Genetica 13

Cap. 13 Mappatura dei geni negli Eucarioti pp. 355-376

Sintesi 13• Non tutti gli alleli sono trasmessi indipendentemente,

perché le posizioni dei geni (loci) sono associate sui cromosomi

• Scambi fra cromosomi omologhi alla meiosi provocano ricombinazione

• Si può stimare la distanza fra due loci sulla base della frequenza di ricombinazione

• Incrocio a tre punti

Trasmissione congiunta di alleli sul cromosoma X (Morgan 1911)

E’ come un reincrocio

E quindi:

Se prevalgono nella F2 i fenotipi parentali, la trasmissione dei due geni non è indipendente: geni associati sul cromosoma

Se compaiono nella F2 fenotipi non parentali, l’associazione dei geni sul cromosoma non è completa, e gli alleli possono essere riassortiti da fenomeni di ricombinazione

Come indicare alleli associati

a+

b

a+ b

a+ ba b+

a ba+ b+

Disposizione degli alleli: trans cis (repulsion) (coupling)

La posizione occupata da un allele di un certo gene sul cromosoma si chiama locus

Cromosomi (e fenotipi) parentali e ricombinanti

A

b

a

B

a

b

a

b

X

Ab, aB = parentali AB, ab = ricombinanti

Il fenomeno citologico alla base della ricombinazione è il crossing-over

Esperimento di Barbara McClintock (1931) in Zea mais

C: seme colorato, c: non coloratoWx: amido normale, wx: amido waxy

Anche: carnation, Bar inDrosophila

Meccanismo della ricombinazione(Modello di Holliday, rottura ad elica singola)

Meccanismo della ricombinazione(Modello di Holliday,rottura ad elica singola)

Eteroduplex: appaiamento temporaneo di eliche non complementari

Meccanismo della ricombinazione(Modello di Holliday,rottura ad elica singola)

L’intervento dell’endonucleasi può portare o non portare al crossing-over

Holliday-junction al microscopio elettronico

Meccanismo della ricombinazione

(Modello di Holliday, risoluzioni alternative

dell’eteroduplex)

Meccanismo della ricombinazione

(Modello di Holliday, conseguenze delle

risoluzioni alternative)

Mappe genetiche Se il crossing over si verifica in punti casuali del cromosoma, la ricombinazione sarà più frequente fra loci distanti e meno fra loci vicini A B C

bassa probabilità alta probabilità di crossing over di crossing over

La percentuale di ricombinanti può essere utilizzata per quantificare la distanza fra loci associati:1 Morgan (1 M) = 100% di ricombinazione1 centiMorgan (1 cM) = 1% di ricombinazione

Il mezzo ideale per studiare associazione e ricombinazione è il

reincrocio

Il mezzo ideale per studiare associazione e ricombinazione è il reincrocio

Rapporti fenotipici attesi (diibrido): 1: 1: 1: 1 F(P) = F(NP) = 0,5Se c’è associazione: F(P) > 0,5, F(NP)<0,5

ReincrocioAa Bb X aa bb

Frequenze fenotipiche: AB Ab aB ab TOTOsservate 78 122 118 82 400Attese 100 100 100 100 400

Difetto Eccesso Difetto

ReincrocioAa Bb X aa bb

Frequenze fenotipiche: AB Ab aB ab TOTOsservate 78 122 118 82 400Attese 100 100 100 100 400

I fenotipi Ab e aB sono presenti in frequenze superiori all’attesaPerciò Ab e aB sono i fenotipi parentali:

La distanza fra locus A e locus B è d = NR / NT = =(78+82)/400 = 0,4 e cioè 40 cM

A b

a B

A B

a b

Ma attenzione:

NR non può essere > ½ NT(in questo caso, si considerano i geni indipendenti)

Per cui dMAX = 0,5.

