli studiò la variazione e l’ereditarietà del peso del seme nella pianta di fagiolo Phaseolus vulgaris. Mediante autofecondazione, Johannsen ottenne linee geneticamente pure (l’ereditarietà del diverso peso dei semi nelle linee diverse dimostrava la presenza di fattori genetici differenziali). Lo scienziato fece però una seconda osservazione: egli si rese conto che anche nella stessa linea vi era una variabilità, questa però non poteva essere attribuita a fattori genetici, ma forzatamente ambientali. I dati ottenuti dallo scienziato danese dimostrarono che la variabilità di un carattere quantitativo è influenzata sia dal genotipo che dell’ambiente. Tuttavia, la spiegazione sull’ereditarietà di tali caratteri fu data solo anni dopo ad opera di un altro scienziato: Nilsson-Ehle. Egli studiò l’ereditarietà del colore dei chicchi di grano e osservò quanto segue: dall’incrocio delle due linee pure era attesa una popolazione mendeliana con carattere dominante (cariossidi di colore rosso) e poi nella F2 caratteri fenotipici in rapporto 3:1 (questo tenendo conto dell’ereditarietà dei caratteri qualitativi). Tuttavia, nella F1 si presentarono piante con cariossidi di colore intermedio tra il rosso e il bianco e, ancora più interessante, nella F2 le classi fenotipiche iniziarono ad aumentare con un rapporto approssimativo 15:1 (dove 15/16 erano rosse ma con diverse sfumature, e 1/16 bianca). La conclusione data da Nillsson-Ehle fu che l’ereditarietà del colore rosso della cariosside di grano è il risultato dei prodotti genici di due loci, con effetto additivo e non con rapporto epistatico. Egli sostenne dunque che ognuno di questi geni contribuisse nel dare al fenotipo un “contributo”. Per capire al meglio questa ereditarietà di caratteri complessi facciamo un altro esempio: Un altro esempio di un carattere quantitativo poligenico è l’altezza della pianta di tabacco. Non è un carattere qualitativo come lo era l’altezza del pisum sativum utilizzato negli esperimenti di Mendel. In quel caso il carattere è considerabile qualitativo perché ha solo due manifestazioni visibili: pianta alta o pianta nana. L’altezza della pianta del tabacco è quantitativo perché si ottengono fenotipi intermedi nella prima generazione e una ulteriore variabilità fenotipica, attorno al valore fenotipico medio della F1, nella seconda generazione. Successivamente venne effettuato, dai ricercatori Emerson ed East, un esperimento che ricorda quello di Johannsen, ma che rispetto al quale non si sofferma sulla variabilità ambientale ma sulla variabilità genetica del carattere. Questi ricercatori hanno scelto di studiare la variabilità del carattere LUNGHEZZA DELLE SPIGHE DI MAIS. Analizzarono delle linee pure di piante con spighe corte e lunghe. All’interno delle stesse linee pure è stata osservata una variabilità della lunghezza. Essendo che questa variabilità si verifica all’interno di linee pure, si può affermare che sia dovuta a fattori AMBIENTALI. Successivamente si studia la prima generazione (F1). In questa generazione si osserva un fenotipo intermedio, ma anche in questo caso è osservabile una variabilità. Essendo che questi individui derivano da linee pure e appartengono alla generazione F1, avranno tutti lo stesso genotipo (AaBb). Si può concludere che, se è presente variabilità in una popolazione di individui geneticamente identici, questa variabilità è dovuta all’influenza di FATTORI AMBIENTALI. Infine, si studia la seconda generazione (F2) che deriva dall’incrocio di due doppi eterozigoti della F1 (AaBb x AaBb). Gli individui della seconda generazione presenteranno combinazioni alleliche differenti l’uno dall’altro, NON sono geneticamente identici. La AUMENTO DI VARIABILITÀ osservabile nella F2, rispetto al grafico di F1, non è attribuibile esclusivamente all’ambiente poiché l’ambiente esercita sempre la stessa influenza su tutti gli individui. Un aumento di variabilità in una generazione rispetto ad un’altra, nel caso in cui le condizioni ambientali siano rimaste invariate, è imputabile alla SOMMA delle influenze esercitate dai fattori GENETICI E AMBIENTALI. 