La genetica da Mendel in poi

1. La genetica da Mendel in poi

2. La genetica studia come gli individui trasmettano le loro caratteristiche alle generazioni successive Il fondatore ne fu l’abate Gregor Mendel (1822-1884), che condusse i suoi esperimenti su base statistica

3. Mendel fu un precursore all’epoca incompreso, soprattutto perché non poteva conoscere i meccanismi della meiosi Egli utilizzò per la sua ricerca delle linee pure di piante della specie pisello odoroso, che gli consentivano il controllo dell’impollinazione e l’autofecondazione

4. Per iniziare Mendel si propose di incrociare due individui diversi per UN SOLO CARATTERE. Chiamò la generazione iniziale P, la prima generazione filiale F1 e la seconda F2 Per prima cosa notò che nella F1 si manifestava una sola delle due forme (dominante) mentre l’altra in apparenza scompariva (recessivo)

5. Incrociando tuttavia due individui della F1 nella seconda generazione il carattere recessivo ricompariva in ¼ degli individui, mentre i restanti manifestavano ancora unicamente il dominante. Da questi risultati sperimentali Mendel partì per la costruzione della sua teoria.

7. Mendel ipotizzò che: • -per ogni carattere esistessero due diversi alleli (possibili manifestazioni), ad esempio liscio e rugoso. • ogni pianta portasse al suo interno una coppia di alleli per ciascun carattere. Le linee pure di partenza avevano una coppia di alleli uguali, erano cioè omozigoti • ogni pianta trasmettesse attraverso i suoi gameti uno solo dei due alleli della coppia

8. Gli individui della F1 dunque presentavano tutti 2 alleli diversi (eterozigoti) In questo caso si manifesta solo uno dei due (dominante). Il fenotipo, cioè l’aspetto esterno, è uguale ai genitori dominanti, ma il genotipo, cioè la combinazione degli alleli, no.

9. Le possibili combinazioni della F2 si possono calcolare con il quadrato di Punnett Risultano individui: ¼ omozigoti dominanti ½ eterozigoti (di fenotipo dominante anch’essi) ¼ omozigoti recessivi Dunque in accordo con i risultati sperimentali

10. 1A LEGGE DI MENDEL: • ogni individuo possiede una coppia di alleli per carattere • Nella formazione dei gameti gli alleli segregano (segregazione) • Negli individui eterozigoti si ha il fenomeno della dominanza

11. L’importanza del lavoro di Mendel venne compresa solo molti anni dopo, quando si compresero la struttura dei cromosomi e il loro comportamento durante la meiosi • In ognuno dei cromosomi omologhi di una coppia un singolo tratto (gene) ha un certo tipo di informazione (allele). I geni sono gli stessi, gli alleli non è detto! L L l l

12. Prima divisione meiotica A A a a a a A A Seconda divisione meiotica A A a a

13. Mendel in pratica era riuscito a prevedere il comportamento dei cromosomi e dei geni nella meiosi, senza conoscerla

14. Oltre Mendel: prima di affrontare la seconda legge, analizziamo due fenomeni che fanno eccezione al principio di dominanza, anche se il meccanismo di trasmissione genetica resta valido:dominanza incompletacodominanza

15. Nessuno dei due alleli si esprime completamente negli eterozigoti Nella dominanza incompleta gli individui eterozigoti assumono un fenotipo intermedio, come ad esempio il colore rosa di alcuni fiori

16. Nella codominanza invece gli eterozigoti presentano la completa manifestazione di entrambi gli alleli

17. Anche nella specie umana diversi caratteri seguono la prima legge di Mendel nella loro trasmissione • Capacità di arricciare la lingua • Forma del lobo dell’orecchio • Attaccatura dei capelli • Fattore Rh • …oltre a diverse malattie (di cui parleremo poi)

18. Per ogni antigene un individuo produce uno specifico anticorpo, per riconoscere le cellule proprie (self) dalle non-self Tutte le cellule presentano sulla membrana delle proteine specifiche per il riconoscimento: gli antigeni

19. Il sistema o fattore Rh è un sistema antigene-anticorpo che riguarda i globuli rossi presenti nel sangue. Se un individuo riconosce il sangue non-self relativamente all’Rh, si innesca il fenomeno di agglutinazione

20. La trasmissione è legata a 2 alleli, Rh+ e Rh-, con dominanza del primo sul secondo. Rh+ porta alla formazione dell’antigene + sulla membrana degli eritrociti, mentre Rh- non porta alla formazione di antigeni.

21. Gli individui negativi non possono dunque ricevere sangue positivo, anche se la reazione avviene solo al secondo contatto con l’antigene. Grossi problemi si possono generare in gravidanza, se una madre negativa concepisce un figlio positivo. Pur non essendoci contatto diretto di sangue in gravidanza, al momento del parto ci può essere una sensibilizzazione della madre.