Se tutti i cromosomi subiscono crossing-over alla meiosi, la frequenza di ricombinazione è del 50%

La frequenza di ricombinazione è metà della frequenza di crossing over

Incrocio a tre punti

Tre caratteri in Drosophila

Crossveinless (cv)

Vermillion (v)

Cut (ct)

Incrocio a tre puntiv v cv cv ct ct X v+ v+ cv+ cv+ ct+ ct+

L’incrocio può essere riscritto come v+ct cv / v ct+cv+ × v ct cv / v ct cv.

For the v and ct loci, the recombinants are v · ct and v+ · ct+. There are 89 + 94 + 3 + 5 = 191 of these recombinants among 1448 flies, so RF =

13.2 percent.

Starting with the v and cv loci, we see that the recombinants are of genotype v · cv and v+ · cv+ and that there are 45 + 40 + 89 + 94 = 268 of these recombinants. Of a total of 1448 flies, this number gives an RF of

18.5 percent.

Interferenza

Se i crossing over, CO, fossero indipendenti:P(doppio CO) = P(CO v-ct) x P(CO ct-cv) = = 0.132 x 0.064 = 0.0084Doppi crossing over attesi, DCA = 1448 x 0.0084 = 12Doppi crossing over osservati, DCO = 8

cc = coeff. di coincidenza = DCO/DCA = 0.67I = interferenza = 1 – cc = 0.33

Incrocio a tre punti

Macchie gemelle in Drosophila (Stern)

In femmine y+ sn / y sn+

Macchie gemelle

Frequenza troppo alta per essere dovute a doppia mutazione

Macchie gemelle

Crossing-over mitotico

Crossing-over

mitotico

Associazione fra DNA e malattie (broad genome scans)

pazienti controlli

Caccia ai geni-malattia attraverso studi di associazione: associazione con la schizofrenia

bipolare

Segurado et al. 2003, Am. J. Hum. Genet.

La caccia ai geni-malattia attraverso studi di associazione ha dato risultati poco esaltanti

Diabete di tipo 2: Associazioni (confermate e non confermate) con regioni dei cromosomi 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 14, 15, 16, 17, 20, 21 e X

Alzheimer: 1, 2, 5, 6, 9, 10, 12, 13, 14, 19, 20, 21 e X

Cancro alla prostata: 1, 2, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 16, 17, 18, 19, 20, 22, X

Eterogeneità genetica, problemi con le popolazioni

Se la popolazione è strutturata, e la malattia è tipica di un certo gruppo, si troverà associazione per tutte

le regioni di DNA in cui i gruppi sono diversi

pazienti controlli(prevalentemente europei) (prevalentemente non europei)

Effetti di geni multipli

I principali 20 geni che hanno effetto sulla statura spiegano il 3% della varianza. Si stima che ci debbano essere circa 93000 geni per la statura.

TCF7L2

Il rischio relativo di fratelli di affetti è 300%. A parte TCF7L2, i principali geni noti aumentano il rischio dello 0.5%. Si stima che ce ne debbano essere più di 600.

Una risorsa online: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/mapview/map_search.cgi?taxid=9606

Mappa del Cromosoma 21

Una risorsa online:http://www.ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/posters/chromosome/chooser.shtml

Mappa del Cromosoma 20

Mappa del Cromosoma Y

Scelta sessuale

Scelta sessuale

Wedekind et al. Proc. Royal Soc. London 1995

Schema dell’esperimento

•49 femmine, 44 maschi. Tipizzati per gli antigeni HLA-A, -B, e –DR

•I maschi indossano una T-shirt per due giorni

•Per ogni femmina, 3 frammenti di T-shirt da maschio simile, 3 da maschio il cui HLA è dissimile (294 test)

•Assegnati punteggi di intensità, piacevolezza e sex-appeal, da 0 a 10

Risultati

≠ ≈ ≠ ≈

5 5

Piacevolezza P=0.040 Ricorda un partner P=0.038

ConclusioniAnche al giorno d’oggi, la scelta del partner è associata ad alleli di loci HLA, o di loci che occupano posizioni vicine sui cromosomi.

Meccanismo della ricombinazione

(Modello di Holliday, rottura nella doppia elica)

NB: nel libro è presentato il modello con rottura di

elica singola

Eteroduplex: appaiamento temporaneo di eliche non complementari