Estensione dell’analisi MendelianaAlleli 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.

Si hanno:

4 fenotipi → A, B, AB e O

3 alleli → IA, IB e i

Dove IA e IB sono codominanti ed i è recessivo.

Il sistema ABO è un classico esempio di codominanza in quanto gli eterozigoti IA/IB manifestano entrambi i fenotipi (caratteri) degli omozigoti.

4 alleliN = 4x(4+1)/2 = 10 genotipi

N = 3x(3+1)/2 = 6 genotipi

Il sistema ABO è basato sull’antigene presente a livello della superficie cellulare del globulo rosso.

IA/- → antigene A IB/- → antigene BIA/IB → antigeni A e Bi/i → nessun antigene

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 l’antigene A ne l’antigene B (solo H).

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.

donatore universale

ricevente universale

RICEVENTE DONATORE

I sei genotipi per gli alleli del locus

ABO

Type A phenotype

Type A phenotype

(dominance)

Type B phenotype

Type B phenotype

(dominance)

Type AB phenotype

(codominance)

Type O phenotype

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 ne antigeni A ne 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 IB/i

gameti IA i

IB IA/IB IB/i

i IA/i i/i

IA/i x IA/i

gameti IA i

IA IA/IA IA/i

i IA/i i/i

IA/i x i/i

gameti IA i

i IA/i i/i

IA/IB x IB/i

gameti IA IB

IB IA/IB IB/IB

i IA/i IB/i

Progenie A, B, AB e O

Progenie A e O

Progenie A e O 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 x IB/i

gameti IA IB

IB ¼ IA/IB ¼ IB/IB

i ¼ IA/i ¼ IB/i

Figlio AB = ¼

Figlio B = ¼ + ¼ = ½

Risultato: ¼ x ½ = 1/8

Il colore dell’occhio della Drosophila

Nel caso di allelia multipla, un allele può essere allo stesso tempo dominante e recessivo

3 alleli:

w+→ occhi rossiw → occhi bianchiwe → 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.

we/we x w/Y w/we x w+/Y

I maschi ricevono l’X dalla madre

La dominanza incompleta o parziale

F1: R1R2 x R1R2

F2: ¼ R1R1 + ½ R1R2 + ¼ R2R2

25% rosso, 50% rosa, 25% bianco

Rapporto 1:2:1

no rapporto mendeliano 3:1F1: il fenotipo dell’eterozigote Aa è intermedio rispetto agli omozigoti AA e aa.

Nella dominanza completa un eterozigote (Aa) è indistinguibile dall’omozigote dominante (AA).

Nella dominanza incompleta Aa è diverso da AA.

100 % pigment

no pigment

50 % pigment

R1

R1

R1

R2

R2

R2

white

pink

purple

Dominanza Incompleta Dominanza Completa

The enzyme produced by the A allele is enough to activate the pigment synthesis pathway

The enzyme produced by the only R1 allele partially activates the pigment synthesis

La dominanza incompleta del mantello del cavallo

cavallo palomino cavallo cremello

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 → cavallo palominoCcr/Ccr → cavallo cremello

L’incrocio di cavalli palomino da origine a cavalli castani, palomino e cremello.

Il rapporto 1:2:1 è tipico della dominanza incompleta

Dominant Gain-of-Fuction Mutations

a) Il gene è normalmente represso (silenziato) da un 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.

repressore

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 determinano l’attivazione di un gene; tali mutazioni coinvolgono molti proto-oncogeni e geni soppressori del tumore. Un proto-oncogene codifica per una proteina che in grado di stimolare la divisione cellulare.

Loss-of-Fuction Mutations

Mutazioni che determinano la mancanza o la sintesi di un prodotto proteico alterato.

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

b) La mutazione missense risulta dominante

c) La mutazione nonsense risulta recessiva

Missense mutation

Nonsense mutation

wt

Alleli Letali

Nella determinazione del mantello l’allele Ay è dominante su l’allele Aw (wild-type)

I topi gialli sono tutti eterozigoti AYAw mentre i topi agouti (nero-giallo) sono omozigoti AWAW. I topi AYAY muoiono.

Gli alleli letali sono stati identificati grazie alla deviazione dei rapporti Mendeliani.

Una classe della progenie è assente, rapporto 2:1

Aw

Ay

Il gene Merc coinvolto nello sviluppo embrionale è espresso costitutivamente mentre il gene Agouti (A) è regolato (colore nero-giallo).

La delezione risulta per il gene A in una mutazione gain-of-function.

Infatti la delezione sposta il gene A sotto il controllo del promotore del gene Merc determinando una iper-espressione di A (colore giallo). Per il gene Merc la delezione risulta in una mutazione loss-of-function.

regulation

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 epistaticoA gene ipostatico

Epistasi recessiva del pelo dei cani labrador.

ll locus B determina il colore nero (sintesi della melanina).

B/- → fenotipo nerob/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 nerob/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/B e A/- b/b hanno lo stesso fenotipo, quindi il gene A è epistatico sul gene B.

Nella zucca W determina il colore bianco e rappresenta il gene epistatico nei confronti di Y/-.

W/- -/- → frutto biancow/w Y/- → frutto giallo w/w y/y → frutto verde

F2: 12 bianco: 3 giallo: 1 verde (no 9:3:3:1)

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 recessivi 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 la formazione 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 9:3:3:1)

Epistasi Recessiva Duplicata Nell’epistasi recessiva duplicata, detta anche azione genica complementare si verifica che: 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 che: 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 rossoCW → fiore biancoCR/CW → fiori rosa

LB → foglie largheLN → foglie stretteLB/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:

Sviluppare l’incrocio AaBb x AaBb sapendo che a/a è il gene epistatico su B/- e b/b e determinare il rapporto fenotipico tipico di questa epistasi.

¾ A/-

¼ a/a

¾ B/- 9/16 B/- A/-

¼ b/b 3/16 A/- b/b

¾ B/- 3/16 a/a B/-

¼ b/b 1/16 a/a b/b

9

3

4

9 nero : 3 blu : 4 rosso

Problema:1) Un incrocio F1 x F1 da una F2 con rapporto fenotipico 9:7. Quale rapporto fenotipico vi

aspettereste da un reincrocio della F1 ?2) Quale rapporto fenotipico vi aspettereste 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 AaBb ¼ aB ¼ aaBb ¼ Ab ¼ Aabb ¼ ab 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

Problema:

Sviluppare l’ incrocio AaBb x AaBB

Quale rapporto fenotipico vi aspettereste da tale incrocio sapendo che è presente un’epistasi dominante (A gene epistatico).

gameti ½ AB ½ aB ¼ AB 1/8 AABB 1/8 AaBB ¼ aB 1/8 AaBB 1/8 aaBB ¼ Ab 1/8 AABb 1/8 AaBb ¼ ab 1/8 AaBb 1/8 aaBb

Ris. 6 rossi e 2 neri (3:1)