1. La generazione F1 ci da una misura della variabilità fenotipica dovuta a fattori ambientali 2. La generazione F2 ci da una misura della totale, dovuta ad ambiente e fattori genetici I fattori genetici che possono aumentare la variabilità sono: l’assortimento indipendente, se i geni implicati sono indipendenti ricombinazione, se gli alleli dei loci implicati sono sugli stessi cromosomi Questi due fattori determinano la formazione di combinazioni alleliche differenti, che a loro volta determinano variabilità genetica all’interno della popolazione. È importante sottolineare questi aspetti perché ci aiuta ad isolare, da questi esperimenti, la componente di variabilità dovuta alla genetica dalla componente dovuta all’ambiente. La distribuzione fenotipica dei caratteri, sia nel caso dei fagioli che nel caso delle spighe, segue una curva normale o gaussiana. È possibile quindi definire matematicamente, partendo dalla curva, qual è la media, la deviazione standard e la varianza. La varianza sarà maggiore in funzione di una maggiore dispersione della curva rispetto alla media. Avremo curve con valori di varianze diverse: curve con varianza bassa risulteranno ristrette attorno al valore medio curve con varianza alta avranno una alta dispersione dei valori rispetto alla media Nel caso del nostro esperimento, nella generazione F2 rispetto alla F1 è possibile osservare un aumento della varianza. Attraverso calcoli matematici è possibile calcolare numericamente il valore effettivo della varianza. Quando i caratteri sono continui, è molto difficile stabilire con certezza i limiti che separano una classe da un’altra. a volte il numero di classi in cui posso suddividere un carattere è arbitrario. Ad esempio, l’altezza è suddivisibile in classi di ampiezza variabile; minore sarà l’ampiezza della classe, quindi maggiore sarà la precisione dello studio, più la nostra curva sarà di andamento normale. Se nel carattere complesso ci sono elementi di influenza genetici e ambientali, possiamo definire la varianza fenotipica come la SOMMA della varianza genetica e della varianza ambientale. Quindi: Vp= Vg+Ve Possiamo quindi confrontare popolazioni differenti, F1 e F2, per capire quanta variabilità è attribuibile a fattori genetici e quanta a fattori ambientali. TUTTO CIÒ È POSSIBILE PERCHÉ: siamo in condizione di controllare gli incroci possiamo ordinare gli individui in classi e in generazioni Ereditabilità Per poter confrontare tra loro caratteri diversi devo poter avere una grandezza che correli la varianza genetica con la varianza ambientale. Tale grandezza è l’EREDITABILITÀ. L’ereditabilità è definita come la quota di varianza fenotipica che deriva dalla varianza genetica, ovvero che può essere attribuita a fattori genetici. 𝑉𝑔 La formula è: ℎ2 = 𝑉 𝑔 +𝑉𝑒 Da tale scrittura è possibile dedurre che il valore dell’ereditabilità è compreso tra zero e uno. Nel caso in cui l’ereditabilità sia uguale ad uno è possibile affermare che la variabilità fenotipica che osservo è dovuta esclusivamente dalla variabilità genetica. Nel caso in cui l’ereditabilità sia uguale a zero è possibile affermare che la variabilità fenotipica è dovuta esclusivamente alla variabilità ambientale. Nonostante matematicamente è possibile che l’ereditabilità assuma come valori 0 e 1, questo non si verifica quasi mai in quanto nessun carattere è determinato da una sola influenza. Vi sarà