7 ricombinazione.pdf - DISAT

RICOMBINAZIONE E ASSOCIAZIONE
Mappe genetiche
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La meiosi contribuisce alla variabilità
genetica
attraverso:
-segregazione casuale omologhi materni
e paterni nelle cellule figlie.
-CROSSINGOVER
fra cromatidi non fratelli
(scambio fisico di materiale genetico che
rimescola geni di origine materna e paterna)
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SPERMATOGENESI E OOGENESI MEIOSI: 2N N
Profase I della I divisione meiotica
-CROSSINGOVER
fra cromatidi non fratelli
( scambio fisico di materiale genetico
che rimescola geni di origine materna
e paterna)
4 GAMETI:2 parentali
2 ricombinanti
ABC
abc
abC
ABc
chiasma
3

Cromosomi omologhi: ABC x abc
gameti
abc
ABC
abC
ABc
parentali (>>)
ricombinanti (

Cellula 1 Cellula 2 Cellula 3 Cellula 4 Cellula 5
Cellula 6 Cellula 7 Cellula 8 Cellula 9 Cellula 10
NB: nella cellula in cui avviene, il crossing over ha come esito 2 gameti di tipo
parentale e 2 gameti ricombinanti (50/50%), ma dato che non in tutte le meiosi
avviene crossing over fra gli stessi loci (BC), nella progenie gli individui con 5
fenotipo parentale saranno > individui fenotipo ricombinante

NB: si definiscono in base alla frequenza
relativa
A B
A B
a b
a b
A b
A b
a B
a B
Parentali: AB, ab
Ricombinanti: Ab, aB
Parentali: Ab, aB
Ricombinanti: AB, ab
NB: per poter vedere l’evento di
ricombinazione devo guardare i gemeti
dell’eterozigote
-la ricombinazione nei gameti degli
omozigoti non si vede (uguali parentali
e ricombinanti)
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William Bateson & Reginald Punnett (1905)
Mentre i geni su cromosomi diversi si assortiscono indipendentemente,
i geni sullo stesso cromosoma sono fisicamente associati (linked)
Attesi
(9:3:3:1)
Osservati
PPLL ppll
PpLl
P_L_ P_ll ppL_ ppll
215
284 21 21 55
Pisello odoroso
fiore P= porpora, p= rosso;
polline L= lungo, l= rotondo.
Due classi fenotipiche sono più rappresentate rispetto all’atteso e non si può ricondurre ad
un rapporto mendeliano atipico (epistasi).
PpLl
totale
71 71 24 381
I GENI DEI DUE TIPI PARENTALI SONO “ACCOPPIATI”
381
DIIBRIDO
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(Thomas H. Morgan, ~1911)
Drosofila: occhi: pr+ = rossi, pr = porpora; ali: vg+ = normali, vg = vestigiali
Rosso
normale
Attesi (1:1:1:1)
Osservati
Rosso
Normale
dominanti
prprvgvg prprvgvg
prprvgvg
REINCROCIO
prprvgvg
prprvgvg prprvgvg prprvgvg prprvgvg
P
710
1339
710
1195
710
151
710
154
P R R
Porpora
vestigiale
Tot
2839
2840
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Nei casi meno frequenti di genotipi non parentali Morgan ipotizzò un fenomeno di scambio
fisico di parte dei cromosomi, detto Crossing-over.
il crossing-over è
visibile in meiosi come
una struttura
incrociata tra
cromatidi non fratelli,
detta chiasma.
Quando due geni sono fisicamente associati sullo stesso cromosoma si
dice che sono concatenati o in linkage.
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-risultato dello SCAMBIO FISICO FRA CROMAIDI NON FRATELLI (crossing
over) che produce un genotipo diverso da quello dei due genotipi aploidi che
costituivano il diploide meiotico.
-Introduce VARIABILITÀ
RICOMBINAZIONE MEIOTICA
Per osservare la ricombinazione si incrociano due linee pure e si reincrociano gli
individui F1 (doppi eterozigoti) con un doppio recessivo. (l’evento di ricombinazione
è visibile solo nei gameti dell’eterozigote!).
La ricombinazione è prodotta dal crossing-over. Il rapporto del reincrocio è
diverso da 1:1:1:1 e i ricombinanti sono inferiori 50% (il crossing-over è
relativamente raro, non avviene in tutte le meiosi)
NB: nella cellula in cui il crossing over si verifica si generano 2 gameti parentali e
2 ricombinanti (50% & 50%), MA il crossing over fra 2 loci NON avviene in tutte
le cellule, quindi freq. degli individui ricombinanti

