Estensione dell’analisi Mendeliana
Alleli multipli
Mendel aveva studiato geni con solo due alleli.
Geni con più di due alleli sono detti geni con alleli multipli
(serie allelica).
Anche se un locus può avere molti alleli, un individuo
diploide ne possiede solo due.
numero genotipi = n (n+1)/2 dove n = alleli
I gruppi sanguini ABO
Il sistema ABO fu scoperto da Karl Landsteiner,
Nobel per la Fisiologia e Medicina nel 1930.
4 alleli
N = 4x(4+1)/2 = 10 genotipi
Si hanno:
4 fenotipi → A, B, AB e O
3 alleli → IA, IB e i
Dove IA e IB sono codominanti ed i recessivo.
N = 3x(3+1)/2 = 6 genotipi
Il sistema ABO è un classico esempio di codominanza in quanto gli eterozigoti
manifestano entrambi i fenotipi (caratteri) degli omozigoti.
Il sistema ABO è basato sull’antigene
presente a livello della superficie cellulare del
globulo rosso.
IA/IB/IA/IB
i/i
→
→
→
→
antigene A
antigene B
antigeni A e B
nessun antigene
donatore
universale
ricevente
universale
Gli alleli A e B codificano per due diverse
glicosiltrasferasi che aggiungono un differente
zucchero al glicolipide H. L’allele i non codifica e
quindi i/i possiede solo l’antigene H che non è in
grado di produrre una risposta immunitaria.
Sangue A può essere trasfuso in individui A o AB
Sangue B può essere trasfuso in individui B o AB
Sangue AB può essere trasfuso solo in individui AB. Gli individui AB sono riceventi
universali poiché non hanno anticorpi anti-A e anti-B.
Sangue O può essere trasfuso in tutti gli individui (A, B, AB e O). Gli individui O sono
donatori universali in quanto non hanno ne antigene A ne l’antigene B (solo H).
Type A phenotype
Type A phenotype
(dominance)
Type B phenotype
Type B phenotype
(dominance)
Type AB phenotype
(codominance)
Type O phenotype
I sei genotipi per
gli alleli del locus
ABO
Il fenotipo Bombay
Il fenotipo Bombay è una rara
condizione scoperta in una donna in
India. Individui con tale fenotipo sono
assimilabili al gruppo O non avendo
antigeni A e B.
Il genotipo FUT1*O in omozigosi è
differente dal gruppo O (FUT1*H) in
quanto manca anche dell’antigene H.
Il fenotipo Bombay è detto Oh
Infatti l’allele FUT1*O non è in grado di produrre l’enzima
necessario per addizionare il fucosio al precursore olisaccaridico
(4 zuccheri) con formazione dell’antigene H (5 zuccheri).
La genetica del sistema ABO segue le leggi di Mendel
IA/i
x
IA
i
IB
IA/IB
IB/i
i
IA/i
i/i
gameti
IA/i
IB/i
x
i/i
gameti
IA
i
i
IA/i
i/i
Progenie A e O
Progenie A, B, AB e O
IA/i
x
IA
i
IA
IA/IA
IA/i
i
IA/i
i/i
gameti
IA/IB
IA/i
Progenie A e O
x
IB/i
IA
IB
IB
IA/IB
IB/IB
i
IA/i
IB/i
gameti
Progenie A, B e AB
Problema:
Sviluppare l’incrocio
IA/IB
x
IB/i
Quindi calcolare probabilità di ottenere due fratelli di cui il primo con gruppo sanguineo
AB ed il secondo con gruppo sanguineo B.
IA/IB
gameti
IA
IB/i
IB
IB
¼ IA/IB
¼ IB/IB
i
¼ IA/i
¼ IB/i
Figlio AB = ¼
Figlio B = ¼ + ¼ = ½
Risultato: 1/8
x
Il colore dell’occhio della Drosophila
we/we x w/Y
w/we x w+/Y
Nel caso di allelia
multipla, un allele
può essere allo
stesso tempo
dominante e
recessivo
Alleli:
w+→ occhi rossi
w → occhi bianchi
we → occhi eosina
Il locus w è X-linked
Relazioni di dominanza tra alleli multipli
L’allele we è recessivo rispetto al selvatico w+ ma
dominante su w, quindi w+/we determina occhi rossi
mentre w/we occhi eosina.
I maschi ricevono l’X dalla madre
La dominanza incompleta o parziale
Nella dominanza completa un eterozigote
(Aa) è indistinguibile dall’omozigote
dominante (AA).