sempre un’azione combinata di fattori genetici e ambientali. Tuttavia, l’ereditabilità ci aiuta a capire quanto effettivamente l’influenza dei fattori genetici sia determinate sulla variabilità fenotipica finale. L’ereditabilità non ci dice se un carattere è genetico oppure no. Un carattere può essere genetico ma non essere variabile. Nel caso non sia variabile, non è presente una varianza genetica e quindi l’ereditabilità è bassa; questo però non significa che quel carattere non è genetico, semplicemente che potrebbe non essere variabile. Ad esempio, il fatto di avere due mani è GENETICO ma non è variabile. 1. Essendo che il concetto di ereditabilità è formulato sulla base delle varianze, l’ereditabilità è applicabile alle popolazioni e non a singoli individui. 2. Per uno stesso carattere il valore dell’ereditabilità può cambiare in funzione di un cambiamento delle condizioni ambientali. Quindi è specifica anche per l’ambiente. 3. Non può essere utilizzata per effettuare confronti tra le variazioni in popolazioni diverse. Due popolazioni identiche geneticamente potrebbero avere valori diversi di ereditabilità nel caso in cui siano state sottoposte a situazioni ambientali costanti diverse. Ad esempio: 1. un valore di ereditabilità pari a 0,7 sta a significare che il 70% della variabilità fenotipica è dovuta a componenti genetiche dell’individuo. 2. Nel caso della schizofrenia la componente genetica determina l’80% della variabilità fenotipica Come già detto, valori alti di ereditabilità non sottintendono assenza di variabilità dovuta a fattori ambientali. Spesso, infatti, è difficile distinguere se c’è una componente ambientale o genetica perché potrebbe essere il genotipo stesso ad essere influenzato dall’ambiente. Ne consegue che in molti casi non è così semplice scomporre la variabilità genetica dalla variabilità ambientale. I rapporti tra genotipo, fenotipo e ambiente possono essere vari, come ad esempio una correlazione tra ambiente e genotipo oppure un’interazione più complessa tra i due. La complessità di questi studi è dovuta al fatto che le variabilità possono essere ulteriormente scomposte in varianze ulteriori. La variabilità genetica è scomponibile in: varianza genetica varianza di dominanza varianza di interazione o epistatica la variabilità ambientale è scomponibile in: effetti ambientali generici, agiscono sempre su tutta la popolazione effetti ambientali specifici, agiscono solo in alcuni momenti effetti ambientali familiari, limitata alla popolazione di una famiglia effetti ambientali materni, possono essere avvenuti durante la gravidanza In linea di massima ci è utile avere una conoscenza generale di questi concetti, rimanendo consci del fatto che vi potrebbero essere interazioni molto complesse tra genotipo e fenotipo che renderebbero difficile l’interpretazione di un fenotipo. * Delle situazioni ambientali costanti agiscono allo stesso modo su tutti gli individui. I concetti principali sono: la variabilità fenotipica può dipendere solo dai geni, non dall’ambiente, solo se sono coinvolti più geni che contribuiscono in modo additivo al fenotipo. Il modello additivo è applicabile quando possiamo ordinare gli individui in classi e quando gli incroci sono controllati. Possono poi intervenire anche fattori ambientali che contribuiscono alla variabilità. Devo quindi capire qual è il contributo dei fattori ambientali e il contributo dei fattori genetici; per far questo utilizzo l’ereditabilità I caratteri soglia Ripartendo da quei caratteri complessi per i quali non è applicabile il modello additivo, e per i quali non è facile scomporre il contributo genetico dall’ambientale. I caratteri soglia possono apparentemente sembrare dei caratteri discontinui, nel caso di