Esame Genetica 2 - PDF

CAP. 4 LA MAPPATURA DEI CROMOSOMI DEGLI EUCARIOTI ATTRAVERSO LA RICOMBINAZIONE Per sapere dove i geni sono posizionati sul cromosoma molti ricercatori si sono impegnati perché - La posizione dei geni è fondamentale per costruire genotipici complessi necessarie per scopi esperimentare o...

CAP. 4 LA MAPPATURA DEI CROMOSOMI DEGLI EUCARIOTI ATTRAVERSO LA RICOMBINAZIONE Per sapere dove i geni sono posizionati sul cromosoma molti ricercatori si sono impegnati perché - La posizione dei geni è fondamentale per costruire genotipici complessi necessarie per scopi esperimentare o applicazioni commerciali - La conoscenza della posizione occupata dal gene fornisce uno strumento per individuarne la struttura e funzione - Geni presenti la loro disposizione su cromosomi sono spesso leggermente diversi in specie correlate. Quindi, le mappe cromosomiche sono utili anche per interpretare i meccanismi dell’evoluzione la disposizione dei geni sui cromosomi è rappresentata da una mappa cromosomica che mostra la posizione dei geni,note come loci. Due mappe: 1. Mappe basate sulla ricombinazione: indicano la posizione di loci di geni che sono stati identificati mediante i loro fenotipi mutanti e che presentano un modello di ereditarietà a singolo gene 2. Mappe fisiche: mostrano i geni come segmenti disposti sulla lunga molecola di DNA che costituisce un cromosoma Su un cromosoma ci sono molti geni: la segregazione di due cromosomi omologhi (uguali perche sono discendenti di un antenato comune) Quelli della coppia numero 1 si segregano quelli della coppia numero 2 segregano. Quello che succede nella coppia numero 1 è indipendente da quello che succede nella coppia numero 2: se c'è un gene sulla coppia numero 1 è un gene e altro diverso sulla coppia numero 2 questi segregano in maniera indipendente. Ma se due geni stanno sullo stesso cromosoma,se ci fossero due geni sul giallo e due geni sul marrone che si segregano alla meiosi, i due geni che stanno col giallo continuano a rimanere col giallo e i due geni che stanno col marrone continuano a andare col marrone e quindi non solo non è più indipendente la segregazione ma è totalmente vincolata dallo stare sullo stesso cromosoma: quello che fa uno del giallo fanno tutti quegli altri che stanno sul giallo e quello che fa uno sul marrone fanno tutti quello che stanno sul marrone. Come sono stati scoperti questi fenomeni: In Drosophila, specie molto idonea a fare studi di questo tipo perché perché dei cromosomi ne ha solo quattro coppie 2n=4, è una di queste coppie addirittura di cromosomi sessuali quelli dell'occhio bianco dell'occhio. Siccome è un organismo abbastanza evoluto, perché è un artropode come tutti gli altri insetti dei geni che ne ha migliaia migliaia ripartiti su quattro coppie di cromosomi e qua è chiaro che ogni cromosoma ne porta tanti di geni non uno solo quindi andare a cascare. Ho fatto su due geni che guarda caso determinano ciascuno il carattere proprio ma guarda caso stanno sullo stesso cromosoma. Non bisogna confondere l'ordine dei geni dall'ordine con cui geni funzionano (quello che abbiamo fatto fino adesso con le catene metaboliche) con l’ordine fisico dei geni cioè come veramente questi geni in che ordine sono piazzati sui cromosomi. Allora due linee pure pr/pr;vg/vg x pr+pr+; vg+vg+, nella F1 nasce una prole normale fenotipicamente perché eterozigoti pr+prvg+vg TESTCROSS: Si prendono le femmine e si fa un test cross ( si incrocia per omozigote recessivo), ovvero pr vg Attesa secondo la seconda legge di Mendel: ¼,1/4,1/4,1/4 Sarebbero dovuti essere 709,709,709,709 Pr da pr+ segrega si, dei gameti hanno trasmesso pr+, altri gameti hanno trasmesso pr (circa 1500), segrega vg+, i gameti (1399+154) ha segregato vg+… Si sono influenzati tra di loro: COOSEGREGANO, non è più indipendente Questi gameti sono quelli che replicano l’assetto genetico dei