R1R2 x R1R2
F1:
F2: ¼ R1R1 + ½ R1R2 + ¼ R2R2
25% rosso,
50% rosa,
25% bianco
Rapporto 1:2:1
F1: il fenotipo dell’eterozigote è
intermedio rispetto agli
omozigoti
no rapporto mendeliano 3:1
La dominanza incompleta
del mantello del cavallo
L’allele C determina il colore castano
permettendo l’espressione dei geni
coinvolti nel colore del mantello del
cavallo.
L’allele Ccr diminuisce, in maniera dose
dipendente, l’espressione dei geni che
determinano il colore castano.
C/Ccr → palomino
Ccr/Ccr → cremello
L’incrocio di cavalli palomino da origine a
cavalli castani, palomino e cremello.
cavallo palomino
cavallo cremello
Il rapporto 1:2:1 è tipico della dominanza incompleta
Dominanza Incompleta
Dominanza Completa
R1
100 % pigment
red
R1
R2
no pigment
white
R2
R1
50 % pigment
pink
R2
Dominant Gain-of-Fuction Mutations
Non tutte le mutazioni determinano la mancata espressione di un gene o la perdita di funzione di
una proteina. Mutazioni dominanti con guadagno di funzione coinvolgono molti proto-oncogeni e
geni soppressori del tumore. Un proto-oncogene codifica per una proteina che in grado di
stimolare la divisione cellulare.
a) Il gene è normalmente represso
(silenziato) da un repressore.
repressore
b) La mutazione determina l’espressione
costitutiva di un gene.
La mutazione può interessare:
- il gene che codifica per il repressore
(proteina inattiva o mancante);
- la regione promotrice e/o regolatoria
che come nel caso dell’allele AC è
mutata e non viene più riconosciuta
dal repressore stesso.
wt
Loss-of-Fuction Mutations
Mutazioni che determinano la
mancanza o la sintesi di un prodotto
proteico alterato.
Missense mutation
Il TP53 nell’uomo è un importante
gene soppressore del tumore che
inibendo la divisione cellulare previene
lo sviluppo del cancro.
Mutazioni a carico di questo gene
possono essere dominanti o
recessive.
a) Condizione wt
Nonsense mutation
b) La mutazione missense risulta
dominante
c) La mutazione nonsense risulta
recessiva
Alleli Letali
Gli alleli letali sono stati identificati grazie alla deviazione
dei rapporti Mendeliani.
Una classe della progenie è assente, rapporto 2:1
Nella determinazione del mantello l’allele
Ay è dominante su l’allele Aw
I topi gialli sono tutti eterozigoti AYAw
mentre i topi agouti (nero-giallo) sono
omozigoti AWAW. I topi AYAY muoiono.
Il gene Merc coinvolto nello sviluppo
embrionale è espresso
costitutivamente mentre il gene
Agouti (A) è regolato (colore nerogiallo).
La delezione risulta per il gene A in
una mutazione gain-of-function.
Aw
regulation
Ay
Infatti la delezione sposta il gene A
sotto il controllo del promotore del
gene Merc determinando una iperespressione di A (colore giallo). Per il
gene Merc la delezione risulta in una
mutazione loss-of-function.
L’ Epistasi
L’epistasi è l’interazione tra due o più alleli che controllano un unico fenotipo. Un gene
maschera o modifica l’espressione di un altro gene.
L’ epistasi recessiva del colore del
mantello dei roditori.
L’allele dominante C codifica per la
tirosinasi, un enzima della via biosintetica
del eumelanina (pigmento nero). I topi c/c
sono albini mentre quelli C/- sono neri.
Il gene A è un gene regolatore che
determina il fenotipo agouti (bandeggio
nero-giallo), controllando la trasformazione
melanima -> feomelanina (pigmento
giallo). I topi A/- sono agouti.
Il gene B è coinvolto nella sintesi della
eumelanina. I topi B/- sono neri mentre
quelli b/b sono marroni (produzione di
quantità ridotte di pigmento).
Si verifica una epistasi recessiva di c/c
su A/- e a/a.
F2: 9 agouti: 3 neri: 4 albini (no 9:3:3:1)
C gene epistatico
A gene ipostatico
Epistasi recessiva del pelo dei cani
labrador.
ll locus B determina il colore nero (sintesi
della melanina).
B/- → fenotipo nero
b/b → fenotipo bruno-chocolate
Il locus E è un gene regolatore: codifica per il
recettore 1 della melanocortina (MCR1) e
determina quanto pigmento è depositato nel
pelo.