patologie l’individuo o è sano è malato, ma in realtà sono caratteri continui. Sono definibili continui sulla base della suscettibilità dell’individuo alla malattia. Viene analizzato quanto è alto il fattore di rischio che individuo contragga una malattia. Vi sono diversi componenti che possono incidere sulla malattia come fattori genetici e ambientali. Sulla base della suscettibilità distinguiamo: individui con suscettibilità bassa, solo poche combinazioni di fattori di rischio causano malattia individui con suscettibilità media, alcune combinazioni di fattori di rischio causano malattia individui con suscettibilità alta, molte combinazioni di fattori di rischio causano malattia Quando si supera una certa soglia di fattori di rischio aumenta la probabilità, non la certezza, che quell’individuo risulti malato. Quindi anche i sani differiscono gli uni dagli altri sulla base della loro suscettibilità alla malattia, nonostante siano comunque sani. Una cardiopatia è una patologia con componente genetica che può determinare una variabilità, alcuni individui sono più suscettibili a mostrare la malattia mentre altri lo saranno meno. A parità di suscettibilità entrano in gioco dei fattori ambientali che possono causare un superamento della soglia, determinando la malattia nell’individuo. Questi fattori ambientali sono: peso corporeo esercizio fisico eccessivo dieta scorretta livelli elevati di colesterolo nel sangue fumo Studi sui gemelli In questo caso, come possiamo capire qual è la componente genetica e qual è la componente ambientale? Ci aiuta molto lo studio dei gemelli perché ci permettono di partire da una popolazione umana identica geneticamente per poter analizzare la concordanza. Concordanza esprime la percentuale di coppie di gemelli che sono concordanti per un carattere. Equivale a dire: quant’è la percentuale che in una coppia di gemelli, in cui uno è malato per una malattia anche l’altro risulta malato per la stessa malattia? Questo concetto è espresso dalla concordanza. Si studia, per la stessa patologia, la concordanza in gemelli dizigoti e in gemelli monozigoti. Partiamo con il ricordare che i gemelli possono essere di due tipi: dizigoti, derivati da due eventi di fecondazione diversa monozigoti, derivati da un unico evento di fecondazione Essendo che i dizigoti sono derivati da due eventi di fecondazione differenti, non saranno geneticamente identici ma geneticamente fratelli. Ciò significa che possiedono, IN MEDIA, solo il 50% dei geni in comune. I gemelli monozigoti invece nascono da un errore di divisione della cellula fecondata, per questo motivo hanno il 100% dei geni in comune. All’inizio dello sviluppo sono identici. In realtà, anche i monozigoti, durante lo sviluppo embrionale iniziano a differenziarsi perché avvengono degli eventi, anche casuali come delle mutazioni, che portano alla differenziazione alcuni loci dei gemelli. Possono anche subire diverse influenze ambientali che causeranno ulteriori cambiamenti. Nel caso delle femmine, l’inattivazione del cromosoma X è casuale nelle prime fasi di sviluppo. Anche il riarrangiamento genomico a carico dei recettori che riconoscono molecole strane, come nel caso degli anticorpi, influenza la diversità fra gli individui. La concordanza tra gemelli dovrebbe essere maggiore nei gemelli monozigoti, rispetto ai dizigoti, nel caso di patologie con una componente genetica importante. Questa concordanza è attesa in valore minore nel caso dei dizigoti in quanto sono individui che già all’origine sono diversi geneticamente. Gli studi di concordanza sono svolti su entrambe le classi di gemelli per poter capire quanto siano forti l’influenza genetica e l’influenza ambientale su una patologia. Anche se spesso i gemelli condividono