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Mutazioni somatiche e germinali Progenie normale Tessuto somatico Tessuto germinale Clone cellulare mutante Progenie normale Progenie mutante Mutazione.

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Presentazione sul tema: "Mutazioni somatiche e germinali Progenie normale Tessuto somatico Tessuto germinale Clone cellulare mutante Progenie normale Progenie mutante Mutazione."— Transcript della presentazione:

1 Mutazioni somatiche e germinali Progenie normale Tessuto somatico Tessuto germinale Clone cellulare mutante Progenie normale Progenie mutante Mutazione somaticaMutazione germinale Cloni cellulari mutanti Eventi mutazionali Mutazione precoceMutazione tardiva Tempo Popolazioni iniziali Popolazioni finali

2 TASSO DI MUTAZIONE E FREQUENZA DI MUTAZIONE Il tasso di mutazione misura la frequenza con cui una mutazione si origina ex novo in ununità di tempo biologico (di solito una generazione) La frequenza di mutazione misura la frequenza della mutazione in una popolazione nel momento dellosservazione Il tasso di mutazione è di una nuova mutazione ogni 7 divisioni cellulari La frequenza di mutazione nella 4° generazione è di 2 mutanti su 8 cellule

3 MUTAZIONI CROMOSOMICHE STRUTTURALI (RIORDINAMENTI) O NUMERICHE Si studiano attraverso: a) lanalisi morfologica al microscopio ottico; b) lanalisi genetica delle conseguenze fenotipiche specifiche. Sono modificazioni ereditabili nella struttura o nel numero dei cromosomi; producono il cambiamento del numero o della posizione dei geni, ma non la comparsa di nuovi alleli Le mutazioni strutturali derivano dal danneggiamento dei cromosomi; le mutazioni numeriche derivano dallalterazione dei meccanismi di distribuzione dei cromosomi

4 MUTAZIONI CROMOSOMICHE: caratteristiche generali Le mutazioni cromosomiche possono essere: Bilanciate: tutti i geni sono presenti nello stesso numero di copie (inversioni, traslocazioni, fusioni e fissioni centriche; euploidie); Sbilanciate: alcuni geni sono presenti in un numero di copie diverso da tutti gli altri geni (duplicazioni, delezioni, aneuploidie). Stabili: hanno unelevata probabilità di essere ereditate così come sono; Instabili; hanno unelevata probabilità di originare ulteriori mutazioni.

5 A A B C C ORIGINE DEI RIORDINAMENTI STRUTTURALI ABCABC ABAB ROTTURA DELEZIONE TERMINALE (instabile) SI PERDE IL FRAMMENTO ACENTRICO C ABCABC ABCABC APPAIAMENTO IRREGOLARE CROSSING OVER INEGUALE ABBCABBC ACAC DELEZIONE INTERSTIZIALE (stabile) DUPLICAZIONE IN TANDEM (stabile) complementari

6 ORIGINE DEI RIORDINAMENTI STRUTTURALI 2: due rotture su due bracci diversi dello stesso cromosoma ABCDEFABCDEF F B E A C D F B E A C D SI PERDE IL FRAMMENTO ACENTRICO ANELLO (instabile) F B E A C D B C D ADCBEFADCBEF INVERSIONE PERICENTRICA (stabile) F E A 2 rotture

7 ORIGINE DEI RIORDINAMENTI STRUTTURALI 3: due rotture sullo stesso braccio dello stesso cromosoma ABCDEFABCDEF SI PERDE IL FRAMMENTO ACENTRICO DELEZIONE INTERSTIZIALE (stabile) ABDCEFABDCEF INVERSIONE PARACENTRICA (stabile) F C E D B A F C E D B A C D F E B A F C E D B A