fondatori: gameti ricombinanti I gameti si distinguono in: -GAMETI NON RICOMBINANTI -GAMETI RICOMBINANTI Ci sono più ricombinati della norma, molti meno non-ricombinanti della norma Cosa sta succedendo? I geni sono sullo stesso cromosoma. Immagine 4.2 Dovremmo avere due categorie, ma avviene qualcosa di diverso: i cromosomi alla meiosi si segregano ma prima eseguono un'operazione, subiscono uno scambio, “crossing over”. Uno dei quattro porterà porzione interamente gialla, uno marrone, uno ne porta prvg+ (nuova combinanzione, uno dei ricombinanti che formerà combinazione non presente nei parentali),un altro porta pr+vg(nuova combinanzione, uno dei ricombinanti che formerà combinazione non presente nei parentali) CROSSING OVER: Avviene in profase della meiosi 1, i cromosomi sono duplicati in due filamenti ciascuno e si affiancono tra omologhi per tutta la lunghezza formando una tetrade con tre punti di accavallamento(frecce). Fig 4.4 Lo scambio è fatto che dei due filamenti: uno di un cromosoma di scambia con l’altro e uno, due non si scambiano: scambio a doppio filamento. Individui in cui tetrade non si forma, sono sterili. Es il mulo, no riesce a formare tetradi, i cromosomi del mulo e dell asino , sono troppo diversi per formare tetrade. Due possibilità: Ipotesi 1 (in alto): scambio avvenga prima della fase S del ciclo cellulare, scambio tra cromosomi non duplicati , molto prima della meiosi. Se fosse vero, si potrebbero scambiare parte marrone con parte giallo, tutte due copie omologo sarebbero mezze gialle e mezze marrone-> quindi solo ricombinati. 2 IPOTESI (che si verifica): i cromosomi duplicati in due cromatidi ciascuno, di questi due gialli e 2 marrone, uno del giallo si scambia con uno del marrone. Si hanno quindi: -Un cromatidio ricombinante - Un cromatidio non ricombinante - Un ricombinante -Un non ricombinante Ciascun cromatidio di ciascun cromosoma può fare il suo scambio I CROSSING OVER MULTIPLI POSSONO COINVOLGERE PIÙ CROMATIDI in un singolo mio cita possono avvenire più Crossing over in una coppia cromosomica. Quesri Crossing Over multipli possono scambiare materiale tra più di due cromatidi. Un cromatidio fa scambio con uno in regione tra a e b, poi uno tra b e c, oppure che uno fa scambio com un altro in regione a e b e lo stesso fa scambio com Regola generale di questo fenomeno: I ricombinati: devono essere in difetto I non ricombinanti: devono essere in eccesso 4.2 MAPPATURA MEDIANTE LA FREQUENZA DI RICOMBINANTI Dall’analisi delle tetradi dei funghi è emerso che per due specifici geni concatenati il crossing over avvengono in alcuni ma non in tutti. Più lontani sono i geni è probabile che venga un Crossing over è maggiore sarà la quantità di ricombinanti prodotti. Quindi…La quantità di ricombinanti è un indice della distanza che separa due loci genici su una mappa cromosomica Quanto più lontani sono i geni, tanto più le frequenze di ricombinazione si avvicineranno al 50%, in questi casi, non sarà possibile stabilire direttamente dei geni sono associati o se si trovano su cromosomi diversi. Le unità di mappa Unitá di misura della distanza tra A e B Quanto spesso il crossing over colpisce in mezzo tra posizione di a e di b, perché ogni qual volta che il crossing over colpisce tra a e b, l'allele di a e e l'allele di b si sono scambiati. Utilizzo il verificarsi dell’evento di crossing over per misurare quanto sono distanti a e b: se sono vicinissimi forse non capiterà mai Come si calcola la frequenza di ricombinazione? La frequenza di ricombinazione si calcola come totale dei ricombinanti su totale dei gameti che siano o no ricombinanti. Indicata in centimorgan (cM) In media nella meiosi di un essere umano ci sono 60 scambi, distribuiti sui Cromosomi umani-> significa che un cromosoma fa più di uno scambio GENI COMPLETAMENTE ASSOCIATI Altri due geni che potrebbero stare uno dietro l’altro, allora i geni se