Genetica formale Modalita della trasmissione dei caratteri da

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. 1

Studio di un fenomeno biologico isolare e caratterizzare le varianti genetiche 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 2

Le leggi di Mendel 3

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 4

Riproduzione: fusione di due cellule specializzate dette gameti Prima di Mendel “eredità per mescolamento” “uovo e spermio (i gameti) contengono essenze derivanti dalle diverse parti del corpo del genitore. Queste essenze si mescolano per formare il nuovo individuo” Mendel “eredità particolata” “i caratteri sono determinati da unità discrete che vengono trasmesse intatte da una generazione all’altra” 5

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 6

Pisum sativum • ampia gamma di forme e colori • autofecondazione e fecondazione incrociata stimma antera (porta il polline) ovario ovulo 7

Vantaggi sperimentali delle piante di piselli • tempo di generazione breve • numerosità della progenie • poco spazio occupato • basso costo 8

Trasmissione ereditaria di un singolo carattere (Per “carattere” si intende una specifica proprietà di un organismo) 9

Caratteri delle piante di piselli studiati da Mendel semi lisci o grinzosi interno del seme giallo o verde baccelli verdi o gialli petali porpora o bianchi baccelli semplici o concamerati fiori assiali o terminali fusto lungo o corto 10

Le diverse varietà che un carattere può assumere si chiamano fenotipi es. fenotipo bianco fenotipo purpureo 11

Linea pura = popolazione che attraverso le generazioni resta identica per un dato carattere 12

I° incrocio: pianta a fiori purpurei x pianta a fiori bianchi F 1 tutte piante a fiori purpurei P = generazione parentale F 1 = prima generazione filiale 13

L’incrocio reciproco dava lo stesso risultato 14

Autofecondazione F 2 F 1 x F 1 705 piante a fiori purpurei RAPPORTO 3 224 piante a fiori bianchi : 1 Il fenotipo bianco riappariva alla seconda generazione! 15

Lo stesso rapporto 3: 1 si ritrovava anche per gli altri 6 caratteri semi lisci o grinzosi interno del seme giallo o verde baccelli verdi o gialli petali porpora o bianchi baccelli semplici o concamerati fiori assiali o terminali fusto lungo o corto 16

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DOMINANTE e RECESSIVO ll “fattore” latente si definisce RECESSIVO il “fattore” espresso si definisce DOMINANTE 18

P seme giallo x seme verde F 1 tutti semi giallo è dominante su verde Autofecondazione F 1 x F 1 F 2 1/4 gialli puri 3/4 semi gialli 2/4 gialli “impuri” 1/4 semi verdi 1/4 verdi puri 19

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 F 1 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 20

Modello A = allele dominante a = allele recessivo 21

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. 22

YY x Yy x F 1 1/2 F 2 1/2 Y 1/2 y Y YY Yy quadrato di Punnet yy Yy 1/2 y YY 1/4 Yy yy Yy 1/4 + 1/4= 2/4 = 1/2 yy 1/4 23

Il genotipo è la costituzione genetica del carattere rapporto fenotipico rapporto genotipico giallo verde 3 : 1 YY Yy yy 1/4 1/2 1/4 24

Verifica delle ipotesi (Test-cross o Reincrocio) Rapporto osservato 58 : 52 25

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 26

Trasmissione ereditaria di due caratteri 27

Mendel studiò la trasmissione contemporanea di due caratteri Carattere fenotipo Forma del seme liscio/rugoso Colore del seme giallo/verde 28

lisci verdi x rugosi gialli F 1 Liscio > rugoso Giallo > verde lisci gialli F 1 F 2 lisci gialli x F 1 315 lisci gialli 108 lisci verdi 101 rugosi gialli 32 rugosi verdi 556 semi lisci gialli 9 3 3 1 29

Mendel trovò lo stesso tipo di rapporto 9: 3: 3: 1 studiando anche altre coppie di caratteri Mendel considerò un carattere alla volta 30

315 lisci gialli 108 lisci verdi 101 rugosi gialli 32 rugosi verdi 556 semi lisci/rugosi lisci 315+108 = 432 ; rugosi 101+32 = 133 rapporto 3 liscio : 1 rugoso gialli/verdi gialli 315+101 = 416; verdi 108+32 = 140 rapporto 3 giallo : 1 verde 31

Mendel intuì che ciascun carattere veniva trasmesso indipendentemente dall’altro 32

