Estensions of Mendelian principles

1. Capitolo 13
Estensioni e deviazioni dai
principi della genetica mendeliana
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A

2. Domande 13.
• Quanti alleli diversi può avere un gene?
• Ci sono solo alleli dominanti e recessivi, o sono possibili
altre relazioni fra gli alleli dello stesso gene?
•Qual è l’effetto di una mutazione in un gene essenziale
per una funzione della cellula o dell’organismo?
• In che modo gli alleli di un locus possono modificare
l’espressione fenotipica degli alleli di altri loci?

3. Gli alleli dello stesso gene differiscono per le mutazioni che
portano. Possono essere molti, ma ogni diploide ne porta solo
due nel proprio corredo genetico

4. Figura 13.1
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A

5. Gruppo AB0 nell’uomo
Due geni indipendenti, uno per A e uno per B?

6. Figura 13.2
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Genotipi AB0 nell’uomo

7. Figura 13.3
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Basi biochimiche della diversità degli antigeni
al locus AB0
Antigene H (0)
AB0 codifica per delle glicosiltransferasi che aggiungono uno zucchero
a un glicolipide preesistente. Il glicolipide risultante si colloca poi sulla
membrana dei globuli rossi.

8. DNA mitocondriale o mtDNA

9. cromosoma Y

10. Loci microsatellite o STR
L’alto numero di alleli li rende utili per l’identificazione personale

11. Contano le differenze
I 13 loci del CODIS
(COmbined DNA Index System)
Bruce Budowle

12. Match probability: qual è la probabilità che due individui
abbiano per caso lo stesso genotipo?
N di alleli P
2 0.375
3 0.185
4 0.109
5 0.072
6 0.051
10 0.019
Se gli alleli hanno tutti la stessa frequenza:
Con 2 alleli: P(AA)= 0.52
= 0.25; P(Aa)= 2 x 0.5 x 0.5 = 0.5; P(aa)= 0.52
= 0.25
P (AA,AA)= 0.252
= 0.0625; P(Aa,Aa)= 0.52
= 0.25; P(aa,aa)= 0.252
= 0.0625
match probability: = 0.0625 + 0.25 + 0.0625 = 0.375

13. Match probability: qual è la probabilità che due individui
abbiano per caso lo stesso genotipo?
Allele (ripetizioni) Freq.
12 0.015
13 0.015
14 0.134
15 0.290
16 0.229
17 0.162
18 0.162
Con il solo D3S1358, in bianchi americani
P = 0.071

14. Match probability: qual è la probabilità che due individui
abbiano per caso lo stesso genotipo?
Con più loci come D3S1358:
N geni P e cioè
5 0.0715
1 su 560 mila
10 0.07110
1 su 318 miliardi
13 0.07113
1 su 900 000 miliardi
La popolazione terrestre è di circa 7 miliardi di individui
13 loci bastano e avanzano

15. E quindi
I loci STR nel nostro DNA ci dicono:
1. Se il materiale biologico ritrovato sul luogo di un crimine proviene da
un certo sospetto, e che probabilità c’è di sbagliarsi
2. Se un certo signore può essere il padre di un certo bambino, e che
probabilità c’è di sbagliarsi
3. Se un corpo non identificato può appartenere a un individuo con un
certo grado di parentela con certi altri, e che probabilità c’è di
sbagliarsi
Inoltre, lo studio di loci STR in altri genomi ci permette di:
4. Identificare specie protette e combattere il bracconaggio e il commercio
illegale
5. Individuare batteri e altri microorganismi che inquinano suolo, acqua e aria
6. Eccetera

16. Allelia multipla: colore dell’occhio in
Drosophila

17. Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Figura 13.4
Allelia multipla: occhi bianchi e occhi eosina
in Drosophila
Thomas H. Morgan
w+
> we
< w

18. Dominanza incompleta

19. Dominanza intermedia, o codominanza, o non-dominanza

20. Figura 13.5
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Dominanza intermedia, o
codominanza, o non-
dominanza

21. Pelliccia gialla nel topo

22. Pelliccia gialla nel topo
Non si riescono a ottenere linee pure a pelliccia gialla
giallo X selvatico giallo X giallo
1 giallo : 1 selvatico 2 giallo : 1 selvatico
Come mai?

23. Figura 13.6
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
L’omozigosi per l’allele AY
provoca la perdita precoce
del feto:
allele letale

24. Alleli letali in omozigosi: coda nei gatti Manx

25. Penetranza ed espressività sono
due modi per definire l’effetto
dell’ambiente e di altri geni sui
caratteri ereditari
Fra i fattori che possono risentirne:
età di insorgenza delle patologie,
gravità dei sintomi, associazione ad
altri sintomi, risposta al
trattamento farmacologico
Penetranza incompleta ed espressività variabile

26. Figura 13.8
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Espressività variabile
nell’uomo: individui
eterozigoti per l’allele
patologico nella
neurofibromatosi

27. Figura 13.9
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Espressività variabile fra individui: Il gene per la calvizia
è dominante nei maschi e recessivo nelle femmine