sono attaccatissimi quasi mai lo scambio va a colpire il pezzettino tra i due. Quindi avrò quasi sempre ricombinanti. Gli alleli di uno rimangono quasi sempre attaccati all’altro. Questi si chiamano geni completamente associati. Lo scambio ovunque avvenga sarà nell’ intervallo tra uno e l’altro. Che lo scambio avvenga nel locus GH rispetto a gh,avviene sempre perchè ovunque avvenga lo scambio tra cromatidio comunque rimescola. Avrò gameti GH 25%, Nel reicrocio ho una situazione che corrisponde alla legge di Mendel, ¼,1/4,1/4,1/4 ➔ 50% ricombinanti quindi 50 centimorgan Quindi….Due concetti Se due geni sono sullo stesso cromosoma ma distanti tra loro si ritorna alla seconda legge di Mendel La legge di Mendel vale: 1. per la situazione in cui due geni su due coppie di cromosomi diversi 2. Anche per coppie di geni su stesso cromosoma ma a distanza molto grande -> secondo concetto È vero che possiamo usare i centimorgan, ma questa unità di misura ha un limite, 50. Possono stara oltre 50 centimorgan, ma non posso vederlo. Non esiste una situazione in cui i ricombinanti sono più del 50%? La distanza tra geni che stanno a piú di 50 centimorgan: Si procede per somme successive, ciò significa che se voglio misurare la distanza tra c e b= distanza tra C e A + distanza tra A e B. Quando le sommo si supera il limite dei 50. La “distanza” su una mappa di associazione corrisponde alla distanza fisica sul cromosoma. Tuttavia, occorre tenere presente che è una mappa di associazione è un’entità ipotetica costruita puramente in base all’analisi genetica. Quando c’è ricombinazione vuol dire che due gameti su 4 sono ricombinanti. La meiosi presa da sola mi da due gameti ricombinanti, due non ricombinanti. Poi ci sono altre meiosi in cui lo scambio non avviene su A e B. ➔ Posso considerare che a ogni scambio contribuisce con 50 centimorgan di ricombinazione Questo cromosoma ha la potenzialità di contribuire per 150 centimorgan Il genoma umano è lungo 3000 centimorgan, non è misurabile. Sono state prese cellule in meiosi, si contano i chiasmi ed è stato considerato che ogni chiasma mi genera 50 centimorgan. — Il test cross a tre punti Un cromosoma reale in interfase Se ci sono due geni alla distanza di tot centimorgan 1. Potrebbero non essere su questa coppia di cromosomi 2. Potrebbero essere A sopra e b sotto o A sotto/ b sopra Non possiamo dire il loro ordine per dirlo dobbiamo prenderne tre alla volta. Siccome un cromosoma può fare più di uno scambio si può verificare una situazione in cui stesso cromatidio subisce scambio due volte - Prima volta tra due geni - Seconda volta tra altri due Questi cromosomi che si formano sono gli unici n cui si scambia uno solo dei geni dei 3. Ad esempio, quando abbiamo due oggetti mi danno 3 combinazioni, e qui si notano tre possibilità di tre geni (imm 4.12) Esempio in Drosophila: I tre geni sono: 1. V (occhi vermigli) 2. Crossveinless (assenza di venature) 3. Cut: ala tagliata Due condizioni: 1. Numerosità 2. In quei due tipi sono rappresentati tutti gli alleli Gruppo 1: non casuale è quello che replica i gameti che doveva ritrasmette il riproduttore Gruppo 4: Il gene scambiato nei doppi ricombinati è quello al centro Grazie a ció Posso costruire una mappa genetica Frequenza ricombinazione v- ct: Frequenza ricombinazione ct-cv ➔ Il reincrocio tra tre punti (o più) permette di valutare con un solo incrocio l’associazione fra tre o più geni e determinarne l’ordine Esempio: MAPPA DEL POMODORO (diploide) 2n=24 ➔ Misuro la distanza in base a quante volte lo scambio ha colpito Possiamo misurare le distanze in quantità di DNA Analisi dei rapporti 4.4 COME USARE IL TEST DEL CHI QUADRATO PER VALUTARE LA CONCATENAZIONE? A che serve la concatenazione? I test genetici negli umni vanno a pescare nei cromosomi quei punti che non sono geni che mi psono dare il massimo dell’ informazione dove c’è il MULTIALLELISMO