La Drosophila Melanogaster (o moscerino della frutta)

Thomas H. Morgan è stato un genetista e biologo statunitense 1933 il Premio Nobel per la medicina i cromosomi sono la sede dei fattori ereditari mendeliani -associazione genica

geni sullo stesso cromosoma = geni associati esperimenti di Morgan geni sullo stesso cromosoma = geni associati Morgan eseguì incroci fra due genotipi di Drosophila: b+ b vg+ vg x b b vg vg questi due genotipi differiscono per il colore del corpo e la forma delle ali b+ (colore corporeo grigio) è dominante su b (colore nero) vg+ (ali lunghe) è dominante su vg (ali corte)

Attesi Osservati

Morgan si aspettava di ottenere 4 fenotipi in un rapporto 1:1:1:1 (quindi: ¼ corpo grigio e ali lunghe, ¼ corpo nero e ali corte, ¼ corpo grigio e ali corte e ¼ corpo nero e ali lunghe), ma ciò non accade questi alleli non seguono la legge dell’assortimento indipendente Morgan ipotizzò che i due geni si trovassero sullo stesso cromosoma, quindi che fossero geni concatenati o associati  i geni associati tendono a essere ereditati insieme

Il Crossing-over - i geni allocati sullo stesso cromosoma ma in loci differenti possono essere separati l’uno dall’altro mediante il fenomeno del crossing-over  i crossing-over determinano il fenomeno della ricombinazione genica  la ricombinazione avviene durante la profase I della meiosi

La frequenza di ricombinazione su 2300 moscerini, 391 sono ricombinanti (quindi il 17%) i ricombinanti si manifestano quindi con frequenze predefinite, per questo si parla di frequenze di ricombinazione le frequenze di ricombinazione saranno più elevate per i loci che si trovano a distanza maggiore sul cromosoma rispetto a quelli che sono localizzati più vicini fra loro  questo perché un evento di crossing-over si manifesta con maggiore probabilità tra geni che sono più distanti che tra geni vicini

La mappatura genica il gruppo di ricerca di Morgan aveva stabilito frequenze di ricombinazione per molti geni Sturtevant usò questi dati per elaborare mappe geniche - immaginò che i valori in percentuale che indicavano le frequenze del crossing-over potessero rappresentare la distanza relativa tra i geni

Figura 5.15 La Drosophila melanogaster ha quattro gruppi di associazione. La figura mostra una mappa genetica del moscerino della frutta, che mostra la posizione di diversi geni che sono responsabili di fenotipi visibili a carico della morfologia del corpo, come quelli usati in questo capitolo (evidenziati in grassetto). Dal momento che sono stati mappati numerosi geni di Drosophila, ognuno dei quattro cromosomi può essere rappresentato come un singolo gruppo di associazione.

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 ricombinazione 1 centiMorgan (1 cM) = 1% di ricombinazione

Reincrocio Aa Bb X aa bb Frequenze fenotipiche: AB Ab aB ab TOT Osservate 78 122 118 82 400 Attese 100 100 100 100 400 Difetto Eccesso Difetto

Reincrocio Aa Bb X aa bb Frequenze fenotipiche: AB Ab aB ab TOT Osservate 78 122 118 82 400 Attese 100 100 100 100 400 I fenotipi Ab e aB sono presenti in frequenze superiori all’attesa Perciò Ab e aB sono i fenotipi parentali: A B a b A b a B La distanza fra locus A e locus B è di = NR / NT = =(78+82)/400 = 0,4 e cioè 40 cM

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

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 b a+ b a+ b a b+ a b a+ 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 X Ab, aB = parentali AB, ab = ricombinanti

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

Figura 5.15 La Drosophila melanogaster ha quattro gruppi di associazione. La figura mostra una mappa genetica del moscerino della frutta, che mostra la posizione di diversi geni che sono responsabili di fenotipi visibili a carico della morfologia del corpo, come quelli usati in questo capitolo (evidenziati in grassetto). Dal momento che sono stati mappati numerosi geni di Drosophila, ognuno dei quattro cromosomi può essere rappresentato come un singolo gruppo di associazione.

Incrocio a tre punti

-Assenti -Larghi e sporgenti -Prive di venature trasversali

Quali c-over si erano verificati? Come procedere? -Determinazione dell’ordine dei geni -Calcolo della distanza tra i geni -Calcolo dell’interferenza e coefficiente di coincidenza

1)Determinazione dell’ordine dei geni 1 sc ec cv 2 ec sc cv 3 ec cv sc ? Occhio alla classe dei doppi ricombinanti !

