Nessun titolo diapositiva

1
Gregor Johann Mendel (Hyncice, 22
luglio 1822  Brno, 6 gennaio 1884) Nel 1843 Mend
el fece ingresso nel monastero di San Tommaso a
Brunn (odierna Brno, Repubblica Ceca), accolto
dai frati agostiniani e dall'abate Cyrill Napp.
Mendel trascorse 5 anni felici a San Tommaso (fu
ordinato sacerdote il 6 agosto 1847), dedicandosi
allo studio delle sue discipline preferite quali
la matematica, la botanica e la meteorologia. .
Nel 1851 quando labate Cyrill  Napp gli
concesse la possibilità di iscriversi all
Università imperiale di Vienna, Mendel seppe
sfruttare pienamente l'occasione e divenne quasi
subito assistente all'istituto di fisica, ruolo
riservato agli studenti migliori. Mendel si
laureò in biologia ed in matematica.
Nel 1853 Mendel conobbe Andreas von
Ettingshausen e Franz Unger, l'influenza dei
quali fu determinante per lo sviluppo dei suoi
esperimenti sui piselli rugosi il primo, un
fisico, gli spiegò la teoria combinatoria, il
secondo, un botanico, le tecniche più avanzate
di impollinazione artificiale. Gregor Mendel,
per compiere i suoi esperimenti iniziati circa
nel 1854, coltivò e analizzò durante i sette anni
di esperimenti circa 28.000 piante di piselli
(Pisum sativum) successivamente impegnò un
biennio per elaborare i suoi dati, che portarono
a tre generalizzazioni che divennero in seguito
famose come Leggi della ereditarietà di
Mendel. Finalmente, nell'inverno 1865 Mendel
ebbe l'occasione di esporre il lavoro di una vita
a un pubblico di circa quaranta persone, tra cui
biologi, chimici, botanici e medici, in due
conferenze. Purtroppo, nessuno riuscì a
comprendere il suo lavoro. L'anno successivo
(1866) pubblicò il proprio lavoro facendone
stampare 40 copie che inviò prontamente agli
scienziati più famosi d'Europa, per invogliarli
alla verifica della sua grande scoperta mediante
ulteriori esperimenti. Il significato degli
esperimenti di Mendel venne compreso realmente
allinizio del 1900.
2
La Genetica Mendeliana
Piano sperimentale 1) Scelta dellorganismo. 2)
Metodo di ricerca (ipotetico-deduttivo). 3)
Caratteri trasmessi indipendentemente e
facilmente individuabili (forme alternative). 4)
Lavoro preliminare per la selezione di linee pure
(34 varietà di piante). Il carattere studiato
rimaneva invariato per molte generazioni dopo
autofendazione. 5) Nei suoi esperimenti Mendel
si avvalse della tecnica della fecondazione
incrociata impedendo lautofecodazione. 6)
Mendel non conosceva mitosi e meiosi. Fattori
Mendeliani geni Genotipo e Fenotipo
?
?
Fecondazione incrociata
3
I sette caratteri studiati da Mendel nei suoi
esperimenti di incrocio
Incroci di monoibridi
1) Monoibridi. Linee pure che avevano forme
alternative per un singolo gene. 2) Gli incroci
reciproci davano stessi risultati (non
dipendenza dal sesso). 3) La progenie F1 era
simile ad una delle 2 linee parentali. 4) Il
fenotipo non presente nella F1 ricompariva nella
F2 con una frequenza pari ad 1/3 rispetto a
quella allaltro carattere .
5474 semi lisci e 1850 semi rugosi
2,96 1
4
?



Un singolo gene controlla sia il colore
dellinvolucro del seme sia il colore del fiore.
Fattore ? Gene Locus ? Localizzazione specifica
di un gene su un cromosoma Forme alternative di
un gene ? Allele
Segregazione indipendente dei fattori Mendeliani
Quadrato di Punnet
Genotipi F1 tutti Ss Fenotipi F1 tutti lisci
Genotipi F2 1/4 SS, 1/2 Ss, 1/4 ss
(121) Fenotipi F2 3/4 semi lisci
1/4 semi rugosi (31)
5
Il principio della segregazione I legge di
Mendel Mendel I caratteri recessivi, mascherati
nella F1 in un incrocio tra due linee pure,
ricompaiono nella F2 in proporzione definite
(legge dominanza). I due membri di una coppia
genica (alleli) segregano luno dallaltro
durante la formazione dei gameti in meiosi.
Le basi cellulari della segregazione
2 n
Diploide un organismo con 2 assetti di cromosomi
omologhi (2n)
Aploide un organismo con una sola copia di ogni
cromosoma (n)
n
F1
2 n
F1 Individui eterozigoti
Metà dei gameti contiene un allele e laltra metà
laltro allele.
n
6
The molecular basis for dominance
7
Metodo dello schema ramificato
Verifica dellipotesi
Reincrocio (identificazione del
genotipo dei semi a fenotipo liscio S-)
Autofecondazione F2
Progenie F3
Mendel ottenne gli stessi risultati per i 7
caratteri studiati. Reincroci di verifica vennero
eseguiti fino alla F6
Progenie tutta SS (liscio)
3/4 S- (liscio) 1/4 ss (rugoso)
8
Reincrocio di prova (testcross)
Incrocio tra un individuo con genotipo ignoto
(fenotipo dominante) ed un individuo omozigote
recessivo.
Progenie