Osservando il pedigree si può ipotizzare che sia un caso di carattere autosomico dominante vedendo i fenotipi della prole e in contemporanea il DNA. OSSERVAZIONI - quattro figli con A hanno ereditato 5 dalla madre - I figli non malati (a/a) non hanno il 5, hanno ricevuto l’allele 3 ➔ Tutte le volte che è stato trasmesso A, è stato trasmesso l’allele 5 perché stavano sullo stesso cromosoma Allora…l’allele 5 sta sullo stesso filamento in cui c’è l’allele A Il padre nell’incrocio è come se fosse un tester Nei casi successivi…non so se nascerà affetto Nel caso decida di avere un altro figlio, qual è la probabilita che abbia ereditato A se ritrovi che ha ereditato l’allele 5? Ha ereditato quindi dal padre solo a e dalla madre A 1. Ha una probabilità uguale a 1 di aver ereditato A Però per trarre questa conclusione assumo che nella madre non ci sia stato bessuni scambio, l’ipotesi si è basata sull’osservazione. Sapendo che il figlio ha erditato 5 abbiamo soostato la probabilita che sia malato da 50% al 90% 2. Se il figlio ha ereditato l’allele 3 dovrei concludere che ha ereditato a da madre, e quindi essere sano Poprobabiltá 1 se ci basiamo solo su quanto osservato nella famiglia ma se assumiamo r=10 cM, ha una probabilità del 90% PROBLEMI LEGATI ALL’ASSOCIAZIONE/CONCATENAZIONE CAPITOLO 17: LE ALTERAZIONE CROMOSOMICHE SU LARGA SCALA Cosa succede quando il numero dei cromosomi non è esatto? Sono alterazioni cromosomiche su alta scala. Il numero cromosomico è un numero di specie. Quando si uniscono due gameti ognuno porta un numero aploide e quindi poi si deve formare un numero diploide appaiandosi. Non avere il numero uguale porta a varie cose come sterilità. Ci sono cambiamenti anche nella forma, come allungamenti o accorciamenti che si vedono al microscopio. Se le modificazioni sono piccole le conseguenze non sono grandi, man mano che le modificazioni i crescono è chiaro che aumenta la possibilità che ci siano conseguenze. Entriamo in un mondo in cui quello che conta non è solo di quali alleli siamo portatori, ma anche in quante copie, entriamo in un mondo dove conta il dosaggio genico, e importante che i geni siano presenti nel numero giusto. Un caso è quello dei caratteri legato a X, come nel daltonismo. Compensazione del dosaggio genico per i geni che stanno su cromosoma X, che nella donna sarebbero in doppia copia ce fenomeno di compensazione per cui le due copie funzionano con una sola. Nei maschi quella unica copia funziona come una sola. LE ANOMALIE CROMOSOMICHE possono essere: - Di struttura: cromosomi di numero normale, ma anomalie in come sono costituiti - Di numero: in cui c’è numero di cromosomicI anormale ANOMALIE CROMOSOMICHE DI STRUTTURA Ve ne sono di quattro tipi: Delezione: quando cromosoma viene a mancare di un certo pezzo: interno (interstiziale) o all’estremo Evento complementare duplicazione: in un cromosoma un pezzo è presente in più copie -> in individuo diploide il numero dei pezzi sale a 3, non più due. C’è un problema di dosaggio genico. Starslocazione: cromosoma ha scambiato un pezzo con un altro cromosoma (quello che diveva avere rosso-verde-blu ora ha un pezzo rosa)  Inversione: ci sono tutti pezzi ma sono in ordine inverso ANOMALIE CROMOSOMICHE DI NUMERO Si dividono in 2 tipi - Che coinvolgono tutte le coppie cromosomiche-> porta corredo cromosomico a 3n , quelle che divevano essere coppie diventano triplette (incompatibile con lo sviluppo nella specie umana) - Euploidia: rapporti di quantità si altera numero di cromosomi per tutte le coppie - Aneuoloidia: il numero si altera ma solo oer alcune coppie, anche eor uno Es trisomia del cromosoma 21 (sindrome di Down)-> numero di cromosomi 47, tre elementi del numero 21 Una rana della specie Xenopus laevis, con genoma tetraplodie (ciascun cromosoma presente in 4 copie, anziché due) è piu grande do una rama affine che possiede genoma diploide. Cosa succede