Occhio alla… Classe dei doppi ricombinanti Le classi rare sono 7(sc ec+ cv) 1/3248 8(sc+ ec cv+) 1/3248 Paragonando con le classi parentali sc ec cv sc+ ec + cv+ L’allele ec si è spostato rispetto a sc e cv Il corretto ordine è sc-ec-cv Se si prova con altre 2 possibilità per il gene centrale Non concordanza con l’assetto dei doppi ricombinanti.

Infatti se provo con sc centrale ec sc cv ec+ + sc+ cv+ 7(sc ec+ cv) 1/3248 8(sc+ ec cv+) 1/3248 Dovrei aspettarmi dei dc ec+ sc cv+ che non esistono

Calcolo della distanza tra geni sc-ec=163+130+1+1=295=0,09; ec-cv=192+148+1+1=342=0,105 totale 3248 3248 9,1 u.m 10,5 u.m

Calcolo della distanza di mappa genetica sc----9,1-----------ec------------10,5------------cv Distanze additive sc-cv 9,1 cM+10,5cM =19,6 cM

Mappa di Bridges per sette geni associati all’X di Drosophila 66,8 cM Il n° medio di c-over in tale tratto cromosomico 0,668

Interferenza e coefficiente di coincidenza Incrocio a tre punti vantaggi: Doppio c-over Gli scambi in regioni adiacenti sono indipendenti? Frequenza attesa dei doppi c-over

Interferenza Ipotesi indipendenza Regione I sc-ec =0,091 Regione II ec-cv=0,105 Se eventi indipendenti - frequenza attesa sc-cv =0,091x0,105=0,0095 frequenza osservata 2/3248=0,0006 Inferiore all’atteso!! Interferenza Come si misura?

Coefficiente di coincidenza FO 0,0006 C == = 0,063 FA 0,0095 Interferenza = 1- c = 0,937 Bassa coincidenza alta interferenza! Se…. Alta coincidenza(c=0,9) bassa interferenza Massima coincidenza(c=1) nessuna interferenza

Calcolo accurato delle distanza di mappa La distanza di crossing-over multipli rende la frequenza di ricombinazione una sottostima della frequenza di c-over e quindi della distanza di mappa.

Tre caratteri in Drosophila Vermillion (v) Crossveinless (cv) Cut (ct)

Incrocio a tre punti

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

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 = 0.0084 Doppi crossing over attesi, DCA = 1448 x 0.0084 = 12 Doppi crossing over osservati, DCO = 8 cc = coeff. di coincidenza = DCO/DCA = 0.67 I = interferenza = 1 – cc = 0.33

Distanza di mappa/Distanza fisica Diverse regioni cromosomiche non hanno la stessa “tendenza” al crossing -over Mappa per ricombinazione ci rivela l’ordine dei geni ma non le “reali” distanze fisiche tra di essi

macchie gemelle: una forma di mosaicismo genetico Figura 5.24 macchie gemelle: una forma di mosaicismo genetico. In una femmina di Drosophila y sn+ / y+sn, la maggior parte del corpo è di tipo selvatico, ma qualche volta compaiono macchie aberranti, che sono gialle, oppure che mostrano setole singed. In alcuni casi, le macchie gialle e quelle con le setole singed possono essere adiacienti, dando origine a una configurazione definita a macchie gemelle.

Il crossing-over mitotico Figura 5.25 Il crossing-over mitotico. (a) In una femmina di Drosophila y sn+ / y+sn, un crossing-over mitotico tra il centromero e sn può produrre due cellule figlie, una omozigote per y e l’altra omozigote per sn, che possono svilupparsi in macchie anomale adiacenti (macchie gemelle). Questo risultato dipende da una distribuzione particolare dei cromatidi in anafase (sopra). Se i cromatidi si dispongono con l’orientamento opposto ma ugualmente probabile, allora si originano cellule fenotipicamente normali (sotto).

Il crossing-over mitotico Figura 5.25 Il crossing-over mitotico. (b) Un crossing-over tra sn e y può generare chiazze singole gialle. Al contrario, un singolo crossing-over mitotico in queste femmine non può generare una singola regione singed se il gene sn è più vicino al centromero del gene y. Provate a dimostrare questa affermazione.