Genetica formale Modalita’ della trasmissione dei caratteri da una generazione all’altra. I metodi che Gregorio Mendel sviluppo’ verso la meta’ del 1800 sono quelli ancora in uso oggi e rappresentano una parte fondamentale dell’analisi genetica.

Studio di un fenomeno biologico isolare e caratterizzare le varianti genetiche che colpiscono (alterano) il processo stesso. Ogni variante o mutazione permette di identificare un distinto componente genetico. Organismi sperimentali -con ciclo vitale breve -progenie numerosa -facili da manipolare -variabilita’ tra gli individui

Le leggi di Mendel

(il termine “gene” fu coniato Gregor Mendel (1822-1884) Propose per primo, nel 1865, il concetto di GENE. (il termine “gene” fu coniato da Johannsen nel 1909) Prima di Mendel: eredità per mescolamento Mendel: eredità particolata

Riproduzione: fusione di due cellule specializzate dette gameti “uovo e spermio (i gameti) contengono essenze derivanti dalle diverse parti del corpo del genitore. Queste essenze si mescolano per formare il nuovo individuo” “i caratteri sono determinati da unità discrete che vengono trasmesse intatte da una generazione all’altra” Prima di Mendel “eredità per mescolamento” Mendel “eredità particolata”

Metodo di ricerca ipotetico deduttivo Le leggi di Mendel Scelta dell’organismo giusto Piano sperimentale semplice (pochi caratteris da seguire) Quantificazione dei risultati Metodo di ricerca ipotetico deduttivo Interpretazione semplice dei rapporti numerici ottenuti Esperimenti precisi per saggiare l’ipotesi

Pisum sativum ampia gamma di forme e colori autofecondazione e fecondazione incrociata antera (porta il polline) ovario ovulo stimma

Vantaggi sperimentali delle piante di piselli tempo di generazione breve numerosità della progenie poco spazio occupato basso costo

Trasmissione ereditaria di un singolo carattere (Per “carattere” si intende una specifica proprietà di un organismo)

interno del seme giallo o verde baccelli semplici o concamerati Caratteri delle piante di piselli studiati da Mendel semi lisci o grinzosi interno del seme giallo o verde petali porpora o bianchi baccelli semplici o concamerati baccelli verdi o gialli fiori assiali o terminali fusto lungo o corto

Le diverse varietà che un carattere può assumere si chiamano fenotipi fenotipo bianco fenotipo purpureo es.

Linea pura = popolazione che attraverso le generazioni resta identica per un dato carattere

I° incrocio: pianta a fiori purpurei x pianta a fiori bianchi F1 tutte piante a fiori purpurei P = generazione parentale F1 = prima generazione filiale

L’incrocio reciproco dava lo stesso risultato

Il fenotipo bianco riappariva alla Autofecondazione F1 x F1 705 piante a fiori purpurei F2 224 piante a fiori bianchi RAPPORTO 3 : 1 Il fenotipo bianco riappariva alla seconda generazione!

interno del seme giallo o verde baccelli semplici o concamerati Lo stesso rapporto 3:1 si ritrovava anche per gli altri 6 caratteri semi lisci o grinzosi interno del seme giallo o verde petali porpora o bianchi baccelli semplici o concamerati baccelli verdi o gialli fiori assiali o terminali fusto lungo o corto

DOMINANTE e RECESSIVO ll “fattore” latente si definisce RECESSIVO il “fattore” espresso si definisce DOMINANTE

P seme giallo x seme verde F1 tutti semi gialli giallo è dominante su verde Autofecondazione F1 x F1 3/4 semi gialli F2 1/4 semi verdi 1/4 gialli puri 2/4 gialli “impuri” 1/4 verdi puri

Cosa dedusse Mendel dai risultati dei suoi esperimenti? 1. I determinanti ereditari sono di natura particolata 2. I geni sono presenti a coppie. Ogni carattere è controllato da due geni (chiamati alleli). Nelle linee pure i due alleli sono uguali. Nelle piante F1 sono presenti un allele per il fenotipo dominante ed uno per il fenotipo recessivo 3.I membri di ciascuna coppia genica si separano con uguale frequenza nei gameti (Principio della segregazione) 4.Ogni gamete porta solo un membro di ciascuna coppia genica 5. I gameti si combinano per formare lo zigote indipendentemente dal membro della coppia genica in essi contenuto

Modello A = allele dominante a = allele recessivo

Gli individui A /a sono chiamati eterozigoti o ibridi,mentre gli individui delle linee pure sono chiamati omozigoti. A /A è un omozigote dominante; a /a è un omozigote recessivo.

