GENETICA ESAME .docx PDF

**[GENETICA:]** La genetica è la scienza che si occupa della variabilità di espressione di caratteri e determinazione dei caratteri. DNA → genoma-genotipo PROTEINE → producono effetto visibili, quindi fenotipo *regole della trasmissione:* Le cellule che costituiscono l'organismo animale sono tu...

**[GENETICA:]** La genetica è la scienza che si occupa della variabilità di espressione di caratteri e determinazione dei caratteri. DNA → genoma-genotipo PROTEINE → producono effetto visibili, quindi fenotipo *regole della trasmissione:* Le cellule che costituiscono l'organismo animale sono tutte cellule somatiche, ciascuna delle quali contiene il suo nucleo con un completo corredo di cromosomi. Il numero di cromosomi varia da specie a specie, ma è sempre in numero pari. Per ogni cromosoma, infatti, è possibile individuare un omologo, ossia un cromosoma gemello. I due membri di ogni coppia di cromosomi derivano da un genitore diverso. Il complesso di cromosomi viene definito genoma, il quale nei mammiferi è costituito da un lungo filamento di DNA la cui dimensione è più o meno di 3 miliardi di paia di basi ( A G T C). L'unità minima di informazione è il gene. Il processo di sviluppo e differenziazione di ogni individuo trae origine da una cellula originaria (zigote) in cui n cromosomi di origine paterna ed n cromosomi di origine materna si sono fusi nella stessa cellula al momento della fecondazione. *Struttura DNA e del gene:* La struttura molecolare del DNA fu fatta da Watson e Crick. La doppia elica è costituita da due catene antiparallele di basi azotate, ciascuna unita ad uno zucchero che in posizione 5 ha un gruppo fosfato. L'insieme di una delle 4 basi, zucchero e gruppo fosfato costituiscono un nucleotide. Nello spazio tra le due catene si trovano le basi azotate posizionate in modo che che A-T hanno sempre 2 legami idrogeno; C-G 3 legami idrogeno. Segmenti di varia lunghezza di DNA costituiscono i geni. Ogni gene (circa 60000 basi) è un'unità funzionale complessa che include una regione regolativa che ne modula l'espressione ricevendo e rispondendo a segnali provenienti dall'ambiente circostante. I geni codificanti proteine sono composto da: \- Esoni = le sequenze che diventano proteina (300 basi); \- Introni intragenici = che vengono trascritti ma non tradotti -1 sito d'inizio della trascrizione \- 1 promotore= costituito da: \- 1core promoter è a circa 40bp dal sito d'inizio \- 1 \"upstream\" promoter che può essere anche oltre 200bp upstream \- Enhancers = DNA lontano cui si legano fattori di trascrizione \- Silenziatori = DNA lontano cui si legano fattori di repressione della trascrizione Geni tra loro adiacenti sono spesso separati da un Insulator che impedisce interferenze tra promotori, enhancers etc dei 2 diversi geni. La prima caratteristica del DNA è la capacità di duplicazione. Perchè si realizzi questo evento è necessario un enzima: la DNApolimerasi. Duplicazione: La duplicazione del DNA avviene prima della divisione cellulare sia nelle cellule procariotiche che in quelle eucariotiche. Nelle cellule eucariotiche la fase del ciclo cellulare dedicata a questo processo è detta fase S. La duplicazione della doppia elica di DNA richiede innanzitutto che i due filamenti vengano separati rompendo i legami a idrogeno tra le coppie di basi azotate complementari. Questo si realizza grazie all\'enzima DNA elicasi, che svolgendo da una parte la doppia elica, crea dall\'altra un superavvolgimento, rilassato dall\'intervento dell\'enzima DNA girasi, un tipo di topoisomerasi. La regione in cui le due eliche sono separate e fungono da stampo per la sintesi di un filamento complementare è detta forca (o forcella) di replicazione. Lavanzamento della forcella lungo la doppia elica è mediato dal movimento dell\'elicasi. Le proteine SSB (single strand binding proteins, proteine di legame di filamenti singoli) si legano a ciascuna elica, proteggendole e impedendo la formazione di tratti a doppio filamento che potrebbero ostacolare l\'avanzamento della forca di replicazione. L\'assemblaggio della forca di replicazione avviene a partire da una regione specifica del DNA, detta origine di replicazione. La sintesi del filamento nuovo avviene ad opera dell\'enzima DNA polimerasi che, tuttavia, non è in grado di iniziare la sintesi di una nuova catena, ma di allungare in direzione 5\'-3\' un tratto di DNA preesistente. A questo scopo, una volta avvenuta la separazione delle due eliche, l\'enzima primasi (una RNA polimerasi) crea un piccolo tratto di RNA, detto primer o innesco, che viene allungato dalla DNA polimerasi mediante l\'aggiunta di deossinucleotidi, rispettando la complementarietà delle basi azotate rispetto a quelle dello stampo. La DNA polimerasi ha bisogno di primer per poter sintetizzare un nuovo filamento. I nucleotidi sono aggiunti dalla DNA polimerasi in direzione 5\'-3\'. La DNA polimerasi utilizza nucleosidi trifosfati (dNTP, deossinucleosidi trifosfato). Il rilascio di pirofosfato (PPi) e la successiva idrolisi in due gruppi fosfato liberi, in seguito alla formazione del legame fosfodiesterico con il terminale 3\'-OH dell\'ultimo nucleotide della catena in crescita, consente di rilasciare l\'energia indispensabile alla reazione di polimerizzazione. La DNA polimerasi crea un filamento nuovo procedendo in direzione 5\'-3\', ma le due eliche di DNA hanno orientamento opposto e ciò pone il problema di come i due filamenti vengano sintetizzati contemporaneamente seguendo l\'avanzamento della forca di replicazione. Mediante esperimenti condotti negli anni \'60 è stato scoperto che uno dei due filamenti viene sintetizzato in modo continuo (leading strand, filamento continuo) a partire da un unico primer, l\'altro in modo discontinuo (lagging strand, filamento ritardato). La sintesi del filamento lagging avviene a tratti, producendo