lo stesso ambiente, esistono casi di gemelli separati che hanno vissuto in ambienti differenti. L’analisi di gemelli vissuti in ambienti diversi può dare un’informazione sulla componente ambientale riguardo la suscettibilità alla patologia. Per capire l’influenza ambientale si può anche condurre uno studio su individui geneticamente diversi che condividono però lo stesso ambiente. Alcuni esempi di patologie con i valori di concordanza: Nel diabete di tipo 2 c’è una concordanza di circa il 100% tra monozigoti Nel diabete di tipo 1 c’è una concordanza del 30-40% nei monozigoti Capiamo che in queste patologie la componente genetica è importante perché nel caso dei dizigoti la concordanza si abbassa al 6%. Nel caso dell’ipertensione c’è una componente genetica elevata, anche se non elevatissima, suggerita dalla maggiore concordanza nei monozigoti rispetto ai dizigoti. A volte abbiamo concordanza bassa, in entrambe le classi di gemelli, in patologie come i tumori. In cui la componente genetica non è molto rilevante, tranne nei casi di elevata familiarità. Non ci aspettiamo però variazioni sostanziali di concordanza in gemelli dizigoti e monozigoti. È chiaro che una volta fatti gli studi di concordanza bisogna tradurre i risultati di tali studi nei termini dell’ereditabilità. Per passare dalla concordanza all’ereditabilità si utilizzano dei calcoli matematici molto complessi. Gli studi di concordanza si possono svolgere per ogni tipo di carattere. Nel caso dei caratteri a sogli questi sono gli studi che ci permettono di trarre le conclusioni maggiori. Una volta che ho stabilito se una patologia ha una forte componente genetica, come faccio a capire qual è la natura di questa componente genetica? Si utilizzano i seguenti approcci, che approfondiremo in seguito: studi di associazione, vedere se gli individui malati, di malattia complessa, presentano delle caratteristiche determinate da loci genetici già noti oppure se associati fisicamente a marcatori del DNA di cui conosciamo la posizione, la presenza del marcatore indica presenza di malattia perché il gene patogeno è ereditato insieme al gene marcatore. Esistono anche studi di associazione genome wide, ovvero su tutto il genoma, per poter capire se nel genoma sono presenti dei gruppi di geni associati alla malattia. Studi di sequenziamento molto precisi grazie ai quali è possibile sequenziare la parte codificante del genoma cercando di evidenziare, ove presenti, delle alterazioni che possano essere collegate alla patologia. Capire la natura dei geni che determinano la suscettibilità alla malattia è altrettanto importante perché ci permette di agire sui fattori di rischio riducendo il rischio di sviluppare la malattia.  Esercizi Esercizio 1 Il colore degli occhi del moscerino Bactrocera dorsalis è determinato da più geni. Un moscerino con occhi selvatici è incrociato con uno che presenta occhi gialli. Nella F1 si hanno tutti moscerini con occhi selvatici; nella F2 si ottengono 9/16 moscerini con occhi selvatici, 3/16 moscerini con occhi ametista e 4/16 moscerini con occhi gialli. 1. Qual è il genotipo dei moscerini delle generazioni P, F1 e F2 (considerando due loci genici coinvolti)? 2. Può essere un caso di epistasi? Dominante o recessiva? [Soluzione] 1) P= AABB x aabb F1= AaBb F2= 9 genotipi possibili (AABB, AABb, AAbb, AaBB, AaBb, Aabb, aaBB, aaBb, aabb) ma 4 fenotipi: 9 AB (selvatico), 3 Ab(ametista), 3 aB (giallo) e 1 ab (giallo)rapporto 9:3:4 2) epistasi recessiva - Genotipo parentale può essere AABB (occhi wild type) x aabb (occhi gialli) quindi determinato da due loci genici. - Genotipo F1: AaBb ⇒ quindi wild type - Genotipo F2: A_B_ A_bb aaB_ aabb I fenotipi della generazione F2 hanno rapporti 9:3:4 (9 WT (A_B_), 3 ametista (aaB_) e 4 giallo (aabb, A_bb)) Se c’è A o B vuol dire che l'altro può essere a o A e B o b, ma il fenotipo non cambia. Se c’è a o b vuol dire che c’è omozigosi. - Wild type: è necessario avere sia A che B dominanti (quindi si può capire che sono 9) - Ametista: basta un A dominante e un b recessivo, non può diventare ametista se il locus a è omozigote recessivo perché́ in questo caso diventerebbe giallo. - Giallo: è necessario che il locus a sia omozigote recessivo, quindi il locus a è epistatico sul locus b. Sia che il locus b sia recessivo o dominante c’è il locus a in epistati e quindi da lo stesso colore giallo. Perché esce un colore ametista nella classe A_bb? Perché quando A è dominante non è epistatico e quindi b recessivo da colore ametista, mentre B dominante è selvatico. giallo → ametista → wt Il locus a controlla il passaggio da giallo ad ametista e poi il locus b controlla il passaggio da ametista a wt; quindi, se B è dominante allora diventa selvatico, mentre se b è recessivo il passaggio non avviene e il colore resta ametista, si blocca il passaggio al wt. Se c’è il gene in epistasi, quando manca il prodotto del locus a non avviene il passaggio al colore ametista e quindi l’occhio resta giallo. Nella seconda generazione dovremmo avere un rapporto fenotipico 9:3:3:1, non è così e quindi è presente un’epistasi recessiva singola perché il nostro rapporto è 9:3:4. Nell’epistasi recessiva c’è un locus che genera un colore, che da una colore di base, se il locus da un prodotto, porta al colore finale, ma questo colore di base in realtà deriva da un altro colore precedente che richiede un altro gene, se quel gene è epistatico e in epistasi recessiva manca vuol dire che non si fa né il primo step né il secondo, quindi a prescindere l’informazione che in questo caso c’è nel locus b è il locus a che domina sull’altro, fa epistasi sull’altro e quindi impedisce di vedere un colore che dipende dall’altro locus sia che sia dominante sia che sia recessivo. Esercizio 2 Il colore delle zucche è determinato dall'interazione tra più geni. La presenza dell'allele G (GG o Gg) nel locus G produce una zucca di colore giallo; zucche con genotipo gg risultano verdi. La presenza dell'allele C nel locus C (CC o Cc) produce zucche di colore bianco, essendo epistatico dominante sull'allele G. Di quale colore sarà una zucca con genotipo GgCc? a) bianca b) gialla c) verde d) non è possibile prevederlo e) nessuno di questi [Soluzione a] La zucca in doppia eterozigosi GgCc sarà di colore binco. L’allele G dominante (GG o Gg) produce una zucca di colore giallo, se l’allele è recessivo (gg) la zucca è di colore verde. La presenza dell’allele C dominante (CC o Cc) produce una zucca di colore bianco. Una zucca con genotipo GgCc sarebbe dovuta essere di colore giallo, ma in questo caso essendo l’allele C epistatico sul locus g dominante e recessivo la zucca sarà di colore bianco. Esercizio 3 In una determinata popolazione in cui è presente un allele mutante dominante, solo il 70% degli individui portatori di questo allele manifesta il fenotipo e, tra questi, solo una piccola percentuale mostra i sintomi più̀ gravi. Il gene responsabile di questo disordine mostra: a) penetranza incompleta ed epistasi b) epistasi ed espressività̀ variabile c) espressività̀ variabile e penetranza incompleta d) penetranza incompleta e dominanza incompleta [Soluzione c] Il fatto che solo il 70% degli individui manifesta il fenotipo corrisponde alla penetranza incompleta, mentre il fatto che tra i malati c’è una parte più̀ grave e una meno grave dimostra espressività̀ variabile. Dominanza incompleta ed epistasi non c’entrano niente. Esercizio 4 Quali caratteristiche di un albero genealogico vi suggeriscono una malattia da mutazione