Progenie solo carattere dominante
carattere dominate e
recessivo
9
Il principio dellassortimento indipendente II
legge di Mendel Coppie di alleli di geni situati
su cromosomi diversi segregano indipendentemente
durante la formazione dei gameti in meiosi.
Mendel I fattori che controllano una coppia di
caratteri si distribuiscono indipendentemente gli
uni da gli atri.
Incrocio di diibridi Liscio S e giallo Y sono i
caratteri dominanti Come nellincrocio di
monoibridi nella F1 compaiono solo i due
caratteri dominanti
Prophase I The R and I genes are located on
different chromosomes
IiRr
The cellular basis of independent assortment
Metaphase I There are 2 possible alignments of
chromosomes
Products of meiosis II
IR ir Ir iR
10
Quadrato di Punnett
SY Sy sY sy
SY Sy sY
sy
9 diversi genotipi e 4 fenotipi
differenti Rapporto fenotipico 9 3 3 1
1/16 SSYY 2/16 SsYY 2/16 SSYy 4/16 SsYy
9/16 semi lisci-gialli
1/16 Ssyy 2/16 Ssyy 3/16 semi
lisci-verdi 1/16 ssYY
2/16 ssYy 3/16 semi rugosi-gialli
1/16 ssyy 1/16
semi rugosi-verdi
carattere dominante
11
Dati sperimentali ottenuti da Mendel 315
lisci-gialli, 108 lisci-verdi, 101
rugosi-gialli, 32 rugosi-verdi 9 (312)
3 (104) 3 (104)
1 (35) (valori attesi)
Schema ramificato 1) Considerare un carattere
alla volta 2) Lautofecondazione della F1
eterozigote dava una progenie F2 con rapporti
fenotipici pari a 3/4 dominante e 1/4 recessivo
Reincrocio di prova (testcross)
SsYy X ssyy
Doppio eterozigote
Gameti 1/4 SY 1/4 Sy 1/4 sY 1/4 sy
Gameti sy
1/4 SsYy 1/4 Ssyy 1/4 ssYs 1/4 ssyy
liscio-giallo liscio-verde rugoso-giallo
rugoso-verde
Rapporto genotipico e fenotipico ? 1 1 1 1
(4 classi)
Eterozigote per un carattere e omozigote per
laltro
SsYY X ssyy
Gameti 1/2 SY 1/2 sY
Gameti sy
1/2 SsYy 1/2 ssYy
liscio-giallo rugoso-giallo
Rapporto genotipico e fenotipico ? 1 1 (2
classi)
12
Incroci di triibridi
1 gene 2 gene 3gene
2n classi fenotipiche F2 (8) 3n classi
genotipiche F2 (27) dove n coppie alleliche in
eterozigosi
13
Test del CHI-QUADRATO
O N osservato (Observed) E N atteso
(Expected) (O - E) d deviazione Gl gradi di
libertà n-1 dove n variabili o classi
Probabilità 95
14
Verifica mediante CHI-QUADRATO di un incrocio
Mendeliano
Ipotesi ? i due geni si distribuiscano in modo
indipendente ? 4 classi fenotipiche con rapporto
1111
?2 3.43 quindi lipotesi è accettabile
e la deviazione tra valori ottenuti e valori
attesi è dovuta al caso
?2 ? (o-e)2 ? e
Esperimento di Batenson e Punnett con il pisello
odoroso (1908)
Dati relativi alla F2 ottenuta da un incrocio di
diibridi Fenotipo
Osservati
Attesi Fiori viola - grani del polline
allungati 296
240 Fiori viola - grani del polline rotondi
19
80 Fiori rossi - grani del polline allungati
27 80 Fiori
rossi -grani del polline rotondi 85
26
Fiori viola e grani del polline allungati sono i
caratteri dominanti Fiori rossi e grani del
polline rotondi sono i caratteri recessivi
Ipotesi ? i due geni si distribuiscano in modo
indipendente con un rapporto fenotipico 9331
?2 (296-240)2 ? 240 (19-80)2 ? 80
(27-80)2 ? 80 (85-26)2 ? 26 222.12 df 3
?2 222.12 La deviazione è troppo elevata,
quindi lipotesi deve essere rifiutata
15
Criticisms of Mendels work
The chromosomal locations of the loci that
Mendel studied If two loci are close to each
other on the chromosome, they tend to remain
associated during meiosis rather than assorting
independently (linked genes). Was Mendel lucky
enough to find each locus on a different
chromosome ? The loci on the same chromosomes (I
and IV) are far enough apart that the high
frequency of crossovers accounts for the
independent assortment of alleles.
- The most common criticism is that he presented
data on only 7 traits that all obeyed to the laws
he proposed, intentionally ignoring traits whose
inheritance can not be explained as easily.
Mendel described in his paper also the results of
flower color in beans that were deviating from
his lows.
16
In fact, in the F2 generation from a cross
between purple and white flowered plants, he
obtained 31 plants that varied in color from
purple to pale violet and white. Mendel
commenced several experiments to verify whether
the law of development discovered for Pisum
applies to the hybrids of other plants. Mendel
stressed the need for the researchers to
carefully account for differences that may be
caused by plating methods and temperature.
- Some scientists have proposed that Mendel
misclassified a significant number of
phenotype. Probably this is true and Mendel
misclassified about 5 of the heterozygous F2
plants as homozygous. Because of space
restrictions, Mendel limited the number of F3
plants to grow (about 10).