YY x yy F1 Yy x Yy YY 1/4 Yy 1/4 + 1/4= 2/4 = 1/2 YY Yy yy 1/4 F2 yy quadrato di Punnet

Il genotipo è la costituzione genetica del carattere YY Yy yy 1/4 1/2 1/4 giallo verde 3 : 1 rapporto fenotipico rapporto genotipico

Verifica delle ipotesi (Test-cross o Reincrocio) 58 : 52 Rapporto osservato

I° legge di Mendel: I due membri di una coppia genica segregano (si separano) l’uno dall’altro nei gameti, metà dei quali riceve un membro della coppia, mentre l’altra metà riceve l’altro membro

Trasmissione ereditaria di due caratteri

Mendel studiò la trasmissione contemporanea di due caratteri Carattere fenotipo Forma del seme liscio/rugoso Colore del seme giallo/verde

lisci verdi x rugosi gialli lisci gialli F1 Liscio > rugoso Giallo > verde lisci gialli x F1 lisci gialli F1 F2 315 lisci gialli 9 108 lisci verdi 3 101 rugosi gialli 3 32 rugosi verdi 1 556 semi

Mendel considerò un carattere alla volta Mendel trovò lo stesso tipo di rapporto 9:3:3:1 studiando anche altre coppie di caratteri Mendel considerò un carattere alla volta

315 lisci gialli 108 lisci verdi 101 rugosi gialli 32 rugosi verdi 556 semi lisci/rugosi lisci 315+108 = 432 ; rugosi 101+32 = 133 3 liscio : 1 rugoso rapporto gialli/verdi gialli 315+101 = 416; verdi 108+32 = 140 3 giallo : 1 verde rapporto

ciascun carattere veniva trasmesso indipendentemente dall’altro Mendel intuì che ciascun carattere veniva trasmesso indipendentemente dall’altro

R = liscio r = rugoso Y = giallo y = verde liscio verde rugoso giallo liscio giallo gameti Y

Il diibrido RrYy formerà 4 tipi di gameti contenenti ciascuno un allele per il carattere “forma del seme” (R o r ) e un allele per il carattere “colore del seme” (Y o y). Questi gameti verranno prodotti con la stessa frequenza pari ad 1/4 RY Ry rY ry

RrYy

Rapporti genotipici Rapporti fenotipici RRYY 1/16 RRYy 2/16 RRyy 1/16 lisci gialli lisci verdi rugosi gialli rugosi verdi 9 3 1 R-Y- R-yy rrY- rryy

II° legge di Mendel: coppie geniche differenti assortiscono in maniera indipendente durante la formazione dei gameti

Testcross per confermare la seconda legge di Mendel YyRr x yyrr gialli lisci verdi grinzosi 1/4 gialli lisci 1/4 verdi grinzosi 1/4 verdi lisci 1/4 gialli grinzosi 1/4 yr yr 1/4 Yr 1/4 yR 1/4 YR YyRr Yyrr yyRr yyrr r

I caratteri alternativi sono determinati da FATTORI DISCRETI che portano l’informazione ereditaria Ogni fattore (GENE) esiste in forme alternative (ALLELI) che determinano la caratteristica visibile (FENOTIPO) 2 alleli uguali = OMOZIGOSI 2 alleli diversi = ETEROZIGOSI Allele che determina la caratteristica visibile è DOMINANTE sull’altro che è RECESSIVO

coppia genica segregano (si separano) l’uno dall’altro nei gameti I legge di Mendel: I due membri di una coppia genica segregano (si separano) l’uno dall’altro nei gameti II legge di Mendel (assortimento indipendente): Geni che controllano caratteri diversi si distribuiscono in modo indipendente nei gameti

Elementi di calcolo delle probabilità Probabilità = N° di casi in cui un evento si manifesta N° delle opportunità che esso ha di accadere

Qual’è la probabilità che lanciando un dado esca un tre? P(di un tre)= 1/6 Regola del prodotto = la probabilità che due eventi indipendenti si verifichino è data dal prodotto delle probabilità dei singoli eventi.