28. Figura 13.10
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Espressività variabile fra
tessuti: Certi alleli si
esprimono diversamente
nei diversi distretti
dell’organismo: effetto
della temperatura sulla
pelliccia di un gatto
siamese

29. Figura 13.12
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Uno o più geni? Complementazione

30. Figura 13.13
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Il colore nero (ebony) del corpo in Drosophila può
dipendere da mutazioni recessive in due diversi geni

31. Epistasi o interazione genica
La dominanza è una forma di interazione genica: fra due
alleli dello stesso gene
Interazioni più complesse avvengono fra geni diversi
Se c’è dominanza, i rapporti fenotipici in F2 1:2:1 diventano
3:1
Analogamente, molte interazioni geniche semplificano i
rapporti mendeliani

32. Cresta di pollo: fenotipi

33. Epistasi: cresta di pollo
P
F1
9 3 3 1
F2

34. Figura 13.14
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Epistasi: Colore scarlet
dell’occhio in Drosophila
(autosomico)

35. Lo stickleback: Gasterosteus aculeatus
Forma anadroma: armatura completa Forme lacustri: armatura ridotta

36. Placche laterali, ma
non struttura pelvica
Struttura pelvica, ma
non placche laterali
Né placche laterali, né
struttura pelvica
Placche laterali e
struttura pelvica
Due geni epistatici controllano la formazione dell’armatura ossea nello
stickleback

37. Colore del
pelo in topo

38. Figura 13.15
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Epistasi:
Colore del
pelo in topo
9:4:3

39. Epistasi: forma del frutto nella zucca
9:6:1

40. Figura 13.17
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Epistasi: colore del frutto nella zucca
12:3:1

41. Figura 13.19
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Epistasi: colore della corolla nel pisello odoroso
9:7

42. Epistasi: Forma del frutto in Capsella bursa pastoris
15:1
P: frutto a cuore x frutto allungato
F1: tutti a frutto a cuore
F2: 15 frutto a cuore : 1 frutto allungato
Due loci coinvolti.
A - - - oppure - - B - aabb

43. Riassumendo

44. Un carattere complesso: la colorazione della pelliccia dei cani

45. 1. Gene black (cr. 16). Determina se viene prodotto il pigmento
nero eumelanina, che poi può essere modificato da altri geni in
sfumature di rosso.
b b B −

46. 2. Gene agouti (cr. 24). Determina la distribzione di eumelanina e
feomelanina, cioè se il pelo ha colorazione compatta o sfumata. Almeno
5 alleli
AS
− aw
aw

47. 3. Gene extension (cr. 20). Determina la distribuzione dei prodotti
del gene A, se su tutto il corpo o solo in alcune aree. Almeno 4 alleli
E − ebr
ebr

48. S −
sp
sp
si
si
sw
sw
4. Gene spotting (cr. 20) o MITF (microphtalmia-associated
transcription factor). Determina la presenza e la quantità di macchie. Almeno
4 alleli

49. Razza Genotipi omozigoti comuni
Basset Hound BB EE
Beagle as
as
BB sp
sp
English bulldog BB
Collie BB EE
Dalmata As
As
BB sw
sw
Doberman at
at
EE SS
Pastore tedesco BB SS
Golden retriever As
As
BB SS
Levriero BB
Irish setter BB ee SS
Labrador retriever As
As
SS
Barboncino SS
Rottweiler at
at
BB EE SS
San Bernardo at
at
BB
Ogni razza di cane è omozigote per alcuni alleli

50. Dalmata: AS
AS
E E sw
sw
(Pigmento nero compatto, espresso su tutto il corpo, predominanza di bianco)

51. Pastore tedesco: B B S S
(produzione di eumelanina, nessuna macchia)

52. San Bernardo: at
at
B B
(Fasce più scure sugli occhi, produzione di eumelanina)

53. A locus -
Ay
- sable
aw
- agouti/wolf grey
at
- tan points
a - recessive black
B locus -
B - non-liver
b (bc
/bd
/bs
) - liver
D locus -
D - no dilution
d - dilution of eumelanin to blue or isabella
dl
- dilution plus colour dilution alopecia (hair loss)
E locus -
Em
- black mask
Eg
- grizzle/domino
Eh
- Cocker sable
E - normal extension (no mask)
e - recessive red
G locus -
G - greying
g - no greying
H locus -
H - harlequin
h - non-harlequin
I locus -
Alleles unknown
K locus -
K - solid black
kbr
- brindle
k - non-solid black
M locus -
M - merle
m - non-merle
S locus -
S - no white spotting
sp
- piebald
si
- irish spotting (may not be on S
locus)
T locus -
T - ticking
Tr
- roan
t - no ticking
Ma non finisce qui

54. Perché è così difficile definire le basi genetiche del diabete?
Diabete: un gruppo di disturbi metabolici accomunati dal fatto di presentare una
persistente instabilità del livello glicemico del sangue

55. Perché è così difficile definire le basi genetiche del diabete?
Diabete di tipo I

56. Sintesi 12
• Allelia multipla
• Dominanza intermedia
• Letalità
• Penetranza incompleta
• Espressività variabile
• Complementazione
• Epistasi
 Un esempio: la colorazione della pelliccia dei cani

57. Figura 13.11
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A