• Fisher used chi-square analysis to demonstrate
  that Mendels results were remarkably close to
  expected ratio. He said too good to be true.
• Mendel repeated those experiments whose results
  were deviating from his expectations.

17
Problemi Discendenza in un Incrocio Diibrido. a)
In un Incrocio Diibrido, AaBb x AaBb, quale
frazione della discendenza sarà omozigote per
entrambi i caratteri recessivi (aabb) Risoluzione
mediante luso dei gameti Gameti uguali per
entrambi i genitori ¼ AB ¼ Ab ¼ aB ¼ ab ?
¼ ab x ¼ ab 1/16 aabb Alternativamente
consideriamo separatamente i 2 geni Aa x Aa ?
¼ AA 2/4 Aa ¼ aa ? freq. aa ¼ Bb x Bb ?
¼ BB 2/4 Bb ¼ bb ? freq. bb ¼ ¼ aa x ¼
bb 1/16 aabb b) In un Incrocio Diibrido,
AaBb x aabb, quale frazione della discendenza
sarà omozigote per entrambi i caratteri recessivi
(aabb) Risoluzione Gameti ¼ AB ¼ Ab ¼ aB
¼ ab 4/4 ab ¼ ab x 1 ab ¼ aabb
18
c) In un Incrocio Diibrido, SsYy x SsYy, quale
frazione della discendenza sarà omozigote per
entrambi i caratteri ?
Risoluzione mediante il quadrato di
Punnett Sviluppando in quadrato di Punnett per
l incrocio SsYy x SsYy. Otteniamo che 4/16 (or
1/4) della discendenza dell'incrocio sarà
omozigote per entrambi i caratteri. Notare che
vi è un diverso fenotipo per ciascuna delle 4
differenti combinazioni di alleli.
Alternativamente possiamo considerare i geni
separatamente Ss x Ss ? ¼ SS 2/4 Ss ¼ ss ?
2/4 sono omozigoti (SS e ss) Yy x Yy ? ¼ YY
2/4 Yy ¼ yy ? 2/4 sono omozigoti (YY e
yy) Ris. 2/4 x 2/4 4/16 ¼ omozigoti per
entrambi i geni
19
Problemi Discendenza in un Incrocio Triibrido Si
considerino le 3 coppie alleliche AaBbCc. a) Si
calcoli la probabilità di ottenere uno zigote
AaBBCc dallincrocio
AaBbCc x AaBbCc Risoluzione Gameti uguali
per entrambi i genitori con ognuno frequenza 1/8
ABC aBC abC abc AbC Abc
ABc aBc Considerare un gene alla volta Aa
x Aa ? ¼ AA 2/4 Aa ¼ aa ? freq. Aa 2/4 Bb
x Bb ? ¼ BB 2/4 Bb ¼ bb ? freq. BB 1/4 Cc
x Cc ? ¼ CC 2/4 Cc ¼ cc ? freq. Cc
2/4 Risultato ½ x ¼ x ½ 1/16 b) Si
calcoli la probabilità di ottenere un fenotipo
A-B-C- da un incrocio AaBbCC x
AaBbcc Risoluzione
4/4 C- ? 36/64
¾ B-
--
¾ A-
¼ bb
¼ aa ---------gt //
Risultato 9/16
20
d) Si calcoli la probabilità di ottenere uno
zigote AaBBCc dallincrocio