dei frammenti di DNA, detti frammenti di Okazaki, lunghi 100-200 nucleotidi negli eucarioti. Ogni frammento viene sintetizzato da un primer e la sintesi si arresta in corrispondenza del terminale 5' di un frammento precedente. Tutti i primer vengono rimossi nel corso della duplicazione dei due filamenti ad opera dell\'enzima RNAasi H e dall\'intervento di polimerasi alternative che provvedono inoltre a colmare i vuoti rimasti. La formazione dei legami fosfodiesterici tra i vari frammenti è realizzato dalla DNA ligasi. La sintesi del filamento lagging richiede che venga ripiegato insieme allo stampo a formare un\'ansa che si allunga man mano che la sintesi procede. Questo meccanismo consente ai due filamenti di essere replicati quasi contemporaneamente, assecondando il movimento della forca di replicazione lungo la doppia elica. Ogni filamento è sintetizzato da una propria polimerasi e sia nei procarioti che negli eucarioti sono note diverse polimerasi. La forma lineare dei cromosomi eucariotici pone dei limiti alla replicazione delle estremità. Il problema riguarda il filamento lagging, dove la rimozione dell\'ultimo primer del frammento di Okazaki sintetizzato per ultimo non consente al macchinario replicativo di colmare il gap lasciato, perché dovrebbe agire allungando un terminale 3\' di un frammento adiacente. Il risultato sarebbe un filamento lagging più corto che si accorcerebbe ad ogni replicazione potendo causare la perdita di geni essenziali. Le estremità dei cromosomi, i telomeri, svolgono un ruolo protettivo di fondamentale importanza dei cromosomi e il loro mantenimento deve essere salvaguardato. Essi sono caratterizzati, in una delle due eliche, dalla ripetizione per un centinaio di volte di corte sequenze 5\'-TTAGGG-3\'. Tali sequenze non hanno alcun ruolo codificante, ma l\'associazione con proteine specifiche forma dei \"cappucci\" alle estremità dei cromosomi con l\'importante funzione di proteggere il DNA dall\'attacco di vari enzimi. Il mantenimento dei telomeri è assicurato dall\'enzima telomerasi, che contiene un RNA ricco in nucleotidi AC in grado di appaiarsi all\'estremità del cromosoma ricca in TG, facendone sporgere una parte che la componente proteica dell\'enzima allunga sulla base della sequenza del RNA, utilizzata quindi come stampo. L\'allungamento della porzione ricca in TG crea un tratto a singolo filamento. È probabile che il filamento complementare venga allungato grazie all\'intervento del normale macchinario replicativo. La DNA polimerasi è inoltre in grado di rilevare appaiamenti non corretti e di rimuovere i nucleotidi errati grazie a un\'attività esonucleasica 3\'-5\', definita anche correttore di bozze (proofreading). Il termine esonucleasi si riferisce al fatto che la rimozione dei nucleotidi avviene a partire da un\'estremità, nel caso dell\'attività proofreading dall\'estremità 3\', mentre se le nucleasi tagliano i filamenti centralmente sono dette endonucleasi. OMOLOGIA= In una coppia di cromosomi omologhi ciascun cromosoma contiene lo stesso tipo di informazione. Immaginandolo come un modulo informativo di due individui entrambi contengono le stesse domande nello stesso ordine. Tuttavia le informazioni possono essere diverse. Allo stesso modo i cromosomi omologhi sono simili, ma non necessariamente identici. Individui di specie diverse avranno genomi diversi, mentre invece individui della stessa specie hanno un genoma comune. Al momento della trasmissione della progenie il genoma viene prodotto attraverso una riorganizzazione delle due copie ricevute dai genitori. I genomi trasmessi dopo il riarrangiamento sono sempre diversi da quelli ereditati: questo determina la variabilità tra individui che siamo abituati ad osservare tra razze e tra individui della stessa razza. La selezione artificiale agisce quindi sulle piccole differenze che in determinati punti (locus) caratterizzano i genomi di una stessa specie. Le due diverse forme che potremmo osservare prendono il nome di alleli. L'esempio più semplice di allelia è dato dalla mutazione puntiforme (SNP), essa marca una regione del genoma, se la regione del genoma non è codificante allora si parla di un marcatore genico anonimo; se invece la regione è codificante si parla di [mutazione causativa] (produce differenza fenotipica). Esiste anche un caso in cui vi è una [mutazione puntiforme] in una zona codificante, ma essa non produce nessun effetto fenotipico, prende il nome di [mutazione sinonima.] Polimorfismo = presenza simultanea in una popolazione di alleli diversi di uno stesso gene. In presenza di più alleli ( vedi esempio sul libro a pagina 8) si parla di allelia multipla o poliallelia. È importante capire la differenza tra SNP e SNV: Una variazione della sequenza nucleotidica rispetto al wild type è SNV. Può essere un reperto in un solo unico animale. Se questa variazione è frequente nella popolazione (es in una razza o specie) è considerato un polimorfismo della popolazione e si definisce SNP. Essendo frequente è palesemente trasmesso verticalmente (mutazione = cambiamento). MUTAZIONI: La variabilità dei caratteri ereditari deriva da variazioni casuali non riparate nel DNA. Mutazione non uguale a variazione. La mutazione può causare la formazione di una proteina diversa o la formazione di una proteina incompleta. [- Mutazione somatica]= avviene nelle cellule somatiche, Dà origine a 1 o + cloni cellulari mutati (es. Tumore cutaneo). Colpisce l'individuo, ma non viene trasmessa dall'individuo alla prole. \- [mutazione germinale] = avviene nelle cellule germinali (precursori delle cellule uovo e degli spermatozoi), dà origine a gameti mutati. L'individuo trasmette la mutazione alla prole che la presenta sia nelle cellule somatiche che germinali. \- [mutazione cromosomiche]: Variazione, rispetto alla norma nella specie di: Numero / dimensioni / morfologia / bandeggio