Genetica I PDF - Interazione tra geni e mutazioni

GENETICA I Giampiero Valè Funzione del gene, catene metaboliche e ipotesi 1 gene-un enzima Interazione tra geni Complementazione Neurospora crassa, organismo strategico per gli studi metabolici ORGANISMO APLOBIONTE: maggior parte del...

GENETICA I Giampiero Valè Funzione del gene, catene metaboliche e ipotesi 1 gene-un enzima Interazione tra geni Complementazione Neurospora crassa, organismo strategico per gli studi metabolici ORGANISMO APLOBIONTE: maggior parte del ciclo vitale allo stadio aploide Riesce a crescere su un terreno definito minimo (Sali inorganici, fonte di carbonio organico fornita come zucchero semplice e vitamina biotina); un organismo che cresce in queste condizioni è definito PROTOTROFO, qdi riesce a sintetizzare tutti gli altri composti organici essenziali. Mutazioni possono rendere organismo incapace di crescere su terreno minimo a meno che non sia supplementato: MUTANTI AUXOTROFI. Lo studio di Beadle e Tatum sui mutanti di N. crassa consentono di identificare il principio “un gene-un enzima” (premio Nobel nel 1958) Identificati diversi mutanti auxotrofi: interpretato come mutazioni in gene che inattiva uno specifico enzima responsabile di una specifica reazione metabolica: un gene-un enzima Diverse relazioni tra gli alleli del gene per la β-globina in dipendenza del tipo di indagine Arg-A citrullina Arg- La ricostruzione delle catene metaboliche: esempio con 3 Arg-B ornitina Arg- mutanti che non sintetizzano Arg Arg-C Glu Arg- Procedura per la ricostruzione delle catene metaboliche L’analisi chimica dei prodotti accumulati indica che Arg-A accumula citrullina, Arg-B ornitina e Arg-C acido glutammico. Per conferma della corretta ricostruzione della catena metabolica, hanno operato un saggio di crescita dei mutanti in terreno minimo addizionato di ac. Glutammico, ornitina e citrullina (Tab. 2) Via biosintetica dell’arginina: la sequenza prevista dei passaggi metabolici era corretta Controllo genetico di una catena metabolica Il substrato è trasformato nel prodotto finale da una serie di enzimi; se manca uno di questi: 1) No prodotto finale; 2) Il substrato precedente al blocco si accumula e può essere escreto; 3) Mancano tutti i prodotti a valle del blocco; 4) Fornendo un prodotto a valle del blocco si recupera la capacità del mutante di crescere sul terreno minimo Interazione tra geni: il fenotipo di un organismo non dipende da un singolo gene ma dall’effetto di più geni che si influenzano reciprocamente E’ il caso di geni che controllano passaggi diversi di una stessa catena metabolica  INTERAZIONE TRA GENI NB: LE INTERAZIONI CHE ABBIAMO VISTO FINORA (DOMINANZA, RECESSIVITÀ, DOMINANZA INCOMPLETA, CODOMINANZA, RAPPORTI TRA ALLELI MULTIPLI) ERANO TUTTI RIFERITI A INTERAZIONI TRA ALLELI DELLO STESSO GENE. QUELLO DI CUI ANDREMO A PARLARE ORA SONO INTERAZIONI TRA GENI DIVERSI. Spesso i geni presentano un assortimento indipendente ma non agiscono in maniera indipendente nella loro espressione fenotipica; al contrario gli effetti dei geni di un locus dipendono dalla presenza di geni su altri loci. Questo tipo di interazione fra effetti di geni posti su loci diversi (geni che non sono allelici) è indicata come interazione genica. Con l’interazione genica i prodotti dei geni su loci differenti si combinano per produrre nuovi fenotipi che non sono prevedibili solo in base agli effetti del singolo locus. L’interazione tra geni produce nuovi fenotipi IL LOCUS Y CODIFICA PER UN ENZIMA (PRIMA FASE DEL PROCESSO), MENTRE IL LOCUS C CODIFICA PER UN ALTRO ENZIMA (FASE TERMINALE DEL PROCESSO). QDI IL LOCUS Y E IL LOCUS C INTERAGISCONO PER PRODURRE UN SOLO FENOTIPO, IL COLORE DEL PEPERONE. L’interazione tra geni può modificare le classi fenotipiche rispetto a quelle attese da segregazione indipendente: EPISTASI  EPISTASI RECESSIVA Colore del pelo del Labrador retriever - Allele B codifica per pigmento nero - Allele b codifica per pigmento marrone - Allele E permette la deposizione del pigmento nel pelo - Allele e non permette la deposizione del pigmento (mantello biondo) Rapporto 9/16 + 3/16 + 4/16 e: epistatico rispetto a B e b B e b: ipostatici rispetto a e Il gene E codifica per la proteina MC1R (recettore 1 della melacortina) che è una proteina regolatrice necessaria per la colorazione del pelo nero o marrone DOPPIA EPISTASI RECESSIVA Il gene A allo stato omozigote recessivo è epistatico su B (quando A è recessivo, B non può esprimere il suo fenotipo). Il gene B se omozigote recessivo è epistatico su A. Questa situazione si definisce doppia epistasi recessiva