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Capitolo 14
Mappe genetichenegli eucarioti
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
http://web.unife.it/progetti/genetica/Guido/index.php?lng=it&p=4
Domande 14
• Che conseguenze sulla trasmissione degli alleli ha il fatto che i geni (loci) sono tanti, stanno sui cromosomi, e i cromosomi sono pochi?
• Che conseguenze genetiche hanno gli scambi fra cromosomi omologhi alla meiosi?
• Con che frequenza avvengono questi scambi?• Queste frequenze ci dicono qualcosa sulla posizione
reciproca dei loci sul cromosoma?
Incrocio a tre punti
Figura 14.1
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Trasmissione congiunta di alleli sul cromosoma X (Morgan 1911)
E’ come un reincrocio
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
A B
a+ ba b+
a ba+ b+
Disposizione degli alleli: trans cis (repulsion) (coupling)
La posizione occupata da un allele di un certo gene sul cromosoma si chiama locus, e si indica in genere con la lettera maiuscola
Cromosomi (e fenotipi) parentali e ricombinanti
A
b
a
B
a
b
a
b
X
Combinazioni di alleli nella progenie:Ab, aB = parentali AB, ab = ricombinanti
Esperimento di Barbara McClintock (1931) in Zea mais
C: seme colorato, c: non coloratoWx: amido normale, wx: amido waxy
Anche: carnation, Bar inDrosophila
Figura 14.2
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Esperimento di Stern:Relazione fra scambio di materiale cromosomico e ricombinazione genetica in Drosophila
Figura 14.3
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Il mezzo ideale per studiare associazione e ricombinazione è il reincrocio
Reincrocio
Aa Bb X aa bb
Frequenze fenotipiche: AB Ab aB ab TOTOsservate 78 122 118 82 400Attese 100 100 100 100 400
Difetto Eccesso Difetto
Reincrocio
Aa Bb X aa bb
Frequenze fenotipiche: AB Ab aB ab TOTOsservate 78 122 118 82 400Attese 100 100 100 100 400
I fenotipi Ab e aB sono presenti in frequenze superiori all’attesaPerciò Ab e aB sono i fenotipi parentali:
La distanza fra locus A e locus B è d = NR / NT = =(78+82)/400 = 0,4 e cioè 40 cM
A b
a B
A B
a b
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
Cioè la stessa frequenza che si osserva se i geni sono indipendenti
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 ricombinazione1 centiMorgan (1 cM) = 1% di ricombinazione
Costruzione di mappe genetiche 1
b ci
b ci
B Ci
b ci x
b ci
B Ci b ci B ci b Ci
nero, grigio, nero, grigio,cinabro rosso rosso cinabro
430 419 40 44
TOT=933
Costruzione di mappe genetiche 2
nero, grigio, nero, grigio,cinabro rosso rosso cinabro
430 419 40 44 TOT=933
d = NR / (NP + NR) dB-Ci = 84 / 933 = 0.09 9 cM (centiMorgan) o 9 um (unità di mappa)
Figura box 14.1
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Si può studiare, con lo stesso metodo, anche l’associazione fra fenotipi e marcatori del DNA
Figura box 14.2
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Incrocio a tre punti
Tre caratteri in Drosophila
Crossveinless (cv)
Vermillion (v)
Cut (ct)
Incrocio a tre puntiv v cv cv ct ct X v+ v+ cv+ cv+ ct+ ct+
L’incrocio può essere riscritto come v+ct cv / v ct+cv+ × v ct cv / v ct cv.
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.
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.
Figura 14.5
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Figura 14.6
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Ci vogliono due crossing-over per spostare l’allele del locus intermedio dal cromosoma originario
Figura 14.7
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Figura 14.8
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Figura 14.9
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Le distanze stimate fra loci vicini sono più accurate di quelle stimate fra loci lontani perché è minore la
probabilità di doppio crossing-over
Figura 14.10
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Correzione di Haldane per l’effetto di crossing-over multipli
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
cc = coeff. di coincidenza = DCO/DCA = 0.67I = interferenza = 1 – cc = 0.33
Doppi crossing over attesi, DCA = 1448 x 0.0084 = 12Doppi crossing over osservati, DCO = 8
Il fenomeno citologico alla base della ricombinazione è il crossing-over
Meccanismo della ricombinazione(Modello di Holliday, rottura ad elica singola)
Meccanismo della ricombinazione(Modello di Holliday,rottura ad elica singola)
Eteroduplex: appaiamento temporaneo di eliche non complementari
Meccanismo della ricombinazione(Modello di Holliday,rottura ad elica singola)
L’intervento dell’endonucleasi può portare o non portare al crossing-over
Holliday-junction al microscopio elettronico
Meccanismo della ricombinazione
(Modello di Holliday, risoluzioni alternative
dell’eteroduplex)
Meccanismo della ricombinazione
(Modello di Holliday, conseguenze delle
risoluzioni alternative)
Macchie gemelle in Drosophila (Stern)
In femmine y+ sn / y sn+
Macchie gemelle
Frequenza troppo alta per essere dovute a doppia mutazione
Macchie gemelle
Crossing-over mitotico
Una risorsa online: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/mapview/map_search.cgi?taxid=9606
Mappa del Cromosoma 21
Una risorsa online:http://www.ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/posters/chromosome/chooser.shtml
Mappa del Cromosoma 20
Mappa del Cromosoma Y
Sintesi 14• La concatenazione dei geni, cioè la presenza di più geni sullo
stesso cromosoma, fa sì che la loro trasmissione non sia indipendente
• L’associazione degli alleli sullo stesso cromosoma è modificata dal fenomeno (genetico) della ricombinazione, a cui corrisponde il fenomeno citologico del crossing-over
• La probabilità di ricombinazione è proporzionale alla distanza fra loci sul cromosoma; si può stimare la seconda sulla base della prima: mappe genetiche
• Un metodo classico per mappare i geni negli Eucarioti è l’incrocio a tre punti
• Il modello di Holliday descrive il meccanismo molecolare della ricombinazione
• Molto raramente, il crossing-over può avvenire anche durante la mitosi
• Col sequenziamento dei genomi si è arrivati a produrre mappe genetiche molto dettagliate