di parti o d'interi cromosomi. Dovuta a errori di separazione dei cromosomi durante la meiosi. CONSEGUENZE GRAVI, SPESSO LETALI:( Interruzione della struttura di un gene. Variazioni del dosaggio genico.) Cause = radiazioni, agenti chimici, spontanee. Meccanismo evolutivo (per modificare l'espressione dei geni). \- [alterazioni numeriche (mutazione genomica]): [alterazione del numero di tutto il corredo cromosomico]: triplodia → Una cellula uovo con due spermi o mancanza di una delle due Divisioni meiotiche. Pochi feti a termine con malformazioni multiple. Tetraplodia → Una sola citodieresi. Aborto nel 1 ° trimestre. \- [alterazioni numeriche di una coppia di cromosomi] : trisomia o monosomia. Alterazioni strutturati ( mutazione cromosomica): Il cromosoma -Si spezza e si riattacca= inversione \- Si duplica una parte = duplicazione \- Si perde un pezzo = delezione \- Si inserisce un pezzo = inserzione \- traslocazione robertsoriana = trasloca Le mutazioni possono essere: \- missenso → no cambio di amminoacido; \- non senso → codifica per un codone di stop e la sintesi si interrompe; Cariotipo= rappresenta l'insieme dei cromosomi di una cellula mentre il DNA si duplica. Rappresenta l'insieme delle caratteristiche di numero, forma e dimensione dei cromosomi di una certa specie. Si descrive indicando il numero totale dei cromosomi (2n) e l'assetto dei cromosomi sessuali. È caratterizzato da forma e bendaggio dei cromosomi ed è specie specifico. L'analisi del cariotipo è utile per verificare la presenza di mutazioni cromosomiche LE LEGGI DI MENDEL: *la prima legge di Mendel o della dominanza:* I due membri di una coppia di alleli segregano durante la formazione dei gameti, in modo che metà di questi porti un membro della coppia e l'altra metà porti l'altro. I due membri di una coppia di geni segregano, ossia si separano durante la formazione dei gameti in modo bilanciato. Il fatto che metà dei gameti siano di un membro della coppia e l'altra metà dell'altro comporta che i rapporti genotipici attesi siano: In caso di dominanza mendeliana gli individui eterozigoti sono fenotipicamente uguali ai dominanti e quindi il fenotipo atteso sarà 3A: 1a. (il fenotipo dominante viene spesso indicato come A-) Alcuni fenomeni biologici producono risultati che possono sembrare eccezioni: \- codominanza: Gli individui eterozigoti presentano un fenotipo diverso da entrambi gli omozigoti parentali, infatti presentano simultaneamente entrambi i caratteri: quindi il rapporto fenotipico corrisponde a quello genotipico ( 1AA: 2Aa: 1aa) \- dominanza intermedia : anche in questo caso gli individui eterozigoti presentano un fenotipo diverso dagli omozigoti parentali, ma le caratteristiche sono intermedie e non riconducibili alla simultanea presenza di entrambi i caratteri \- eredità influenzata dal sesso \- geni letali: in presenza di geni letali recessivi il rapporto fenotipico sarà di 2:1 anziché di 3:1 poiché l'individuo con genotipo omozigote per il gene letale non nasce. *Seconda legge di Mendel o della segregazione indipendente/disgiunzione:* Questa legge prende in considerazione due loci simultaneamente. Durante la formazione dei gameti, la segregazione di una coppia di geni è indipendente da quella delle altre coppie. Consideriamo due caratteri codificati rispettivamente da due geni, ciascuno con due forme alleliche, di cui una dominante e l\'altra recessiva (A \> a, B \> b). Individui eterozigoti a entrambi i loci produrranno 4 tipi di gameti nella proporzione di ¼ per ogni tipo. alcune definizioni: \- linea pura: Gruppo di individui (popolazione) omozigote per uno (o più) caratteri che quindi si comporta in modo costante per quel carattere. \- ibridio: progenie di un incrocio tra linee pure. \- monoibrido: ibrido per un carattere \- diibrido: ibrido per 2 caratteri. *terza legge di Mendel o dell'assortimento indipendente:* I geni situati su cromosomi diversi (= geni "NON ASSOCIATI") si comportano in modo INDIPENDENTE durante la produzione dei gameti (=meiosi). La terza legge di Mendel è anche detta principio dell\'assortimento indipendente e fa riferimento all\'ereditarietà di più caratteri simultaneamente. Secondo tale principio due fattori (geni) responsabili di due diversi caratteri assortiscono indipendentemente l\'uno dall\'altro. In termini moderni questo significa che geni localizzati su cromosomi diversi si comportano indipendentemente in meiosi durante la formazione dei gameti. La conseguenza dell\'assortimento indipendente è la possibilità di ottenere nella progenie combinazioni di fenotipi diverse da quelle presenti nella generazione parentale. Il requisito indispensabile alla validità della terza legge di Mendel è la localizzazione su cromosomi diversi dei caratteri presi in esame. Se i caratteri risiedono sullo stesso cromosoma, sono cioè associati, segregano insieme e non è possibile ottenere combinazioni alternative rispetto ai fenotipi parentali (a meno di eventi di crossing-over). TEST STATISTICI: Precedentemente abbiamo visto diversi rapporti di segregazione dovuti a meccanismi d'azione vari che si stabiliscono tra i geni. I meccanismi genetici che stanno alla base di quanto viene osservato vengono ipotizzati in base ai rapporti di segregazione o alle frequenze degli eventi che si osservano in un disegno sperimentale test statistico= Un test statistico è uno strumento usato per valutare le evidenze fornite dai dati osservati rispetto ad un'ipotesi. Nel caso dei nostri esercizi abbiamo 2 ipotesi: 1\) ipotesi genetica= quando ipotizziamo il tipo di trasmissione 2\) ipotesi statistica= cioè che non c'è differenza tra due fenomeni misurati; ipotesi nulla (H0) Se la differenza tra dati osservati e dati attesi è significativamente piccola accetto H0 (= non c'è sostanziale differenza tra i dati attesi e quelli osservati se non quella dovuta al campionamento o al caso), quindi l'ipotesi genetica è corretta. Se sono significativamente diversi la rigetto e dovrò formularne una diversa. *Test del chi quadrato:* Un problema che si ripropone costantemente a chi studia la segregazione mendeliana dei caratteri è se le frequenze fenotipiche osservate nella progenie di un incrocio siano rispondenti o meno a quelle attese in base all'ipotesi premessa o "ipotesi 0". L'ipotesi 0 (H0), ad esempio nel caso di un reincrocio di un genitore supposto eterozigote per un locus con un genitore supposto omozigote recessivo, è che il rapporto fenotipico nella progenie sia 1 : 1. In una progenie di 200 individui, quindi, in base all'ipotesi zero attendiamo 100 individui segreganti per il carattere dominante e 100 per il carattere recessivo.  