Rapporto 9/16 + 7/16 I geni che si comportano in questo modo agendo sulla stessa catena metabolica vengono anche detti geni complementari  EPISTASI DOMINANTE Esempio sul colore della zucca: W è epistatico su Y e y e maschera l’espressione di questi geni che producono i pigmenti 9/16 3/16 3/16 1/16 L’allele W è un allele epistatico dominante perché è sufficiente che sia presente in singola copia perché la produzione di pigmento sia inibita Rapporto 12/16 + 3/16 +1/16 EPISTASI DOMINANTE: esempio della Capsella bursa-pastoris La segregazione suggerisce che ci siano geni duplicati ognuno dei quali può originare silique triangolari; solo inattivazione di entrambi dà silique oblunghe Rapporto 15/16 + 1/16 Incrocio di polli livornesi bianchi e polli Wyandotte bianchi; la F1 è bianca, nella F2 compaiono polli colorati in proporzione di 3/16 Il gene I è detto epistatico Il gene C è detto ipostatico Rapporto 13/16 + 3/16 Effetto della interazione tra geni può agire in modo additivo: la presenza di uno o altro allele dominante di un gene fornisce lo stesso fenotipo, mentre la presenza di entrambi fornisce un fenotipo diverso Rapporto 9/16 + 6/16 + 1/16 Effetto della interazione tra geni: riduzione del numero delle classi fenotipiche previste dalla segregazione indipendente e lo stesso fenotipo può essere conferito da due o più classi 15:1, geni 12:3:1, epistasi 9:7, geni 9:6:1, geni 9:3:4, epistasi duplicati con dominante; complementari complementari recessiva; colore epistasi colore frutto (doppia epistasi con effetto mantello dominante; zucca recessiva); colore additivo; forma Capsella bursa-pastoris labrador e topo 9:3:4= 9 neri (B-E-), 3 12:3:1=12 bianche fiore pisello frutto zucca 15:1=15 triangolare, 1 marroni (bbE-), 4 (W---), 3 gialle 9:7=9 rossi A-B-), 7 9:6:1=9 grosse (A-B-), allungata biondi (--ee) (wwY-), 1 verde bianchi 6 medie A-bb, aaB-), (wwyy) 1 piccola VERIFICA DI EVENTUALE INTERAZIONE DAI DATI DI UNA F2 Vengono raggruppate le 2 classi fenotipiche che hanno dominanza per uno dei 2 geni e recessività per l’altro Interazione tra C promuove eliminazione clorofilla più geni R_C_ = colore rosso cc non la promuove: peperoni verdi rrcc = colore verde R_cc = colore marrone R codifica pigmenti carotenoidi rrC_ = colore giallo rossi: peperoni rossi rr codifica pigmenti carotenoidi gialli Allele dominante F: penne arricciate Geni Ff + mfmf: penne non arricciate modificatori: intensificano o FF + mfmf: riduzione penne indeboliscono la arricciate del 40% azione di geni principali Qdi se nn ho prodotto finale colorato potrebbe essere mutazione nel gene 1 o nel gene 2… TEST DI COMPLEMENTAZIONE COMPLEMENTAZIONE: il difetto presente in un mutante viene compensato dalle funzioni di un altro e viceversa COMPLEMENTAZIONE II: esempio con Drosophila 2 MUTAZIONI CON LO STESSO FENOTIPO!! Quindi le due mutazioni colpiscono funzioni diverse!!! 2 MUTAZIONI CON LO STESSO FENOTIPO!!  Talassemia nell’uomo: oltre al difetto sui globuli rossi, effetti su circolazione e ingrossamento della milza PLEIOTROPIA: Gene biosintesi gibberelline in frumento: oltre un singolo gene alla produzione dell’ormone influenza altezza della pianta e ritardo fioritura che influenza più caratteri fenotipici Polli con penne arricciate: hanno temperatura del corpo anomala, metabolismo e flusso sanguigno elevati, producono meno uova  Pigmentazione temperatura sensibile: gatti siamesi o conigli himalayani, tirosinasi è inattivata da temperature elevate; pigmentazione solo delle estremità INFLUENZA AMBIENTE Fenilchetonuria nell’uomo: quantità eccessiva di fenilalanina nella dieta determina fenotipo molto grave, ma se Phe con dieta è bassa, il fenotipo è pressochè normale PENETRANZA: frequenza con cui, dato un certo genotipo, si manifesta il fenotipo corrispondente Penetranza completa: genotipo espresso nel 100% degli individui Penetranza media: genotipo espresso 50-100% degli individui Penetranza bassa: genotipo espresso < 50% degli individui Es. brachidattilia e polidattilia (carattere fenotipico dovuto ad una mutazione dominante) hanno penetranza bassa: non manifesta nella II-1 ESPRESSIVITA’ VARIABILE: grado con cui un determinato genotipo si manifesta a livello fenotipico L’espressività si dice costante quando tutti gli individui con genotipo identico manifestano il fenotipo atteso. L’espressivita’ si dice variabile se ad uno stesso genotipo corrisponde uno spettro di fenotipi Espressività varia da 0 a 100% In Drosophila l’allele dominante Lobe Le sei mosche controlla la forma sono tutte dell’occhio ed ha una espressività variabile. eterozigoti per l’allele Lobe