8 ORIGINE DEI RIORDINAMENTI STRUTTURALI 4: due rotture su due cromosomi diversi ABCDEFABCDEF GHILMNGHILMN ABCDEFABCDEF GHILMNGHILMN ABCABC GHILGHIL ABCDEFABCDEF GHILMNGHILMN 2 rotture SI PERDE IL FRAMMENTO ACENTRICO MNMN DEFDEF ABCMNABCMN GHILDEFGHILDEF Cromosoma Dicentrico (instabile) TRASLOCAZIONE RECIPROCA STABILE

9 ORIGINE DEI RIORDINAMENTI STRUTTURALI 5: riordinamenti al livello del centromero 2 rotture SI PUO PERDERE IL CROMOSOMA PUNTIFORME FISSIONE CENTRICA STABILE ABAB CDEFCDEF ABAB FEDCFEDC ABAB FEDCFEDC ABCDEFABCDEF FUSIONE CENTRICA STABILE ?

10 Origine di mutazioni numeriche 1: monosomie e trisomie A- IN MITOSI 2n +1 2n - 1 2n Non disgiunzione Perdita cromosomica Perdita cromatidica Il risultato di alterazioni semplici alla mitosi è la comparsa di cellule monosomiche e trisomiche

11 Origine di mutazioni numeriche 1: monosomie e trisomie B- IN MEIOSI I 2 (n +1) 2 (n – 1) 2 (n) Non disgiunzione Perdita del bivalente Perdita cromosomica Il risultato di alterazioni semplici alla meiosi I è la comparsa di paia di gameti nullisomici e disomici Se i gameti nullisomici e disomici partecipano alla fecondazione con gameti aploidi normali, ne risultano zigoti monosomici e trisomici rispettivamente

12 Origine di mutazioni numeriche 1: monosomie e trisomie C- IN MEIOSI II n +1 n - 1 n Non disgiunzione Perdita cromosomica Perdita cromatidica Il risultato di alterazioni semplici alla meiosi II è la comparsa di gameti nullisomici e disomici Se i gameti nullisomici e disomici partecipano alla fecondazione con gameti aploidi normali, ne risultano zigoti monosomici e trisomici rispettivamente

13 Origine di mutazioni numeriche:2 AUTOPOLIPLOIDIE A-IN MITOSI DUPLICAZIONE (interfase) 2 n cromosomi duplicati 4 n cromatidi BLOCCO DELLA MITOSI 4 n cromosomi duplicati Il blocco di una mitosi di una cellula diploide da origine a cellule tetraploidi Il blocco di k mitosi da origine a cellule con 2 k+1 n cromosomi Se cè un blocco nella prima mitosi di uno zigote,lo zigote e lorganismo che ne deriva diventano tetraploidi

14 Origine di mutazioni numeriche:2 AUTOPOLIPLOIDIE B- MEIOSI E FECONDAZIONE Blocco di una delle due divisioni meiotiche ZIGOTE 3 n Fecondazione multipla Gamete non ridotto

15 MEIOSI NORMALI Origine di mutazioni numeriche:3 ALLOPOLIPLOIDIE Fecondazione interspecifica, fra specie diverse ma compatibili, con sviluppo dellibrido MEIOSI ABORTIVE, STERILITA Salto di una mitosi nella linea germinale Zigote anfidiploide ibrido, vitale ma sterile GAMETE ANFIDIPLOIDE MEIOCITA ALLOTETRAPLOIDE FECONDAZIONE fra gameti anfidiploidi ZIGOTE ALLOTETRAPLOIDE INDIVIDUO ALLOTETRAPLOIDE FECONDO

16 Comportamento in meiosi delle mutazioni cromosomiche (I divisione meiotica): Mutazioni sbilanciate (duplicazioni e delezioni in eterozigosi, trisomie e monosomie) A B B A B AAAA Un individuo eterozigote per una mutazione sbilanciata produce metà gameti normali e metà gameti sbilanciati GAMETI NORMALI 50% GAMETI SBILANCIATI 50% Con duplicazioneCon delezioneDisomico Nullisomico