B/- E/- → fenotipo nero
b/b E/- → fenotipo bruno-chocolate
-/- e/e → fenotipo giallo
Si verifica una epistasi recessiva di e/e su
B/- e b/b.
Il genotipo e/e è epistatico sul locus B
F2: 9 nero: 3 bruno: 4 giallo (no 9:3:3:1)
Epistasi dominante del colore del frutto
della zucca.
Nell’epistasi dominante gli individui
A/- B/- e A/- b/b hanno lo stesso fenotipo,
quindi il gene A è epistatico sul gene B.
Nella zucca W è rappresenta il gene
epistatico su Y.
W/- -/- → frutto bianco
w/w Y/- → frutto giallo
w/w y/y → frutto verde
F2: 12 bianco: 3 giallo: 1 verde (no 9:3:31)
Il prodotto dell’allele W converte sia
il colore verde che il colore giallo in
bianco mentre il prodotto dell’ allele
Y trasforma il verde in giallo.
Gli alleli w e y non risultano attivi.
Gene
epistatico
Epistasi dominante del colore del bulbo della cipolla.
Il locus R è dominante ed è responsabile della
pigmentazione rossa (R/R o R/r).
Quando il locus è in omozigosi recessiva r/r il colore
diviene giallo-rosa.
Il locus I è responsabile della produzione di un inibitore
della via sintetica che determina la formazione del
pigmento.
Quando l’allele I dominante è presente non si ha
presenza del pigmento e la cipolla è bianca.
Quando il genotipo è i/i la cipolla può essere rossa o
gialla a seconda del genotipo del locus R.
I è il gene epistatico.
F2: 12 bianco: 3 rosso: 1 giallo (no 9:3:31)
Epistasi Recessiva Duplicata
Nell’epistasi recessiva duplicata, detta anche, azione genica complementare si verifica:
1) a/a è epistatico su B/- e b/b
2) b/b è epistatico su A/- e a/a
Il colore del fiore del pisello odoroso
Una mutazione recessiva del locus C o del
locus P produce fiori bianchi.
La presenza simultanea di un allele wild type C
e P produce fiori porpora.
F2: 9 porpora: 7 bianco
Epistasi Dominante Duplicata
Nell’epistasi dominante duplicata, detta anche, azione genica duplicata si verifica:
1) A è epistatico su B/- e b/b
2) B è epistatico su A/- e a/a
Spring wheat → piantato in primavera e
raccolto in estate (A/- B/-).
Winter wheat → piantato in autunno e
raccolto in primavera (a/a b/b).
F2: 15 spring type: 1 winter type
I due loci A e B rappresentano geni duplicati e
specificano per la stessa proteina.
Problema: dominanza incompleta
nella bocca di leone
CR → fiore rosso
CW → fiore bianco
CR/CW → fiori rosa
LB → foglie larghe
LN → foglie strette
LB/LN → foglie larghezza intermedia
Nella dominanza incompleta il
genotipo rappresenta direttamente il
fenotipo.
Rapporto 1: 2: 1
Si calcoli la frequenza di piante
bianche con foglia larga.
Ris. ¼ x ¼ = 1/16
Si calcoli la frequenza di piante rosa
con foglia di larghezza intermedia.
Ris. ½ x ½ = ¼
Problema:
1) Un incrocio F1 x F1 da in F2 con rapporto fenotipico 9:7. Quale rapporto fenotipico vi
aspettate da un reincrocio della F1 ?
2) Quale rapporto fenotipico vi aspettate da un reincrocio della F1 con una F2 9:3:4 ?
1) Ris. Il rapporto 9:7 è tipico dell’epistasi recessiva duplicata in cui:
a/a è epistatico su B/- e b/b
e
b/b è epistatico su A/- e a/a
Reincrocio
AaBb
x
aabb
gameti
ab
¼ AB
¼ aB
¼ Ab
¼ ab
¼ AaBb
¼ aaBb
¼ Aabb
¼ aabb
In base all’epistasi i genotipi in rosso avranno lo stesso fenotipo (3 rossi: 1 blu).
2) Ris. Il rapporto 9:3:4 è tipico dell’epistasi recessiva in cui a/a è epistatico su B/- e b/b
¼ AaBb
¼ aaBb
¼ Aabb
¼ aabb
In base all’epistasi si avranno i seguenti fenotipi:
2 rossi: 1 blu: 1 verde