Evoluzione e differenziamento delle popolazioni su basi genetiche Variabilità genetica Evoluzione e differenziamento delle popolazioni su basi genetiche

Variabilità genetica Esclusi i gemelli omozigoti la costituzione genetica di ogni individuo è diversa Ciò che ci distingue l’uno dall’altro non è il possesso di differenti geni ma, che i geni possono assumere differenti forme (alleli) In alcuni casi differenti alleli possono produrre differenti fenotipi, come nelle mutazioni responsabili di malattie monogeniche In altre le variazioni nessun effetto: alleli neutrali

Definizione di variabilità genetica Presenza di sequenze geniche diverse tra gli individui all’interno di una stessa popolazione

Frequenze alleliche: frequenze dei differenti alleli nella popolazione Un gene o un locus presente in più forme alleliche è detto polimorfico. Frequenze alleliche: frequenze dei differenti alleli nella popolazione Procedere al confronto delle frequenze alleliche nelle diverse popolazioni, La variazione della frequenza nel tempo cause

Popolazione Definizione genetica di una popolazione: Gruppo di individui che si accoppiano l’uno con l’altro in modo casuale Le barriere all’accoppiamento suddivideranno la popolazione in una serie di sottopopolazioni Distanza geografica Caratteristiche ambientali culturali

La quota di variabilità ereditabile entro popolazioni è importante per svariati motivi: per prima cosa essa determina il potenziale per il cambiamento evolutivo e l’adattamento. Inoltre, la quota di variabilità ci fornisce preziosi indizi circa l’importanza relativa di varie forze evolutive, dato che alcune di queste forze aumentano la variabilità e altre la diminuiscono. Le modalità di insorgenza di nuove specie possono dipendere dalla quota di variabilità genetica posseduta entro le popolazioni.

Evoluzione Teoria trasformista: ciascun individuo appartenente ad una specie fosse sottoposto alla stessa trasformazione qualitativa Come ogni individuo nel corso della vita da bambino ad adulto JB Lamarck: ciascun individuo cambia leggermente a causa di una tendenza o volontà interiore in modo da adattarsi all’ambiente Questi piccoli cambiamenti singoli sono trasmessi alla progenie che a sua volta continua il processo di cambiamento con la sua tendenza ad adattarsi.

Darwin (1859) Teoria della variazione:tra gli organismi all’interno di una specie esiste variazione Gli individui di una generazione sono qualitativamente differenti gli uni dagli altri L’evoluzione delle specie nel suo complesso ha luogo perché i tassi di riproduzione dei vari tipi sono differenti, di modo che le frequenze relative dei tipi cambiano nel tempo.

Evoluzione L’evoluzione è così un sistema selettivo invece che trasformista. Lamarck: evoluzione è la somma di cambiamenti singoli, con ciascun individuo che cambia leggermente e trasmette questo suo cambiamento alla sua discendenza. Darwin: l’evoluzione è la somma dei cambiamenti della popolazione, con ciascuna popolazione che dava una discendenza in cui le proporzioni dei vari tipi sono leggermente alterate La popolazione della generazione seguente conterrà una frequenza più alta di quei tipi che meglio sopravvivono e si riproducono nelle condizioni ambientali esistenti. Quindi le frequenze dei vari tipi all’interno delle specie col tempo cambieranno.

Teoria della evoluzione di Darwin Un processo selettivo può produrre cambiamenti nella composizione della popolazione solo se esistono alcune variazioni tra cui selezionare. La variazione deve essere ereditabile perché la riproduzione differenziale riesca ad alterare la composizione genetica della popolazione

La variabilità genetica insorge e si diffonde all’interno delle popolazioni naturali con tre meccanismi principali MUTAZIONI Cambiamento dell’informazione genetica MUTAZIONI PUNTIFORMI RIARRANGIAMENTI CROMOSOMICI RICOMBINAZIONE Formazione di nuove combinazioni di geni Riproduzione sessuata Crossing over IMMIGRAZIONE DI GENI