del DNA mitocondriale? Più risposte sono possibili. a) eredità matrilineare b) effetto materno c) penetranza incompleta d) espressività variabile e) complementazione [Soluzione a,c,d ] a⟶ si b⟶ no perché la mutazione del genotipo ne condiziona il fenotipo c⟶ sì perché se si supera una certa soglia non c’è manifestazione della malattia. d⟶ sì perché collegata al numero di mitocondri che vengono trasmessi in relazione a una eteroplasmia nei mitocondri e quindi una relazione tra mitocondri sani e malati, più sono i malati più l’effetto sarà grave, meno sono meno sarà l’effetto e⟶ complementazione no perché presuppone un ripristino di un fenotipo dovuto al contributo di un altro genitore che ha lo stesso fenotipo e contribuisce con alleli wt laddove l'altro genitore è mancante e viceversa, in questo caso l’ereditarietà è citoplasmatica e quindi è solo un genitore che contribuisce e quindi non ha senso il concetto della complementazione. Sono presenti singoli alleli di tutti i geni e quindi non ci può essere complementazione. Esercizio 5 Un incrocio tra due linee pure di moscerini mutanti per un determinato carattere recessivo produce una progenie di moscerini tutti selvatici per quel carattere. Ciò costituisce un esempio di: a) effetto materno b) dominanza incompleta c) penetranza incompleta d) complementazione [Soluzione d] La progenie è tutta wt, questo ci dice che è avvenuta complementazione, quindi i due moscerini parentali hanno mutazioni in loci diversi, per cui la progenie è eterozigote per entrambi i loci. Ù Esercizio 6 Una malattia si definisce multifattoriale quando è causata: a) da un unico gene o da più fattori ambientali b) da più geni che interagiscono con l'ambiente c) solo da molteplici fattori ambientali d) solo dall'interazione di diversi geni e) da più mutazioni in un gene [Soluzione b] Esercizio 7 Per un carattere multifattoriale a forte componente genetica ci aspettiamo una concordanza: a) maggiore tra i gemelli monozigoti rispetto ai dizigoti b) maggiore tra i gemelli dizigoti rispetto ai monozigoti c) sostanzialmente uguale tra gemelli monozigoti e dizigoti d) non è possibile prevederla e) maggiore del 100% [Soluzione a] Esercizio 8 Se la varianza fenotipica totale relativa a un carattere è pari a 10 e la componente ambientale di tale varianza è pari a 2, qual è il valore dell'ereditabilità? a)8 b) 0.2 c) 0.8 d)2 [Soluzione c] Varianza fenotipica totale (𝑉𝑔 + 𝑉𝑒) = 10 Componente ambientale (𝑉𝑒) = 2 Da questi dati si può ricavare la varianza genetica (𝑉𝑔) = 10-2 = 8 Formula ereditabilità = 𝑉𝑔/(𝑉𝑔 + 𝑉𝑒) = 8 / 10 = 0.8 Esercizio 9 Nella catena metabolica sottoindicata, un substrato S1 viene trasformato in S2 dall'enzima a, codificato dall'allele dominante del gene A. La trasformazione di S2 in pigmento rosso avviene invece ad opera dell'enzima B, codificato dall'allele dominante del gene B. Mutazioni che rendono inattivi gli enzimi a o B sono codificati da alleli recessivi dei due geni. Determina il fenotipo degli individui incrociati, le classi fenotipiche e le relative frequenze attese nella progenie dei seguenti incroci, sapendo che i due geni segregano in modo indipendente: a)AABBxaabb b)AAbbxaaBB c)AaBbxaabb d) AaBb x AaBb Quindi è presente una catena metabolica in cui il S1 viene trasformato in S2 dal prodotto di un gene a e il S2 viene convertito in pigmento rosso dal prodotto del gene b. I prodotti sono chiamati α e β. Questi enzimi che servono a catalizzare le due fasi della reazione, possono essere mutati da perdita di funzione perché sono alleli recessivi, mutazioni che rendono inattivi gli enzimi sono codificate da alleli recessivi, un allele recessivo di un gene a per un genotipo omozigote recessivo del gene a o del gene b omozigote recessivo impedisce