Le basi cromosomiche dell’ereditarietà Corso di Laurea in Biotecnologie per la Salute Corso di Genetica AA 2016-2017 Le basi cromosomiche dell’ereditarietà Prof. Gabriella De Vita

L’analisi di migliaia di cariotipi ha verificato che: tutte le cellule somatiche di una specie hanno lo stesso numero diploide di cromosomi (2n) n varia considerevolmente da una specie all’altra n non è correlato alla dimensione o complessità di un organismo

Come si è capito che i determinanti di caratteristiche ereditarie (i geni) sono localizzati sui cromosomi?

Nel 1902 Walter Sutton e Theodor Boveri osservarono che la modalità di trasmissione dei cromosomi era strettamente correlata con la modalità di trasmissione dei geni da una generazione all’altra. Essi proposero la teoria cromosomica dell’ereditarietà, che afferma che i “fattori” mendeliani (geni) sono localizzati sui cromosomi.

Sutton osservò che la meiosi maschile della cavalletta produceva spermatozoi ½ X e ½ Y, che davano origine, rispettivamente, a femmine e maschi nella stessa proporzione Sutton concluse che i cromosomi X e Y determinano il sesso Un sesso è eterogametico e l’altro omogametico

Walter Sutton, nel 1902 formulò per primo la teoria cromosomica dell’ereditarietà Sutton ipotizzò che l’associazione in coppie dei cromosomi paterni e materni e la loro successiva separazione durante la divisione riduzionale (meiosi I) possono costituire le basi fisiche per le leggi dell’ereditarietà di Mendel Sutton suggerì che i cromosomi portassero le unità ereditarie di Mendel in base ad una serie di correlazioni

Ogni cellula contiene due copie di ciascun tipo di cromosoma, e ci sono due copie di ciascun tipo di gene. Il corredo cromosomico, come i geni di Mendel, viene trasmesso invariato dai genitori alla progenie. Durante la meiosi i cromosomi omologhi segregano in gameti differenti così come gli alleli alternativi di ciascun gene segregano in gameti diversi. Le copie materne e paterne di ciascuna coppia di cromosomi si separano in maniera casuale ai poli opposti del fuso così come alleli di geni non associati assortiscono in maniera indipendente. Durante la fecondazione il gruppo di cromosomi di una cellula uovo si unisce con il gruppo di cromosomi di uno spermatozoo incontrato a caso, così come gli alleli di un genitore si uniscono a caso con quelli provenienti dall’altro genitore. In tutte le cellule che derivano dalla fecondazione di una cellula uovo, metà dei cromosomi e metà dei geni sono di origine materna, l’altra metà di origine paterna.

La teoria cromosomica dell’ereditarietà fu dimostrata dagli esperimenti di Thomas Hunt Morgan, che mettevano in relazione la trasmissione ereditaria di particolari caratteri con la trasmissione dei cromosomi sessuali Queste ricerche gli fecero ottenere il Premio Nobel nel 1933

X 100% F1 F2 75% 25%

X 100% F1 F2 75% 25%

Il fenotipo colore delle ali è associato al sesso dell’individuo

Drosophila melanogaster 14

Gli esperimenti di Morgan

X P1 100% F1 75% 25% F2

X P1 50% F1 50% F2

sesso dell’animale NON SONO EQUIVALENTI La trasmissione del carattere dipende dal sesso dell’animale portatore dell’allele mutato gli incroci: femmina mutata X maschio normale femmina normale X maschio mutato NON SONO EQUIVALENTI

X P1 75% 25% F2 100% F1 1/2 2/3 1/3 tutti

X P1 50% F2 F1 tutte tutti 1/2 1/2

I rapporti fenotipici nella progenie sono differenti nei due sessi

la femmina è omogametica (due cromosomi X) Nella drosofila, come nell’uomo il maschio è eterogametico (un cromosoma X e uno Y) la femmina è omogametica (due cromosomi X)

Cromosomi del maschio e della femmina di Drosophila

P1 W X Y w F1 w W w W rosso

W w X F2 W w W w W rosso bianco

P1 X Y w W F1 w W W w bianco rosso

W w X F2 W w W w bianco rosso

L’analisi cruciale che dimostrò definitivamente la teoria cromosomica dell’ereditarietà fu compiuta da Calvin Bridges Ripetendo l’incrocio in Drosophila fatto da Morgan: femmine con occhi bianchi X maschi con occhi rossi, ottenne alcune eccezioni su una numerosissima progenie Circa 1/2000 individui di F1 era femmina con occhi bianchi o maschio con occhi rossi Tutti i maschi eccezionali erano sterili

Bridges ipotizzò che, se era vero che il determinante del colore degli occhi era localizzato nel cromosoma X, allora i moscerini “eccezionali” dovevano avere un difetto a carico di quel cromosoma: analisi del cariotipo 29

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1922, Blakeslee 12 ceppi trisomici (2n+1) di Datura stramonium

Chromosome painting in muntjac indiano

Cromosomi di ape in metafase, osservati al microscopio elettronico

Kavenoff e Zimm: molecola di DNA di un cromosoma di Drosophila

Con l’elettroforesi su gel in campo elettrico pulsante si è dimostrato che il numero di molecole di DNA di una specie corrisponde al numero di cromosomi Il sequenziamento di interi genomi ha dimostrato che ogni cromosoma corrisponde ad una singola molecola di DNA

I geni sono le regioni funzionali della molecola di DNA che forma un cromosoma I geni sono in ordine lineare sui cromosomi, ogni gene ha una precisa posizione o locus. La mappa genica è la mappa che identifica la posizione dei geni sui cromosomi

Due segmenti del cromosoma 21 umano

Impacchettamento del DNA Il DNA si avvolge intorno agli istoni formando i nucleosomi La catena di nucleosomi si spiralizza formando un solenoide

Il solenoide si attacca ad una impalcatura (scaffold) L’impalcatura e le anse formano una superspirale

Cromosoma metafasico dopo rimozione degli istoni Figura 4.18 Un gene che determina il colore dell’occhio di Drosophila è localizzato sull’X. L’associazione all’X spiega l’eredità degli alleli del gene white.

Come la meiosi genera variabilità genetica assortimento indipendente ricombinazione

gameti 1/4 AB 1/4 ab 1/4 Ab 1/4 aB

L’assortimento indipendente dei cromosomi omologhi di origine materna e paterna alla meiosi I produce il primo livello di variabilita’ genetica 02_10.jpg

l’assortimento indipendente genera 2n gameti diversi n=numero aploide di cromosomi Nella specie umana=223=8,388,608