Immaginiamo ora di avere effettuato il reincrocio e di aver ottenuto 110 individui con il fenotipo dominante e 90 con quello recessivo, in questo modo abbiamo ottenuto un rapporto evidentemente diverso dall'atteso 1 : 1. Potremmo quindi pensare, senza l'ausilio dell'analisi statistica, che la segregazione osservata non sia in accordo con H0, mentre in realtà tale accordo sussiste, si parla quindi di errore di I tipo o di I ordine. Immaginiamo ora di eseguire un altro reincrocio e di ottenere una segregazione 130 : 70. Se decidessimo che questi dati siano in accordo con H0, mentre in realtà non lo sono, commetteremmo quello che viene detto errore di II tipo o di II ordine. Per non incorrere in tali errori di interpretazione si rende necessaria l'elaborazione statistica dei dati ottenuti onde poter esprimere in termini probabilistici, mai assoluti, la compatibilità o meno di essi con l'ipotesi teorica premessa. Si tratta, in sostanza, di decidere con quale probabilità lo scostamento fra i dati dell'ipotesi e quelli osservati sia dovuto all'intervento del caso e con quale probabilità essi siano in accordo. Come lo svolgo? Devo seguire 6 passaggi. 1- osservo un fatto 2- formulo una possibile interpretazione dei dati in base ad un'ipotesi fondata sulle nostre conoscenze in materia 3- rifaccio le stesse osservazioni in condizioni controllate per eliminare eventuali elementi di disturbo. Durante questo passaggio devo registrare rigorosamente ciò che osservo (dati osservati) 4- in base all'ipotesi formulata stabilisco quali dati osservare 5- confronto la realtà osservata con l'ipotesi (calcolo valore del chi quadrato) 6- valuto il risultato del confronto con un opportuno test statistico che ci dice se l'ipotesi è accettabile o meno,in relazione ai gdl ( numero di parametri del sistema). La stima viene espressa in Probabilità che H0 sia corretta. SE la Probabilità è grande (maggiore del 95%): → La differenza tra i dati non è significativa, quindi è "casuale" = accetto l'ipotesi H0 e quindi l'ipotesi genetica formulata è corretta → SE la Probabilità è piccola (5% o meno) La differenza è significativa, H0 non è vera (va rifiutata) e l'ipotesi genetica va cambiata = alla base del fenomeno osservato non c'è il meccanismo genetico ipotizzato. La formula generale è **Σ** (O -- T)\^2/T in cui: Σ = è il segno di sommatoria O = indica i valori osservati T = indica i valori attesi in base all'ipotesi premessa La differenza O -- T può essere indicata come d. Immagine che contiene testo, schermata, Carattere, numero Descrizione generata automaticamente Abbiamo ottenuto per i due esperimenti due valori di χ^2^ che ci permettono di leggere direttamente, su apposite **tabelle**, il valore di **P** o [probabilità che i valori osservati siano o meno in accordo con l'ipotesi premessa].  il numero di gradi di libertà di un sistema è dato dal numero di valori che possono arbitrariamente essere modificati purché il risultato resti costante. Negli esempi precedenti, il sistema è rappresentato da una somma di due addendi (110 + 90 = 200; 130 + 70 = 200) e possono essere variati i valori di tutti gli addendi meno uno, determinato dal valore fisso della somma. In pratica, quindi, nei casi della genetica formale, il **numero di gradi di libertà è dato dal numero di classi meno uno.** Entriamo, pertanto, nella tabella in corrispondenza della riga di 1 grado di libertà e spostiamoci verso destra fino a trovare il valore di "chi quadro" più vicino a quello calcolato. Il valore 2, relativo al I esempio, è minore di 2,706 della tabella, cui corrisponde (prima riga in alto) un valore di probabilità di 0,10 (10%). Ciò significa che la probabilità che la segregazione osservata sia in accordo con quella teorica (e che quindi gli scostamenti siano dovuti al caso) è molto alta, maggiore del 10%, tanto da poter concludere che i dati osservati sono in accordo con H0. Nel caso della segregazione del II esempio, viceversa, il valore del "chi quadro" = 18 corrisponde ad un valore di P minore di 0,001 (0,1%). La probabilità che gli scostamenti siano dovuti al caso è minore di 1/1000 e quindi l'ipotesi premessa deve essere scartata. Una limitazione della formula del "chi quadro" è che questa non può essere applicata nel caso in cui il numero totale di osservazioni (ampiezza del campione) sia inferiore a 5. Inoltre, il test del "chi quadro" non può essere applicato utilizzando come dati i valori percentuali delle frequenze osservate. Infatti, operando su percentuali si riduce il numero totale a 100, il che altera il reale valore del "chi quadro". Se il totale è maggiore di 100. EREDITA' DEL SESSO: La determinazione del sesso è controllata geneticamente dai cromosomi sessuali, responsabili dei sessi distinti. In tutti i mammiferi: femmina → X/X = sesso omogametico = le cellule uovo hanno tutte la X maschio → X/Y = sesso eterogametico = 50% degli spermatozoi hanno X e 50% Y. In alcuni pesci e negli uccelli da allevamento: femmina W/Z = sesso eterogametico maschio Z/Z = sesso omogametico Questa differenza tra mammiferi e uccelli è dovuta al fatto che i loro