il passaggio della reazione e quindi la conversione da substrato 1 a 2 o da 2 a prodotto finale che sarebbe il pigmento rosso. Quale è la progenie di questo incrocio secondo mendel: a⟶ AABB x aabb = AaBb ⇒ fenotipo progenie rosso b⟶ AAbb x aaBB = AaBb ⇒ fenotipo progenie rosso c⟶ AaBb x aabb = AB, aB, Ab, ab ⇒ fenotipo progenie bianco d⟶ AaBb x AaBb = AB, aB, Ab, ab ⇒ fenotipo progenie bianco tra i due tipi di incroci doppio eterozigote e ab ( aB, aB e ab) l’unica cosa che cambia è il numero. Nell’incriocio a: l’individuo AABB è rosso perchè produce sia l’enzima α (prodotto del gene A) sia l’enzima β (prodotto del gene B); quindi, la catena metabolica arriva fino alla produzione del pigmento rosso; l’individuo aabb è bianco perchè manca di entrambi gli enzimi. La progenie AaBb ha fenotipo rosso al 100% perché sono presenti entrambi gli enzimi. Nell'incrocio b: gli individui Aabb e aaBB parentali sono bianchi. La loro progenie AaBb al 100% è di fenotipo rosso (complementazione) Nell’incrocio c: AaBb x aabb = AB, aB, Ab, ab senza epistasi dovrebbe esserci un rapporto 1:1:1:1 perché i gameti prodotti da questo individuo derivano da assortimento indipendente tra AB, aB, Ab, ab, ma dato che c’è epistasi ci si aspetta 1 rosso e 3 bianchi e quindi un rapporto di 1:3. L’incrocio c è l'incrocio che in caso di loci indipendenti da una rappresentanza di associazioni per mezzo dell'associazione indipendente. Serve per vedere se i loci sono indipendenti o associati, se sono associati il risultato presenta due classi più rappresentate, ossia le classi parentali e due classi meno rappresentate che sono le classi figlie, qui si parla di geni indipendenti, ma è presente epistasi quindi il rapporto invece di essere 1:1:1:1 è di 1:3 L'incrocio d: AaBb x AaBb il rapporto dovrebbe essere 9:3:3:1, ma per via dell'epistasi si ha che AB sono 9 rossi e che aB (sono 3), Ab (sono 3), ab (è 1) sono tutti bianchi; quindi, in totale si hanno 7 bianchi e ne risulta che il rapporto è 9:7. è quello che si usa per mettere in evidenza quale tipo di epistasi è presente. In questo caso è presente un rapporto 9:7 quindi epistasi recessiva doppia. Varie epistasi: epistasi recessiva 9:3:4 epistasi recessiva doppia 9:7 epistasi dominante 12:3:1 epistasi dominante doppia 15:1 Esercizio 10 L'allele B determina il colore nero del mantello dei topi, l'allele b il colore marrone. Il genotipo del locus e in omozigosi recessiva (ee), che assortisce in modo indipendente, impedisce l'espressione di B e di b conferendo al mantello il colore beige. Entrambi i geni sono autosomici. A che tipo di interazione genica fa riferimento quest'albero genealogico? Quali sono i genotipi dei singoli individui? [Soluzione] Si parla di epistasi singola recessiva, il locus e è recessivo rispetto al prodotto del locus b. Quando c’è epistasi il fenotipo del mantello del colore del pelo del topo è beige. - B colore nero - b colore beige - ee impedisce l’espressione di b e B Dobbiamo capire il genotipo di tutti quanti: I topi beige hanno fenotipo omozigote recessivo per locus e quindi hanno ⟶ _ _ ee. I topi neri hanno almeno un dominante nei due loci ⟶B _ E _ I topi marroni hanno il recessivo omozigote per il locus b e almeno un dominante perché si esprime ⟶ b b E _ (serve E dominante perchè sennò sarebbe beige) Guardando l’albero è necessario andare a capire i vari genotipi: Il III2 ha due alleli recessivi in e e quindi guardando i genitori si vede che il locus e è in eterozigosi in tutti e due i genitori, lo stesso vale per I1 e I2 partendo da II4. Lo stesso procedimento si può fare per il locus b guardando il fenotipo della progenie. nella III5 e III6 non si è sicuri di quale allele sia segregato nel locus b e neanche nel III2. Si va avanti così.