R = liscio r = rugoso Y = giallo y = verde liscio verde rugoso giallo gameti Y liscio giallo 33

Il diibrido Rr. Yy 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 r. Y ry 34

Rr. Yy 35

Rapporti genotipici RRYY 1/16 RRYy 2/16 RRyy 1/16 Rr. YY 2/16 Rr. Yy 4/16 Rryy 2/16 rr. YY 1/16 rr. Yy 2/16 rryy 1/16 Rapporti fenotipici lisci gialli lisci verdi rugosi gialli rugosi verdi 9 3 3 1 R-YR-yy rr. Yrryy 36

II° legge di Mendel: coppie geniche differenti assortiscono in maniera indipendente durante la formazione dei gameti 37

Testcross per confermare la seconda legge di Mendel Yy. Rr gialli lisci x yyrr verdi grinzosi yrr 1/4 YR Yy. Rr 1/4 gialli lisci 1/4 Yr Yyrr 1/4 gialli grinzosi 1/4 y. R yy. Rr 1/4 verdi lisci 1/4 yr yyrr 1/4 verdi grinzosi 38

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 39

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 40

Elementi di calcolo delle probabilità Probabilità = N° di casi in cui un evento si manifesta N° delle opportunità che esso ha di accadere 41

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. 42

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 43

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. 44

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 45

Ramificazioni per prevedere i rapporti genotipici derivanti da un incrocio Aa. Bb x Aa. Bb AABB 1/16 ¼ AA ¼ BB ½ Bb ¼ bb ½ Aa ¼ BB ½ Bb ¼ bb Aa. BB 1/8 ¼ aa ¼ BB ½ Bb ¼ bb aa. BB 1/16 AABb 1/8 AAbb 1/16 Aa. Bb 1/4 Aabb 1/8 Numero delle coppie geniche eterozigoti n = 2 = 3 3 9 aa. Bb 1/8 aabb 1/16 46

Ramificazioni per prevedere i rapporti fenotipici derivanti da un incrocio Aa. Bb x Aa. Bb Numero delle coppie geniche eterozigoti ¾ A- ¼ aa ¾ B- A-B- 9/16 ¼ bb A-bb 3/16 ¾ B- aa. BB 3/16 ¼ bb aabb 1/16 2 n =2 2 = 4 47

Ramificazioni per prevedere i gameti formati da un individuo Aa. Bb Numero delle coppie geniche eterozigoti ½A ½a ½B AB 1/4 ½b Ab 1/4 ½B a. B 1/4 ½b ab 1/4 2 n =2 2 = 4 48

lisci verdi x rugosi gialli F 1 lisci gialli F 1 F 2 lisci gialli x F 1 liscio>rugoso giallo>verde lisci gialli 315 lisci gialli 108 lisci verdi 101 rugosi gialli 32 rugosi verdi 556 semi 49

315 lisci gialli 108 lisci verdi 101 rugosi gialli 32 rugosi verdi 556 semi lisci/rugosi lisci 315+108 = 432 ; rugosi 101+32 = 133 rapporto 3 liscio : 1 rugoso gialli/verdi gialli 315+101 = 416; verdi 108+32 = 140 rapporto 3 giallo : 1 verde 50

3/4 gialli lisci gialli 3/4 x 3/4 = 9/16 1/4 verdi lisci verdi 3/4 x 1/4= 3/16 3/4 lisci 3/4 gialli rugosi gialli 1/4 x 3/4= 3/16 1/4 verdi rugosi verdi 1/4 x 1/4= 1/16 1/4 rugosi 51

Analisi statistica: il test del chi-quadrato (c 2) Serve a verificare se i risultati ottenuti in un dato esperimento si discostano dai risultati attesi soltanto per effetto del caso 52

Rr. Yy x rr yy Liscio giallo rugoso verde Ipotesi zero: I geni assortiscono indipendentemente (rapporto 1: 1: 1: 1) Risultati osservati Tot. Risultati attesi 154 lisci gialli 142 lisci gialli (Rr. Yy) 124 lisci verdi 142 lisci verdi (Rryy) 144 rugosi gialli 142 rugosi gialli (rr. Yy) 146 rugosi verdi 142 rugosi verdi (rryy) 568 Tot. 568 53

La differenza osservata è casuale? L’ipotesi zero è confermata? 54

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 55

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 56

Soglia di accettazione/rifiuto 57

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(c 2) 4) Rifiutare o accettare l’ipotesi zero 58