cromosomi sessuali si sono evoluti indipendentemente. La prova è data dal fatto che i geni presenti sui cromosomi sessuali nei mammiferi, sono situati negli autosomi degli uccelli e, viceversa, i geni presenti nei cromosomi sessuali degli uccelli si trovano negli autosomi dei mammiferi. *La determinazione molecolare del sesso:* è uno strumento importante in vari settori come: \- medicina forense umana \- embrioni bovini \- Ogni qual volta si faccia una analisi del DNA e si voglia conferma del sesso del campione (es. pezzo di carcassa di un selvatico). La prima tecnica molecolare per il sessaggio degli embrioni bovini risale a 30 anni fa. Veniva e viene usato il locus dell'amelogenina, il quale, codifica per una proteina coinvolta nello sviluppo dello smalto dei denti e si trova sulla porzione omologa dei cromosomi sessuali in Y. Un altro gene che spesso si usa insieme all'Amelogenina è il gene SRY (= Sex‐determining Region Y), che è localizzato sulla porzione non omologa della Y dei mammiferi e codifica per il fattore di determinazione del testicolo. *Caratteri legati al sesso: ( trattiamo solo gli X-linked)* Si parla di caratteri legati al sesso per una serie di caratteri che possono non avere nulla a che fare con la determinazione del sesso, ma che sono controllati da geni posti sui cromosomi sessuali, quindi sui cromosomi X (nella regione non omologa) e non sugli autosomi. Un gene localizzato nella regione non omologa del cromosoma X NON ha un omologo sul cromosoma Y. I maschi sono emizigoti per i geni legati al sesso, cioè hanno solo l'allele sul cromosoma X per i geni localizzati nella regione non omologa della X) Facciamo degli esempi: L'emofilia è una malattia che impedisce una normale coagulazione del sangue ed è determinata da un gene recessivo posto sul cromosoma X. XX = femmina sana XaX = femmina portatrice sana XaXa = femmina malata XY= maschio sano XaY= maschio malato. Si parla in questo caso di diaginica ( trasmessa attraverso la femmina), in quanto la femmina portatrice trasmette la malattia a metà dei suoi figli maschi. Altro esempio: -gatto con il mantello a tartaruga. Uno dei loci per il colore del mantello di questa specie si trova sul cromosoma X e presenta due alleli: B (colore nero) e b (colore fulvo). I maschi possono essere solo neri (XBY) o fulvi ( XbY), mentre le femmine possono essere nere (XBXB), fulve ( XbXb) e tartaruga (XBXb). Il fatto che entrambi gli alleli esplichino la loro azione nella femmina eterozigote è dovuto all'inattivazione casuale di uno dei cromosomi X che si verifica sempre in una fase precoce dell'embriogenesi (16° giorno dalla fecondazione) nel sesso omogametico per evitare uno sbilanciamento rispetto al sesso eterogametico. Quando la X è inattiva è condensata e si presenta nel nucleo sotto forma di un corpuscolo detto di Barr. Questa inattivazione è irreversibile, fatta eccezione per i gameti. Si ha così una compensazione di dosaggio. Dalla moltiplicazione delle cellule in cui è attivato il cromosoma XB avranno origine altre cellule portatrici del gene B (macchie nere), mentre le cellule con attivo il cromosoma Xb daranno origine a macchie fulve. Il risultato dell'inattivazione casuale è il mosaicismo. *Eredità influenzata dal sesso:* I geni che determinano i caratteri influenzati dal sesso risiedono SUGLI AUTOSOMI. (e su piccole porzioni omologhe dei cromosomi sessuali). In questi geni un allele è espresso come dominante in un solo sesso ed è quindi recessivo nell'altro sesso. (a causa dell'ambiente interno ormonale). Facciamo degli esempi: \- calvizie dominante solo nel maschio.  Altro esempio: \- corna pecore dominanti solo nel maschio. Incrociando arieti di razza Dorset (con corna e genotipo omoziogote AA) e pecore di razza Suffok (senza corna e con genotipo omozigote aa) si ottengono meticci Aa con corna se maschi e senza se femmine. Incrociando i meticci tra loro si ottengono:  ultimo esempio: Nell'Appaloosa la pezzatura (mottle) è caratterizzata da: -Pigmentazione a macchie su muso e/o genitali -Zoccoli a strisce verticali -Sclera dell'occhio bianca L'espressione del mottle data dall'allele LLp nell'Appaloosa pare influenzata dal sesso: Il maschio eterozigote ha più pattern mottle della femmina eterozigote. *Caratteri limitati ad un sesso:* L'eredità limitata a un sesso è quella riferita a tutti quei caratteri sessuali secondari che sono espressi solo in uno dei due sessi. Per esempio, la produzione di latte e uova nelle femmine. È importante avere presente che, sebbene non produca latte, un toro è portatore nel suo genoma di tutti i geni che controllano la qualità e la quantità di latte che le sue eventuali figlie produrranno. GLI ALBERI GENEALOGICI: è il pedigree inteso come albero genealogico del gruppo familiare a cui appartiene il soggetto e in cui, oltre alle relazioni di parentela, vengono segnati tutti i soggetti noti che manifestano un determinato fenotipo in analisi. È importante non confonderlo con il pedigree di un soggetto, inteso come il certificato genealogico, che è un certificato anagrafico con l'identificativo dei suoi ascendenti, emesso da un ente preposto (e riconosciuto dal MiPAF). Dall'analisi di un albero genealogico possiamo studiare la comparsa delle malattie nelle varie generazioni. Autosomica dominante → Si manifesta a tutte le generazioni, anche per gli eterozigoti e per entrambi i sessi autosomica recessiva → Si manifesta con salti generazionali, solo negli omozigoti di entrambi i sessi. Il gene mutato permane nella popolazione grazie ai portatori sani ( eterozigoti) X-linked dominante → Compare per tutte le generaazioni ad entrambi i sessi, ma è più frequente nelle donne X-linked recessiva → Compare con salti generazionali, quasi esclusivamente nei maschi VARIAZIONI DELLE FREQUENZE FENOTIPICHE ATTESE RISPETTO ALLA LEGGE DELLA DOMINANZA DI MENDEL: Per iniziare questo argomento