alla meiosi di un individuo triploide: Vediamo una delle n triplette dei cromosomi di questa specie (non ha un solo cromosoma presente 3 vokte, ne ha n tytti tre volte) Al momento della profase meiotuca 1: i centromeri non si rompono, i cromosomi divrebbero migrare in due parti diversi. Ma qui sono tre, da una parte ne migrano due e da unaltra uno. La probabilita che un gamete dpsia normale è 1 alla n,cioe nessun gamete uscirà con nuemro di cronatidi normali-> questo indiviudo non produce gameti normali, quindi è sterile. I cromosomi infatti non sono bilanciati. Ad esempio lo zafferano è un organismo triploide ma è fatta di granuli pollinico sterili. Si alleva moltiplicandola solo per talea, verranno quindi tutti cloni. Paradossalmente il tetraploide questo problema lo ha di meno, essendo 4n alla profase 1 si presenta con numero pari, quindi cromosomi segregano due da una parte e due da una parte. Così ci sono cromosomi BILANCIATI (ma non normali). Quindi è meno sterile. Se è vero che i poliploidi sono più vantaggiosi, perché non li creiamo in laboratorio? Li creiamo con sostanza colchicina con effetto specifico: blocca fibre fuso al momento della divsione cellulate. Cosa succede se diamo a cellule vegetali in coltura questa sostanza? Ad esempio, la Pianta ha corredo 2n=4. Normalmente alla mitosi i cromosomi sono gia duplicati e tenuti isnieme dal centromero Ma se somministro la sostanza: le fibre del fuso perdono la loro elasticità (perodno la loro prpoprieta contrattile), e così le fibre non trascinano i cromatidi ai poli opposti-> conseguenza: quando la cellula si rifprms nel nucleo di sono ancora i 4 cromatidi e alla fine ha corredo cromosomico duplicato. Come si formano questi poliploidi? Vi sono motli meccanismi Ad esempio, uno è quello nelle piante: il precursore dell'ovulo si dovrebbe dividere (passando da 2n a n) solo che essendo una meiosi femminile dei 4 gameti - uno eredita tutto il materiale citoplasmatico - gli altri tre degenerano perché è molto vantaggioso (embrione ha la maggior parte del materiale nutritizio) Nell'umano matura un solo uovo al mese (emissione nelle tube di Falloppio di una cellula che ha finito meiosi 1,è molto grande). Questa cellula ha un corredo in cui ogni coppia è presente in un solo esemplare. Quando la cellula è realmente pronta per essere fecondata fa la meiosi 2 e si divide in una cellula n e un’altra n: solo che una è piccolissima (globulo polare) e un’altra è grandissima (ovulo) che si fonderà con lo spermatozoo. ➔ Questo fenomeno avviene nell’utero. se lo spermatozoo feconda in stato precoce: 2n + n (dello spermatozoo) non si darà origine a un individuo normale. questi presi in esame però sono cromosomi sempre della stessa specie e si parla di AUTOPOLIPLOIDIA (con cromosomi della stessa specie) Caso diverso: Le piante si fecondano anche con polline spostato con vento, può essere che un grano pollinico di una specie feconda ovulo di un’altra specie formando un IBRIDO. Guarda esempio imm 17.8 Queste sono specie affini ma diverse, può capitare che talvolta i gameti di una specie fecondano un’altra specie ma che entrambe fossero 2n=18. - una pianta produce gameti n=9 - l’altra produce gameti n =9 Se avviene fecondazione il corredo è 18 ma 9 vengono da una specie e 9 dall’altra, non sono omologhi e quindi non sono accoppiabili e formano un ibrido 9+9 sterile perché non si formano appaiamento per segregazione al fine della fecondazione. Nei vegetali però può succedere che cellule raddoppiano tutti i cromosomi e diventano quindi 18+18 così alla meiosi la segregazione può avvenire. L’ibrido che chiamiamo anfidiploide può fare origine a un cavolfiore il doppio più grande del normale. Quindi vi sono due stadi: 1. allopoliploide 2. endoduplicazione Nell’ imm 17.9 sono rappresentati tutti i possibili incroci nei cavolfiori, ha varie varietà…tutti 2n=8 prodotti per selezione fenotipica.