22. In una seconda gravidanza con feto positivo, i globuli rossi materni potranno distruggere quelli del feto (eritroblastosi fetale) con conseguenze anche mortali Per evitare questo, subito dopo il parto gli eritrociti fetali vengono distrutti evitando che possano scatenare una risposta immunitaria

23. Molte malattie genetiche vengono trasmesse da alleli recessivi (e dunque gli individui eterozigoti sono dei “portatori sani”) Albinismo Fenilchetonuria PKU Fibrosi cistica

24. Anemia falciforme Meritano un cenno anche la talassemia (che presenta a volte una sorta di dominanza incompleta) e la Corea di Huntington, trasmessa da un allele dominante

25. I gruppi sanguigni • Il sistema dei gruppi sanguigni umani è legato anch’esso alla presenza di un antigene sulla membrana degli eritrociti ed ai relativi anticorpi • Sono però presenti 3 alleli, A, B, 0, anche se ciascun individuo ne possiede 2 (alleli multipli) • A e B dominano sullo 0, mentre fra di loro c’è codominanza

27. Determinazione del gruppo sanguigno Gruppo A Gruppo B Gruppo AB Gruppo 0

28. A differenza del fattore Rh, i gruppi sanguigni non danno problemi in gravidanza; però la reazione avviene già al primo contatto con l’antigene. Fattore Rh e gruppi sanguigni sono 2 sistemi indipendenti; ovviamente in trasfusione la compatibilità deve esserci per entrambi

29. Seconda legge di Mendel (assortimento indipendente) Mendel poi si propose di determinare se la trasmissione degli alleli relativi a 2 caratteri diversi fosse indipendente oppure no…

30. Per fare questo, Mendel incrociò piante omozigoti dominanti con semi lisci e gialli con altre omozigoti recessive con semi verdi e rugosi. In prima generazione, ovviamente, gli individui risultarono tutti lisci e gialli; ma decisiva era la seconda generazione… LL GG x ll gg P LG lg gameti Ll Gg F1

31. In seconda generazione Mendel ottenne: 9/16 lisci gialli 3/16 lisci verdi 3/16 rugosi gialli 1/16 rugoso verde Da questo dedusse che gli individui della F1 Ll Gg potevano produrre CON LA STESSA FREQUENZA gameti: L G L g l G l g

32. Ecco infatti il quadrato risultante per l’incrocio, che corrisponde con i risultati sperimentali

33. Vediamo sotto il confronto con l’ipotesi non vera della trasmissione dipendente:

34. Anche la seconda legge può essere spiegata osservando il comportamento dei cromosomi nella meiosi

35. Se però 2 geni sono posizionati sullo stesso cromosoma e sono vicini essi vengono trasmessi sempre assieme, e la legge non è valida (associazione o linkage)

36. Se invece i due geni sono sullo stesso cromosoma, ma non associati, il crossing over può dare origine alle combinazioni ibride, con una frequenza che dipende dalla posizione dei geni stessi

37. Caratteri legati al sesso

38. Come sappiamo i due cromosomi X e Y non sono realmente omologhi, in quanto il secondo, tipico del sesso maschile, è più piccolo e contiene meno geni. Dunque il maschio di alcuni geni possiede solo una copia sul cromosoma X, mentre la donna ne ha due copie, una per ciascun cromosoma X. Eventuali alleli recessivi si manifestano più facilmente nel maschio. Donna Uomo XAXAXAY XAXaXaY XaXa

39. Alcune malattie umane sono trasmesse con questo meccanismo, ad esempio l’emofilia, il daltonismo, la distrofia muscolare, e sono dunque molto più frequenti nel sesso maschile.

40. Infatti, se la madre è portatrice sana, la metà dei maschi statisticamente sarà malata. Per avere una donna malata sono necessari: Padre malato Madre almeno portatrice sana

41. Anche se le leggi di Mendel sono valide, nella realtà spesso l’espressione dei geni è molto più complessa. Questo perché si possono verificare interazioni tra molti alleli dello stesso gene, interazioni tra molti geni diversi, interazioni tra geni e ambiente che ne condizionano l’espressione, effetti multipli di un singolo gene.

42. Interazioni fra alleli • Sono casi già visti (domianaza incompleta, codominanza, alleli multipli) ma spesso molto più complessi • Diversi geni umani possiedono ad esempio una decina di alleli con diversi rapporti tra loro, e dunque le possibilità di espressione sono molto elevate in numero

43. Interazioni fra geni • Fra i vari casi è interessante l’eredità poligenica, in cui diversi geni determinano un carattere. Il risultato è una variazione continua (altezza, colore della pelle)

44. Geni e ambiente • Molto spesso l’espressione dei geni è influenzata da fattori esterni (ambientali) come temperatura, età, presenza di ormoni, ecc.

45. E per concludere… un pesce siluro albino. A giudicare dalle dimensioni, non deve aver risentito troppo di questo problema.