è importante avere chiara la differenza tra:\ -[pleiotropia] → Molti geni non determinano un solo carattere, ma manifestano più effetti fenotipici contemporaneamente, apparentemente non correlati tra loro; \- [polimeria] (interazione genica ) → meccanismo di determinazione di un carattere fenotipico da parte di più geni. Se si considerano due loci diversi può essere che ci sia un'interazione tra gli effetti dei geni a quei loci. Questo può accadere per esempio quando due (o più ) geni codificano per enzimi che catalizzano tappe successive in una via biosintetica comune L'interazione genica può essere epistatica o non epistatica: \- [non epistatica] → interazione genica di due geni per un unico carattere. Esempio creste dei galli: Le creste dei galli possono essere di 4 tipologie: semplice, a pisello, a rosa e a noce. I geni che portano a questi fenotipi sono2: quello per la crestaa rosa ® e quello per la cresta a pisello ( P). Cresta a rosa → (ppRR;ppRr) cresta a pisello → ( Pprr; Pprr) cresta semplice (pprr) E la cresta a noce? PPRR,PpRR,PPRr e PpRr. Quando sono presenti sia l'allele dominante P che l'allele dominante R, essi interagiscono e producono un fenotipo diverso. L'interazione tra i geni P ed R ha prodotto un nuovo fenotipo. \- [epistatica] → Una coppia di alleli può modificare l'effetto di un'altra, ma in questo caso non viene prodotto un nuovo fenotipo. Una coppia di alleli può impedire o mascherare, quindi, l'espressione di un'altra coppia. Esistono diversi tipi di epistasi, ma [noi ci occuperemo di quella recessiva.] Un esempio di epistasi recessiva è il colore del mantello del labrador: Il pelo dei labrador può essere nero, marrone o giallo. I geni coinvolti sono due: quello per il pigmento (B) (nero → Bb/BB; marrone → bb) e quello per la distribuzione del pigmento (E) (EE/Ee → marrone/nero; e → gene epistatico). Nella sua forma recessiva il gene E è appunto epistatico e se presente come (ee) blocca l'espressione del gene B, otteniamo così labrador con il pelo giallo. Come detto precedentemente esistono anche altre tipologie di espistasi: -[doppia epistasi recessiva] → I polli di razza Wyandottes presentano un allele per il piumaggio bianco (c) recessivo sulla presenza di colore ©, mentre la razza Livornese bianca presenta in altro gene per il colore in cui l'allele per l'inibizione del colore è dominante (I) sulla presenza (i). Di conseguenza; I\> CC/Cc; cc\> ii -[epistasi dominante] → Nel cane il gene inibitore sul pigmento W è dominante sul gene non inibitore w. La presenza di un allele W anche in singola dose impedisce che i geni dell'altro locus manifestino la loro azione. -[Doppia epistasi dominante] → I bovini Hereford e Simmental presentano la faccia bianca, ma diverso genotipo: i primi (Hhss) presentano l'allele H dominante per la faccia bianca, i secondi (hhSS) presentano l'allele S, sempre dominante, ma ad un altro locus. Quindi H\> ss, S\> hh. GENI MODIFICATORI: i geni che sono in grado di aumentare o diminuire l\'espressione di un carattere determinato da un altro gene (detto gene principale). Esempio: Gene d della diluizione. Modifica l'intensità del colore del manto (esempio nel gatto) Un allele di un locus interferisce (modifica) l'espressione di un genotipo di un secondo locus. Proteina D che modifica l'espressione fenotipica di B. LINKAGE: Mendel fu molto fortunato nella sua sperimentazione sul pisello. I caratteri che scelse, infatti, erano tutti controllati da geni posti su cromosomi diversi e la segregazione indipendente emerse chiara dal conteggio dei fenotipi. Quando due geni si trovano vicini sullo stesso cromosoma, non segregano indipendentemente, ma in modo associato. Se due loci A/a B/b sono molto vicini, e quindi tra loro non avviene MAI il crossing over (LOCI in LINKAGE assoluto) si producono solo gameti parentali A B e a b. Il genotipo di questo individuo sarà AaBb. Se l'associazione è completa, ovvero i due geni sono molto vicini lungo il cromosoma, un individuo diibrido AB/ab produrrà soltanto due tipi di gameti invece che 4. L'assortimento nei figli è uguale a 0. Raramente 2 loci sullo stesso cromosoma sono in associazione completa (o linkage assoluto). Più spesso sono associati meno "saldamente" Questo perchè tra due loci può verificarsi un crossing over o ricombinazione. Se guardo la meiosi in cui è avvenuta la ricombinazione ho il 50% di riassortimento (assortimento indipendente), come avviene quando i 2 loci in esame sono su cromosomi diversi. MA, se guardo molte meiosi di due loci posizionati distanti sullo stesso cromosoma (come quelle per produrre un eiaculato) e i due loci non sono molto, molto distanti, NON IN TUTTE LE MEIOSI SI VERIFICA un crossing over tra di essi. Osservando molte meiosi (= molti figli), vedrò che in totale i ricombinanti sono meno del 50% atteso in caso di assortimento indipendente, e più dell'0% in caso di linkage assoluto. Immaginiamo due situazioni diverse: A \_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_B C\_\_\_\_\_\_\_\_\_D I crossing-overs saranno più probabili tra A e B o tra C e D ? LA FREQUENZA CON CUI SI VERIFICA IL CROSSING OVER TRA DUE LOCI È PROPORZIONALE ALLA LORO DISTANZA. Maggiore è la distanza tra due loci, maggiore è la probabilità che si verifichi tra loro un crossing over e quindi maggiore è la % dei ricombinanti. Il rapporto tra il numero dei gameti ricombinanti e il totale dei gameti si definisce frequenza di ricombinazione 0: essa fornisce una misura della distanza tra i due geni. *[Distanza di mappa o genetica:]* Due loci che presentano una frequenza di ricombinazione dell\'1% sono definiti distanti 1 centimorgan (cM) o unità di mappa (se 2% = 2 cM e così via).cM è l\'unità di misura della distanza genetica tra 2 loci. *[La fase:]* Gli alleli a due loci associati possono essere in FASE CIS o in fase TRANS. La fase indica su quale omologo si trovano