La teoria evolutiva che si fonda sulla variabilità possiede una peculiare proprietà autodistruttiva Variante con il grado più elevato di riproduzione avrà il sopravvento nella popolazione e tutti gli altri genotipi spariranno: diminuzione variabilità Mutazioni

MUTAZIONI Entrano a far parte del pool genico di una popolazione soltanto se compaiono nella linea germinale Possono essere vantaggiose, svantaggiose o neutre Vantaggi e svantaggi possono essere di diversa entità LA LORO COMPARSA (MA NON LA LORO PERMANENZA) E’ COMUNQUE INDIPENDENTE DALL’EFFETTO

Dal gene alla proteina Perdita di funzione

Cos’è una mutazione?

Un esempio di mutazione non patologica…

Mutazioni Cambi nella normale sequenza del DNA Origine: Sede: Spontanea (errori di replicazione o riparazione del DNA) Indotta (da agenti fisici o chimici) Sede: Germinali (ereditabili) Somatiche (non ereditabili)

Agenti mutageni

Sede delle mutazioni Mutazioni “germinali” Mutazioni “somatiche” Colpiscono le cellule germinali (spermatozoi o ovocellule) Sono trasmissibili alla prole Mutazioni “somatiche” Colpiscono le cellule somatiche, ossia qualsiasi tipi di cellule del corpo escluse quelle germinali Non sono trasmissibili alla prole

In che modo una mutazione può modificare un fenotipo? I geni mutati possono andare incontro a due meccanismi: Perdita di funzione (assenza del prodotto proteico normale del gene) Acquisto di funzione (presenza di un nuovo prodotto proteico con funzioni diverse da quello originale)

Effetti delle mutazioni Mutazioni letali Provocano la morte del 100% dei portatori prima della pubertà Mutazioni subletali Portano a morte più del 50% (ma non il 100%) dei portatori prima della pubertà Mutazioni neutrali Non modificano la salute dell’individuo in senso negativo o positivo Mutazioni vantaggiose Sono favorevoli per la specie, aumentando la fitness riproduttiva dei portatori Una stessa mutazione può avere effetto diverso in base all’ambiente in cui il portatore vive

Il concetto di mutazione “vantaggiosa” Una mutazione si dice vantaggiosa quando aumenta le possibilità di sopravvivenza di un individuo in un determinato ambiente e ne migliora la capacità riproduttiva Solo attraverso la riproduzione una mutazione vantaggiosa può trasferirsi alla prole di un individuo e risultare favorevole per la specie

Fitness Darwiniana La probabilità relativa di sopravvivenza e il tasso di riproduzione di un fenotipo o genotipo La F. è una conseguenza delle relazioni tra genotipo/fenotipo ed ambiente specifico in cui l’organismo vive

Mutazioni vantaggiose in base all’ambiente: l’esempio della talassemia La talassemia è una patologia autosomica recessiva che produce allo stato omozigote una grave forma di anemia. In tale condizione la mutazione è pertanto letale

La talassemia allo stato eterozigote Gli eterozigoti per la talassemia sono portatori sani, quindi non affetti dalla patologia Allo stato eterozigote, pertanto, la talassemia appare come una mutazione neutra

Talassemia e malaria La condizione di portatore sano di talassemia protegge dalla infezione malarica Nelle regioni italiane dove la malaria era endemica la condizione di eterozigote per talassemia ha rappresentato una mutazione vantaggiosa

Fibrosi Cistica Trasmissione autosomica recessiva Incidenza degli affetti: 1/2500 Incidenza dei portatori sani: 1/25 Locus: 7q13 Gene: CFTR Oltre 400 mutazioni diverse, una delle quali (DeltaF508) responsabile del 70% dei casi.

CFTR 1/2000 70% CFTR 52000 anni fa Perché si è mantenuta questa mutazione nel tempo? Vantaggio eterozigote: Funzione ridotta della proteina protegge contro la diarrea infantile, riduzione perdita di acqua attraverso la mucosa intestinale