P
F1
gameti
F2
X
¼ ¼ ¼ ¼
Parentali = 50%
X
Ricombinanti = 50%
Numero Parentali = numero Ricombinanti
CROMOSOMI INDIPENDENTI
Bordo: Nero/giallo
Interno Rosso/verde
REINCROCIO
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P
F1
gameti
F2
crossing-over
X
Parentali >50%
X
R R
Parentali> ricombinanti
ASSOCIAZIONE PARZIALE
REINCROCIO
Ricombinanti < 50%
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F1
P
gameti
F2
50%
X
X
nessun crossing-over
Parentali
Mancano i ricombinanti
50%
ASSOCIAZIONE COMPLETA:
non c’è crossing over
(loci molto vicini)
REINCROCIO
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Assortimento indipendente Associazione
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CORRELAZIONE FRA DISTANZA E RICOMBINAZIONE: MAPPE GENETICHE
Alfred Sturtevant: “the proportion of crossovers could be used as an index of the distance
between any two factors" (Sturtevant, 1913).
più due geni sono lontani, più è probabile che avvenga un crossing-over in mezzo
RELAZIONE FRA DISTANZA FISICA E FREQUENZA DI RICOMBINAZIONE
La frequenza di ricombinazione pari a 0,01 (1%)
è detta Unità di Mappa Genetica (u.m.g.) o Centimorgan (cM).
FR 1% = 1cM
poco associati
associati
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frequenza di ricombinazione f(ric) = n° ricombinanti / totale
esempio:
Dato il risultato in F2 di un reincrocio del doppio eterozigote:
AB 165 parentali
ab 191
Ab 23 ricombinanti
aB 21
f(ric) = 21+23/165+191+21+23 = 44/400 = 11%
Se, con procedimento analogo, deduco in un esperimento, che A e B distano 5 cM e B e C
distano 3 cM, ho due possibilità:
C
B
3
B
5 C
A A
3 5
Per conoscere l’esatto ordine reciproco di a,b,c occorre trovare anche la frequenza
di ricombinazione tra A e C
Incrocio a 3 punti (A, B, C)
totale
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scambio marcatore centrale
Frequenza dei Doppi ricombinanti: prodotto frequenza dei singoli ricombinanti
probabilità composta che si verifichino i 2 eventi indipendenti dei 2 singoli crossing over
i doppi ricombinanti, che identifico in quanto classi meno numerose, mi danno
la posizione del marcatore centrale
x
x
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Incrocio a 3 punti
normale crossing-over I° crossing-over II° doppio crossing-over
parentali
(nessuno scambio)
1 crossing-over
Ex: 0.3
ricombinanti
1 crossing-over
Ex 0.2 ricombinanti
Marcatori
esterni
invariati
2 crossing-over
Scambio
marcatore
centrale
0.2x0.3=0.06
Doppi ricombinanti:
prodotto freq. Singoli ric.
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Frequenza dei Doppi ricombinanti: prodotto frequenza dei singoli ricombinanti
probabilità composta che si verifichino i 2 eventi indipendenti dei 2 singoli crossing over
scambio marcatore centrale
I DOPPI RICOMBINANTI, CHE IDENTIFICO IN QUANTO CLASSI MENO
NUMEROSE, MI DANNO LA POSIZIONE DEL MARCATORE CENTRALE
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Genotipo genitori
I geni sono concatenati?
Ordine dei geni e distanza
Disegna la mappa
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CAMBIO AULA mese Nov.:
OSSERVAZIONI
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I geni A,B,C sono sullo stesso cromosoma.
La distanza fra A eB è di 20cM, quella fra B e C 10cM
Se un eterozigote è reincrociato con l’omozigote recessivo,
Quali classe fenotipiche e con quale frequenze sono attese nella progenie?
Parentali: AbC, aBc
A b C
a B c
distanzaAB: AB, ab = 0.2
distanza BC: BC, bc = 0.1
Doppi ricombinanti: ABC,abc = 0.2x0.1= 0.02 :2=0.01 ciascuno
Ricombinanti fra AB= 0.2- 0.02= 0.18/2 ciascuno
Ricombinanti fra BC= 0.1 - 0.02= 0.08/2 ciascuno
Parentali 1 - 0.18 - 0.08 - 0.02 = 0.74/2 ciascuno
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Mappe genetiche e mappe fisiche
più due geni sono lontani, più è probabile che avvenga un crossing-over in mezzo
Relazione fra distanza fisica e frequenza di ricombinazione
La frequenza di ricombinazione pari a 0,01 (1%)= 1 Centimorgan (cM).
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LA MAPPA FISICA (DISTANZA FISICA REALE TRA I GENI) NON CORRISPONDE
IN MODO DIRETTO QUELLA GENETICA:
•esistenza crossing over multipli porta a sottostimare la distanza per geni lontani.
non vedendo ricombinanti,
“perdo” 2 crossingover
> tanto maggiore è il numero di marcatori
a disposizione, maggiore è l’accuratezza
della mappa
•la freq. di ricombinazione NON è uguale lungo tutto il cromosoma (hot spots)
•la massima freq. di ricombinazione osservabile con 2 marcatori è 50%:
geni che si trovano molto lontani sullo stesso cromosoma (50% ricombinazione)
è come se fossero indipendenti
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In generale 1cM=1Mb
ma….. -HOT SPOTS di ricombinazione (100cM/Mb)
-“deserts” :