AaBBCc x AaBbCc Risoluzione Considerare un
gene alla volta Aa x Aa ? ¼ AA 2/4 Aa ¼
aa ? freq. Aa 2/4 BB x Bb ? ½ BB 1/2
Bb ? freq. BB 1/2 Cc x Cc ? ¼ CC
2/4 Cc ¼ CC ? freq. Cc
2/4 Risultato ½ x ½ x ½ 1/8 c) Si
calcoli la probabilità di ottenere un fenotipo aa
B- cc da un incrocio

AaBbCc x aaBbcc Risoluzione Considerare
un gene alla volta Aa x aa ? ½ Aa ½ aa
freq. aa ½ Bb x
Bb ? ¼ BB 2/4 Bb ¼ bb freq. B-
¾ Cc x cc ? ½ Cc ½ cc
freq. cc ½ Risultato ½ x ¾
x ½ 3/16
21
d) Si calcoli la probabilità di ottenere uno
zigote aabbcc da un incrocio

AaBbCc x aaBbcc Risoluzione
½ cc ? 1/16
¼ bb
½ Cc
½ aa
¾ B-
½ Aa ---------gt //
e) In un Incrocio SsYy x SsYY, verificare che 1/4
della discendenza sarà omozigote per entrambi i
caratteri.
SY sY Sy
sy SSYY SsYY SSYy
SsYs SsYY ssYY SsYy
ssYy
SY sY
RIS. 2/8 ¼
22
Problema Si calcoli la frequenza degli
individui parentali e ricombinanti in un incrocio
EeFf  x eeff dove i geni sono associati in
coupling, cioè si trovano sullo stesso cromosoma
e la loro distanza di mappa è pari a 12 u.m Si
consideri che 1 Unità di Mappa (u.m.) è pari ad
1 di individui ricombinanti. Incrocio EeFf  X
eeff eeff da gameti di un solo tipo ef EeFf
da i seguenti gameti EF Ef eF ef
I gameti che hanno piu
probabilita di formarsi
sono EF ed ef. I gameti ricombinanti si possono
formare solo nel caso in
cui si abbia un crossing
-over tra i due geni. Progenie EeFf Eeff
eeFf eeff dove EeFf eeff sono i
parentali Eeff eeFf sono i
ricombinanti

Gli individui ricombinanti valgono 6 ciascuno
(12/2) mentre quelli parentali sono 88 (100-12)
cioè 44 ciascuno, quindi EeFf eeff
44 Eeff eeFf 6 Se i geni
fossero stati su cromosomi differenti questo
incrocio avrebbe dato il 25 di ogni classe
genotipica.
E- -e
x
12 u.m.
F- -f
cromosomi omologhi di EeFf
23
Problema il colore del pelo dei cani Cocker
Spaniel B nero, b rosso S colore
uniforme, s pelo bianco chiazzato
Incrocio maschio nero a colorazione uniforme x
femmina rossa a colorazione uniforme Dallincrocio
nascono sei cagnolini 2 completamente neri, 2
completamente rossi, 1 nero e bianco e 1 rosso e
bianco. Determinare i genotipi dei genitori.
B-S- (maschio) x bbS- (femmina)
B-S- bbS-
B-ss bbss
2 Tot. Neri 2 Tot. Rossi
1 Nero e
1 Rosso e
Bianco
Chiaz. Bianco Chiaz
1) Ogni volta che compare un figlio omozigote
doppio recessivo, ciascuno dei due genitori deve
aver posseduto almeno un allele recessivo in ogni
lucus (b e s). 2) Un cagnolino nero e bianco
indica che entrambi i genitori erano eterozigoti
per il lucus S. 3) I cagnolini completamente
rossi indicano che il genitore di sesso maschile
era eterozigote in corrispondenza del locus B.
P BbSs (maschio) bbSs (femmina)