17 Comportamento in meiosi delle mutazioni cromosomiche (I divisione meiotica): autopoliploidia Le cellule autopoliploidi in meiosi I realizzano modalità di appaiamento irregolari: si formano trivalenti, univalenti ecc. a fianco dei normali bivalenti; di conseguenza i cromosomi segregano irregolarmente e si formano sempre gameti con aneuploidie multiple: la conseguenza è la sterilità

18 Comportamento in meiosi delle mutazioni cromosomiche (I divisione meiotica): inversioni paracentriche in eterozigosi Crossing over allinterno dellansa fra i geni B e C C B D A E C B D A E Il frammento acentrico si perde Il cromatidio dicentrico è instabile: forma un ponte di cromatina che si rompe e si perde A D C B E C D E B E ABAB CDACDA A B C D E I gameti con i prodotti del crossing over nella regione invertita (2 su 4) non sono vitali Anafase I

19 Comportamento in meiosi delle mutazioni cromosomiche (I divisione meiotica): inversioni pericentriche in eterozigosi Crossing over allinterno dellansa fra i geni B e C Anafase I I gameti con i prodotti del crossing over nella regione invertita (2 su 4) sono sbilanciati, con delezioni e duplicazioni complementari; quindi non sono vitali o lo sono poco A B C D E E D C B E A D C B A A D C B E C B D A E C B D A E Cromatidi sbilanciati Anafase II

20 Comportamento in meiosi delle mutazioni cromosomiche (I divisione meiotica): traslocazioni reciproche in eterozigosi C A B C D D E F A B E F C A B C D D E F A B E F Anafase I Segragazione adiacente: si formano coppie di gameti sbilanciati con delezioni e duplicazioni complementari Segregazione alternata: si formano coppie di gameti bilanciati: 2 con i cromosomi normali e 2 con i cromosomi traslocati

21 Comportamento in meiosi delle mutazioni cromosomiche (I divisione meiotica): fusioni centriche in eterozigosi A B C A B C A B C A B C A B C A B C Segragazione con non disgiunzione secondaria: si formano coppie di gameti sbilanciati con nullisomie e disomie complementari Segregazione corretta: si formano coppie di gameti bilanciati: 2 con i cromosomi normali e 2 con il cromosoma fuso

22 Effetti genetici delle mutazioni cromosomiche in eterozigosi 1) INVERSIONI: soppressione dei prodotti del crossing over entro la regione invertita; riduzione della fecondità. 2) TRASLOCAZIONI, FUSIONI E FISSIONI CENTRICHE: pseudoassociazione fra i geni dei cromosomi coinvolti; riduzione della fecondità. 3) DELEZIONI, MONOSOMIE: soppressione del crossing over entro la regione deleta; pseudodominanza (la delezione di un allele dominante consente lespressione di un allele recessivo)

23 Mutazioni Geniche Mutazione genica: evento per cui un gene si trasforma da una forma allelica ad unaltra e il nuovo allele è ereditato secondo le leggi di Mendel. Retromutazione: mutazione da un allele anormale ad un allele standard. Mutazione morfologica: mutazione che si esprime in unalterazione della forma dellorganismo. Mutazioni letali,subletali, detrimentali: mutazioni che determinano la morte, la bassissima sopravvivenza o il danneggiamento dellorganismo. Mutazioni condizionali: mutazioni il cui fenotipo si manifesta solo in particolari condizioni ambientali. Mutazioni biochimiche: mutazioni che determinano la perdita o il cambiamento di un passaggio biochimico. Mutazioni nutrizionali: mutazione per cui microrganismi passano da un genotipo standard con cui è possibile la crescita con terreno minimo (prototrofi) a un nuovo genotipo in cui è richiesta la somministrazione supplementare di specifiche sostanze (auxotrofi). Mutazioni per resistenza: mutazioni che determinano la capacità di resistere a sostanze tossiche o a organismi patogeni cui invece il genotipo standard è sensibile.