Un crossingover produce 50% cromatidi parentali e 50% cromatidi ricombinanti.
1 crossing over contribuisce per 50cM alla lunghezza della mappa genetica totale
-se conto i chiasmi per cellula e moltiplico per 50 = mappa genetica totale
Meiosi maschili (da biopsie testicolari) = circa 50 chiasmi 50x50=2500 cM
Meiosi femminili (MSH1 localization) = circa 70 chiasmi 70x50=3500cM
MSH1: proteina che si localizza nei complessi di ricombinazione
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Chiasmi
spermatociti oociti
Stesso “spazio fisico”
(distanza fisica, Megabasi)
contiene un numero di chiasmi
(distanza genetica, cM)
diverso in spermatociti e oociti
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Sono state quindi elaborate funzioni di mappa che permettono di
definire la relazione tra distanza di mappa e frequenza di
ricombinazione. Un esempio è la funzione di Haldane.
FdR osservata (%)
Unità di mappa corrette
per distanze piccole, coincidono (retta, )
FdR= ½(1-e -m )
e = base dei
logaritmi naturali
m = numero medio
di crossing-over
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MAPPE GENETICHE NELL’UOMO: analisi di linkage
Problemi:
-impossibilità incroci programmati
-progenie poco numerosa
Approccio:
Algoritmi che permettono di SOMMARE i dati relativi a piu’ famiglie per
raggiungere dati statisticamente validi
-utilizzo di marcatori molecolari (molto numerosi e disposti lungo tutto il genoma)
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NO RICOMBINANTI
Principio: tanto piu’ 2 loci sono vicini su un cromosoma,
-tanto minore sarà la probabilità che si verifichi un
crossing over fra di loro
-tanto piu’ tenderanno ad essere trasmessi insieme
(nell’esempio, cfr situazione sx e dx)
La frequenza di ricombinazione è una stima della distanza
Gelehrter & collins
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hartwell
R
Emofilia A e daltonismo cosegregano sempre
nella famiglia (non c’è ricombinazione)
loci molto vicini
Emofilia B e daltonismo: ci sono ricombinanti
loci piu’ lontani
Mappa genetica cr. X
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