Regola del prodotto Qualè la probabilità che lanciando due dadi esca tre su tutti e due? P(di due tre)= 1/6 x 1/6= 1/36 x 1/6 1/6

Regola della somma = la probabilità che si verifichino o l’uno o l’altro di due eventi mutualmente escludentesi è data dalla somma delle loro singole probabilità.

Regola della somma Qual’è la probabilità che lanciando due dadi escano O due tre O due quattro? P(di due tre o di due quattro)= =1/36 + 1/36 =1/18 1/6 x 1/6 1/6 x 1/6

Ramificazioni per prevedere i rapporti genotipici derivanti da un incrocio AaBb x AaBb Numero delle coppie geniche eterozigoti ¼ AA ½ Aa ¼ aa =32 =9

Ramificazioni per prevedere i rapporti fenotipici derivanti da un incrocio AaBb x AaBb Numero delle coppie geniche eterozigoti ¾ B- ¼ bb A-B- 9/16 A-bb 3/16 aaBB 3/16 aabb 1/16 =22 =4 ¾ A- ¼ aa

Ramificazioni per prevedere i gameti formati da un individuo AaBb Numero delle coppie geniche eterozigoti ½ B ½ b AB 1/4 Ab 1/4 ab 1/4 aB 1/4 ½ A ½ a =22 =4

liscio>rugoso giallo>verde lisci gialli x F1 lisci gialli F1 lisci gialli lisci verdi x rugosi gialli F2 315 lisci gialli 108 lisci verdi 101 rugosi gialli 32 rugosi verdi 556 semi

315 lisci gialli 108 lisci verdi 101 rugosi gialli 32 rugosi verdi lisci 315+108 = 432 ; rugosi 101+32 = 133 gialli 315+101 = 416; verdi 108+32 = 140 315 lisci gialli 108 lisci verdi 101 rugosi gialli 32 rugosi verdi 556 semi 3 liscio : 1 rugoso rapporto 3 giallo : 1 verde lisci/rugosi gialli/verdi

3/4 gialli lisci gialli 3/4 x 3/4 = 9/16 3/4 lisci 1/4 verdi lisci verdi 3/4 x 1/4= 3/16 3/4 gialli rugosi gialli 1/4 x 3/4= 3/16 1/4 rugosi 1/4verdi rugosi verdi 1/4 x 1/4= 1/16

Analisi statistica: il test del chi-quadrato (c2) Serve a verificare se i risultati ottenuti in un dato esperimento si discostano dai risultati attesi soltanto per effetto del caso

RrYy x rr yy Risultati osservati Risultati attesi 154 lisci gialli Ipotesi zero: I geni assortiscono indipendentemente (rapporto 1:1:1:1) RrYy x rr yy Liscio giallo rugoso verde 154 lisci gialli 124 lisci verdi 144 rugosi gialli 146 rugosi verdi Tot. 568 Risultati osservati 142 lisci gialli (RrYy) 142 lisci verdi (Rryy) 142 rugosi gialli (rrYy) 142 rugosi verdi (rryy) Tot. 568 Risultati attesi

La differenza osservata è casuale? L’ipotesi zero è confermata?

Il metodo del chi quadro consente di determinare qual’è la probabilità che la discrepanza tra i risultati ottenuti in un esperimento ed i risultati attesi sia dovuta al caso Se questa probabilità è alta (rispetto ad una soglia di accettazione) allora l’ipotesi di partenza è corretta, se la probabilità è piccola l’ipotesi va scartata

Calcolo del chi quadrato Per ogni classe, si calcola la differenza tra valore osservato ed atteso, la si eleva al quadrato, la si divide per il valore atteso, e infine si fa la somma dei risultati ottenuti per tutte le classi. Numero delle classi -1

Soglia di accettazione/rifiuto

Procedura per effettuare il test del chi quadro 1) Formulare un’ipotesi semplice su cui costruire un’attesa precisa (Es Ipotesi zero: assortimento indipendente) 2) Calcolare il chi quadro 3) Stimare p(c2) 4) Rifiutare o accettare l’ipotesi zero