24 Lanalisi dei mutanti nei batteri: il piastramento in replica Terreno non selettivo Terreni selettivi

25 Il test di fluttuazione sullorigine delle mutazioni Numerosità iniziale in ogni provetta: 10 5 batteri Numerosità finale in ogni provetta: 1,6x10 6 batteri Tasso di mutazione: 1 ogni 10 7 batteri per generazione Frequenza attesa di provette in cui la mutazione è avvenuta alla 4°generazione: 8 su 100 frequenza attesa di mutanti in quelle provette alla 5° generazione: 2 Frequenza attesa di provette in cui la mutazione è avvenuta alla 2° generazione: 2 su 100 frequenza attesa di mutanti in quelle provette alla 5° generazione: 8 Si è effettivamente verificato che poche provette avevano molti mutanti (mutazioni precoci) e molte avevano pochi mutanti (mutazioni tardive) Dunque le mutazioni preesistono al trattamento, che quindi non le induce ma le seleziona soltanto: le mutazioni non sono adattative

26 Test di mutagenesi: i loci specifici AABBCCDD Trattamento mutageno ABCD gameti normali (999) X aabbccdd AbCD gamete mutato (1) abcd gameti (1000) AaBbCcDd AabbCcDd Dose mutageno % mutanti% mutanti

27 EFFETTI BIOLOGICI DELLE MUTAZIONI: 1 mutazioni germinali Le mutazioni che insorgono in meiosi o dopo o che vi passano senza subire variazioni, determinano nella progenie i seguenti effetti: 1) MUTAZIONI GENICHE: il loro effetto dipende dalla dominanza e dal tipo di selezione cui sono sottoposte. 2) MUTAZIONI CROMOSOMICHE SBILANCIATE (delezioni, duplicazioni, aneuploidie): sono dannose in eterozigosi e ancora più dannose in omozigosi. 3) MUTAZIONI STRUTTURALI BILANCIATE (inversioni, traslocazioni, fusioni-fissioni centriche): producono un difetto di fecondità negli eterozigoti 4) AUTOPOLIPLOIDIE: sono mal tollerate negli animali, ben tollerate nelle piante ma del tutto sterili. 5) ALLOPOLIPLOIDIE: sono ben tollerate nelle piante e del tutto feconde.

28 EFFETTI BIOLOGICI DELLE MUTAZIONI: 2 mutazioni precoci e somatiche Mutazioni precoci: determinano i loro effetti specifici in settori del corpo tanto più ampi quanto più precoce è la mutazione; sono una delle cause del mosaicismo. Mutazioni somatiche: il rischio più rilevante è il cancro, che viene indotto da mutazioni che coinvolgono geni connessi al controllo della proliferazione cellulare attraverso diversi meccanismi: espressione di nuovi alleli dovuti a mutazione genica; effetto di posizione in inversioni e traslocazioni, per cui un gene modifica la sua espressione in funzione dei geni adiacenti; alterazione del dosaggio genico in seguito a mutazioni cromosomiche sbilanciate pseudodominanza, per cui si manifestano alleli recessivi in seguito alla perdita dei corrispondenti alleli dominanti in seguito a delezione o monosomia.

29 EFFETTI EVOLUTIVI DELLE MUTAZIONI 1) MUTAZIONI GENICHE: danno origine a nuovi alleli, sono quindi la fonte primaria della variabilità genetica; il loro effetto dipende dal tipo di selezione cui sono sottoposte. 2) DUPLICAZIONI: possono dare origine a nuovi geni, consentendo il cambiamento nel tempo e la complessificazione delle specie. 3) INVERSIONI, TRASLOCAZIONI, FUSIONI-FISSIONI: la riduzione di fecondità degli eterozigoti favorisce lisolamento riproduttivo e la nascita di nuove specie. 4) ALLOPOLIPLOIDIA: può dare origine a molti nuovi geni, avendo un intero genoma in eccesso; gli allopoliploidi costituiscono nuove specie, dato che gli ibridi fra lallopoliploide e le specie da cui origina è del tutto sterile;


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