reciprocamente ‐L'associazione in cis prevede che un cromosoma porti entrambi gli alleli di un tipo, es ominanti (o i wt o quelli che sto considerando), e che l'omologo porti entrambi gli alleli dell'altro es i recessivi (o i mutati). CIS = sullo stesso cromosoma della coppia di omologhi ‐L'associazione in trans prevede che ciascun cromosoma porti un allele (il dominante o quello che sto considerando) dei due loci. TRANS = uno di qua uno di là. **[Aplotipo:]** Una serie di varianti alleliche a loci adiacenti in linkagesullo stesso cromosoma (-\>ereditati insieme)si dice aplotipo. Vediamo come indicare il genotipo segnalando **[la fase:]** Il doppio eterozigote:genotipo si scrive: A/a B/b Se si vuole evidenziare la fase(quando per esempio si calcola il linkage) può essere scritto cosi : A B // a b (se è in cis) A b // a B (se è in trans). ALTRI FENOMENI: I meccanismi genetici che permettono l'espressione di caratteri semplici come quelli che abbiamo visto finora vengono talvolta complicati dall'interferenza di altri fenomeni: \- la [penetranza] di un genotipo è la percentuale di individui con un determinato genotipo che presenta il fenotipo associato a quel genotipo. Un individuo può avere, per esempio, il genotipo (aa) ma non esprimere il fenotipo ad esso associato a causa di un gene modificatore, epistatico o soppressore presente nel suo genoma, oppure per effetto ambientale. La penetranza è un concetto che si riferisce alla popolazione ed è definita completa (100%) quando il fenotipo si esprime ogni volta che è presente il corrispondente genotipo. A livello del singolo individuo il carattere ha solo due possibilità: o si manifesta o non si manifesta. Questo fenomeno è più frequente nei caratteri dominanti ed è più evidente in popolazioni "selvatiche", cioè meno omogenee. Tuttavia, ad esempio, in animali da laboratorio (geneticamente omogenei) l'inserimento di uno stesso gene (transgenesi) in ceppi diversi può portare ad espressioni diverse del fenotipo. \- l'[espressività] è il grado di espressione fenotipica di un certo genotipo in un individuo. Le cause sono identiche a quelle viste per la penetranza incompleta. Il grado del fenotipo non e' prevedibile, si può solo prevedere e quantizzare il rischio di ereditare l'allele. Un esempio è il sindattilismo nei bovini che produce la fusione dei due unghioni in un'unica unghia simile a quella del mulo. La patologia a base monogenica recessiva può colpire uno o più arti con livelli diversi di gravità in individui che presentano lo stesso genotipo omozigote recessivo per quel gene. EPIGENETICA: epigenotipo = informazione "ereditabile" in grado di influire sul fenotipo senza che vi sia cambiamento di sequenza del DNA. Il meccanismo epigenetico meglio conosciuto e' la metilazione del DNA. **[Metilazione del DNA]**= metilazione (aggiunta di gruppi metili a citosine di uno specifico tratto di DNA) di una regione genomica viene considerata un indicatore di inattivazione. La metilazione altera le proprietà della sequenza di DNA in cui le citosine sono collocate: ad esempio viene impedito il legame di fattori di trascrizione, oppure, vengono legate proteine che riconoscono specificamente la metil-citosina. GENI STRUTTURALI E REGOLATORI: \- strutturali → codificano per proteine \- regolatori → attivatori, promotori ecc.. Ma cosa determina la differente espressione dei geni? (es: una cellula del pancreas produce insulina e una del sangue produce globuli rossi; ma hanno lo stesso DNA). È stato scoperto nel 1998 da Craig Mello -- Un. Massachusetts e Andrew Fire -- Stanford che esistono dei frammenti di RNAi (interferenza) a livello del citoplasma che si legano al mRNA e bloccano l'espressione di certi geni, per questo motivo le cellule producono molecole diverse. Micro RNA MicroRNA a singola elica si attacca al mRNA complementare a singola elica. La formazione della doppia elica attiva la degradazione del mRNA La scomparsa o la riduzione dell'mRNA comporta il "silenziamento del gene" e la mancanza della proteina o la riduzione della sua produzione IMPRINTING GENOMICO: esempio di attivazione trascrizionale allele specifica : Forma di eredità epigenetica nella quale, durante la formazione dei gameti, viene modificato il livello di espressione di un gene o di un cromosoma. specie= individui in grado di accoppiarsi e produrre prole fertile. Esempio: Il prodotto dell\'accoppiamento di asina con cavallo (bardotto) o di cavalla con asino (mulo); dando prole sterile è interspecifico. Inoltre l\'ibrido (prodotto degli incroci), è di tipo leggermente diverso, a seconda che la madre sia una asina o una cavalla. MULI E BARDOTTI sono dunque particolari perchè l\'ereditarietà non è uguale per via parentale maschile o femminile. Si ha come risultato che il gene si esprime in modo maggiore o minore a seconda del sesso del genitore da cui il gamete viene. La differenza non riguarda il genotipo, cioè la quantità e qualità dei geni ereditati, ma la loro espressione, cioè il fenotipo. L'imprinting genomico è una forma di controllo dell'attivazione del genoma diretta da particolari geni che si ereditano in parte dalla madre e in parte dal padre. ALCUNE PORZIONI DI GENOMA EREDITATE DALLA MADRE E DAL PADRE DECIDONO IN MANIERA ESCLUSIVA QUALI GENI DEBBANO ESSERE ATTIVI NEL FIGLIO MANTENENDO INATTIVI GLI ALTRI. [DIFFERENZA TRA POLIGENICO E MONOGENICO:] Monogenico → caratteri che dipendono da un solo gene poligenico → caratteri che dipendono da tanti geni con un effetto piccolo. I **caratteri quantitativi** sono caratteri determinati da molti geni il cui singolo effetto non è distinguibile da quello degli altri che concorrono a determinare il carattere. Ogni gene che contribuisce al carattere ha effetto additivo, cioè si somma agli altri. Esempi di caratteri quantitativi sono caratteri produttivi (latte, carne), clinici (pressione sanguigna) , attitudinali (aggressività) ecc Al crescere del numero di geni (n) che controllano un carattere e segregano indipendentemente: 1\) cresce il numero dei fenotipi (2n+1). \[n=n.geni\] 2\) La distribuzione dei fenotipi tende da discreta (classi) a diventare a continua (curva) 3\) Se a ciascun locus ci sono più alleli o il numero di loci è molto elevato il carattere diventa QUANTITATIVO = il fenotipo non è attribuibile a una classe ma è identificato da una misura numerica (litri, cm etc). Il fenotipo per un carattere quantitativo è la risultante dell'azione delle due forze indipendenti: genotipo e ambiente  Eterosi → è un termine derivato dal greco éteros, che significa diverso, uno dei due. La creazione di ibridi tra differenti specie o razze di animali spesso dà luogo ad un aumento delle dimensioni, della produttività e della resistenza oltre che alle malattie anche ad altre condizioni ambientali avverse. Questo fenomeno è stato indicato di volta in volta come effetto stimolante del fatto di essere ibrido, vigore degli ibridi o eterosi. ANALISI DEL DNA: Per tutte le analisi sul DNA genomico e mitocondriale è necessario fare un prelievo: in genere il sangue intero periferico è il migliore da prelevare per questo tipo di analisi, ma il prelievo può avvenire anche in altri modi: - Esfoliato nasale o  buccale  (bovino, gatto) - Tessuto da Marche auricolari  per campionamento bioptico Bovino‐pecora‐capra - Qualsiasi Muscolo o  parenchima o viscere - Calamo Pollo, tacchino - Pelo (bulbo pilifero) Cavallo, bovino - Latte - Urina. **La PCR: ( reazione a catena della DNA polimerasi)** tecnica base di genetica molecolare, consente di copiare  di un pezzetto specifico noto di DNA anche partendo da poche  cellule, permettendo poi di analizzarlo. Consente di AMPLIFICARE IN VITRO (= in laboratorio) una specifica regione del DNA copiandola in varie fasi successive, fino ad ottenerne milioni di copie. Dinamica: La Taq DNA POLIMERASI usa un singolo fialmento di DNA come stampo e ne sintetiza uno complementare. Per iniziare la sintesi la Taq necessita di un innesco a doppia elica (DNA del campione + primer). L'effetto di amplificazione è dato dal fatto che i primer sono 2, ciascuno su una catena. Ogni primer è un oligonucleotide di sintesi a singola catena (= single strand) di 20‐ 25 nucleotide, complementare a una sequenza a singola catena. Serve da "innesco" per la polimerasi perchè ricrea la doppia catena (double strand) e le indica dove attaccarsi. PCR multipla Amplificazione  contemporanea di diversi loci nella stessa provetta Ogni coppia di primers ne ha uno marcato con un tracciante (es. Fluorocromo di diverso colore) così che in elettroforesi il  prodotto di ogni coppia sia distinguibile per il colore Inoltre ogni coppia di primers è scelta per dare amplificati di  dimensione diversa, così che il prodotto di ogni coppia sia distinguibile anche per il peso **Elettroforesi:**guarda a milano da katia rosa. **[Marcatore genetico]** Piccola regione di DNA che contiene un  polimorfismo (delin o SNP) e viene usata per: ‐ studiare la ricombinazione  ‐ confrontare individui  ‐ confrontare tessuti provenienti da individui. I marcatori genetici usati negli animali sono: A) I microsatelliti (in lenta dismissione) B) Gli SNPs. I MICROSATELLITI sono facili da identificare e codominanti. Possono essere: - Polimorfici perché la sequenza di DNA può presentarsi allo stesso locus ripetuta in numero diverso. IL polimorfismo si valuta su una popolazione ed è legato al numero di alleli e all'eterozigosità (H). - Ubiquitari - Locus specifici quando analizzo un marcatore sono certa della sua posizione sul genoma e sono certa di non analizzarne un altro al suo posto. Sono polimorfici (presenza di molti alleli nella  popolazione) perché la sequenza base (es.CA) può  presentarsi allo  stesso locus nella popolazione (es. nel bovino) ripetuta un n° diverso di  volte e dare quindi lunghezza diversa al prodotto di PCR. - Facili ‐ Una PCR ‐ Lettura automatizzata ‐ Codominanti a trasmissione Mendeliana  semplice Gli SNPs : Loci con variazioni di un singolo nucleotide SNV. Per essere considerate SNP e utilizzate le SNV devono essere  presenti in una razza o specie almeno nell'1% dei soggetti.  Gli SNP stanno soppiantando i microsatelliti come marcatori genetici perché  più facilmente automatizzabili anche se sono loci meno polimorfici e quindi  meno informativi  (=utili). Può capitare che in regioni variabili ci siano più SNV molto vicini, in questo caso si dice Aplotipo. Come vengono applicati i marcatori in zootecnica? 1. **Controllo della parentela:** Si fa confrontando i profili genetici ottenuti tipizzando con marcatori a DNA localizzati su cromosomi diversi. Perché controllo della parentela? Negli animali da redditoè importante  per la valutazione  genetica e per la tracciabilità dei  prodotti. Nel cavallo da corsa per controllo dell'identità. Immagine che contiene testo, computer, schermata, Sito Web Descrizione generata automaticamente I loci microsatelliti hanno eredità mendeliana semplice e sono codominanti, perché analizzando direttamente il DNA riesco ad identificare entrambi gli alleli ad un locus. Per ssvolgere questo test è necessario confrontare tanti loci.  La diagnosi positiva è probabilistica dipende dal numero di loci analizzati e dal loro polimorfismo nella popolazione. Più loci analizzo + riduco l'errore. Diagnosi negativa il soggetto indicato può non essere figlio, ma non sappiamo se della madre o del padre; la diagnosi negativa è certa. Se per l'analisi della parentela decido di usare gli SNPs devo usare minimo 200 marcatori. Ci sono diverse tecniche: Immagine che contiene testo, schermata, Carattere, software Descrizione generata automaticamente 2. **Analisi della variabilità genetica studi di filogenesi Tutte le specie ‐ Storia delle razze ‐ Scelta delle razze da salvaguardare.**