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ferruccio-la-rosa
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La GENETICA DI POPOLAZIONI
studia con modelli matematici, a livello di gruppi di individui,
la
variabilità genetica
che è l’unico tipo di variabilità rilevante per l’evoluzione
La variabilità genetica può essere studiata a diversi livelli:
•tra sezioni diverse, ma omologhe, dello stesso genoma
•tra i due genomi aploidi di una cellula somatica
•tra cellule somatiche di uno stesso individuo
•tra gameti di un individuo
•tra gameti di individui diversi della stessa popolazione (variabilità genetica INTRA-popolazione)
•tra gameti di individui di popolazioni diverse della stessa specie
(variabilità genetica INTER-popolazioni)•tra gameti di individui di popolazioni diverse che appartengono a specie differenti (variabilità genetica INTER-specie o
filogenetica)
La variabilità genetica può essere di estensione e
natura differente:
estensione
da una singola coppia di basi a un intero gene, a regioni
multigeniche, fino a segmenti di cromosoma visibili al
microscopio ottico o addirittura a interi cromosomi.
natura
sostituzioni, delezioni, inserzioni, trasposizioni,
traslocazioni, duplicazione di interi geni (variabilità del
numero di geni) o di “motifs” più o meno lunghi disposti
in tandem.
La variabilità genetica può essere osservata a diversi livelli:
• morfologico macroscopico o microscopico
Striatura e colore delle conchiglie della chiocciola Cepaea nemoralis(a) Striata gialla; (b) non striata rosa
La variabilità genetica può essere osservata a diversi livelli:
• morfologico macroscopico o microscopico
• funzionale (ad esempio daltonismo)
La variabilità genetica può essere osservata a diversi livelli:
• morfologico macroscopico o microscopico
• funzionale (ad esempio daltonismo)
• di proprietà cinetiche di enzimi
La variabilità genetica può essere osservata a diversi livelli:
• morfologico macroscopico o microscopico
• funzionale (ad esempio daltonismo)
• di proprietà cinetiche di enzimi
• di comportamento elettroforetico o cromatografico di molecole proteiche
La variabilità genetica può essere osservata a diversi livelli:
• morfologico macroscopico o microscopico
• funzionale (ad esempio daltonismo)
• di proprietà cinetiche di enzimi
• di comportamento elettroforetico o cromatografico di molecole
proteiche
•direttamente sul materiale genetico (sequenza di basi o analisi citogenetica)
La variabilità genetica può essere analizzata con differenti tecniche, alcune di queste sono:
• sierologiche (es. agglutinazione dei globuli rossi)
La variabilità genetica può essere analizzata con differenti tecniche, alcune di queste sono:
• sierologiche (es. agglutinazione dei globuli rossi)
•elettroforesi di proteine
La variabilità genetica può essere analizzata con differenti tecniche, alcune di queste sono:
• sierologiche (es. agglutinazione dei globuli rossi)
•elettroforesi di proteine
•analisi dell’attività enzimatica
La variabilità genetica può essere analizzata con differenti tecniche, alcune di queste sono:
• sierologiche (es. agglutinazione dei globuli rossi)
•elettroforesi di proteine
•analisi dell’attività enzimatica
•analisi di frammenti di DNA
sondao probe
Analisi di un polimorfismo dei frammenti di restrizione o Restriction Fragment Length Polymorphism (RFLP)
BamHI*BamHI BamHIDNAgenomi
co
7.0 kb
2.4kb 4.6kb
Analisi di un polimorfismo dei frammenti di restrizione o Restriction Fragment Length Polymorphism (RFLP)
soggetti1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
elettroforesi
digestioneDNA genomico
conBamHI
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112131415M
-
+
Southern blotting
Elettroforesi su gel di agarosio
4.0 kb
5.0 kb
6.0 kb7.0 kb
2.0 kb
3.0 kb
tampone di trasferimento
Southern blotting
peso da circa 500 g
gel di agarosio
piastra di vetro
membrana di nylon(filtro)
carta assorbente
carta assorbente
supporto
autoradiografia
Ibridazione
1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415M
membrana di nylon(filtro)
esposizione del filtrosu lastra autoradiografica
1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415M
incubazione del filtrocon sonda marcata
lavaggio del filtro
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112131415M
4.6 kb
2.4 kb
autoradiografia
2.0 kb
3.0 kb
4.0 kb
5.0 kb
6.0 kb7.0 kb
BamHI*DNA
genomico
primer forward
primer reverse
Analisi di un polimorfismo per presenza / assenza di un sito di restrizione mediante Polymerase Chain Reaction (PCR)
1.1kb
0.4kb 0.7kb
elettroforesi
digestioneprodotto della PCR
conBamHI
soggetti
2
1
3
4
5
6
9
8
10
7
11 12
13 14
15
soggetti
2
1
3
4
5
6
9
8
10
7
11 12
13 14
15
PCR
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 M
0.7 kb
0.4 kb0.35 kb
0.50 kb
0.75 kb
1.25 kb
1.1 kb
La variabilità genetica può essere analizzata con differenti tecniche, alcune di queste sono:
• sierologiche (es. agglutinazione dei globuli rossi)
•elettroforesi di proteine
•analisi dell’attività enzimatica
•analisi di frammenti di DNA
•sequenza del DNA
G A T C
GGCCGATAACGTCGGTAATG
GGCCGAGAACGTC
G/TGTAATG
G A T C
S+ S-
Coppia di geni in una cellula di un organismo
diploide
S+ S-Gameti
segregazione allelica in una coppia di gameti
I gameti a loro volta si accoppieranno per dare origine agli individui della generazione successiva.
S+
Gam
eti
Zigote omozigote +/+
S+
S+
S-
S-
S-
S+
S+ S+
S+S
+
S-
S+ S
-
S- S
+
S +
S +
1 2 3 4
0.7 kb
0.4 kb
1.1 kb
5
Soggetto 4
S-
Gam
eti
S-
S+
S-
S-
S-
S+
S+ S+
S+S
+
S-
S+ S
-
S- S
+
S +
S +
Zigote omozigote -/-
1 2 3 4
0.7 kb
0.4 kb
1.1 kb
5
Soggetti 1 e 3
S+
S-
S-
S-
S+
S+ S+
S+S
+
S-
S+ S
-
S- S
+
S +
S +
S+ S-
Gam
eti
Zigote eterozigote
1 2 3 4
0.7 kb
0.4 kb
1.1 kb
5
Soggetti 2 e 5
Gli alleli a un locus possono essere anche tre, quattro, …, n.
Se indichiamo con n il numero degli alleli di un determinato locus i genotipi possibili di quel locus saranno
!1!
!12
1
nn
nn
I genotipi possibili nel caso di due alleli, per esempio S+ e S-, saranno quindi
S+/S+ S+/S- S-/S- (oppure +/+, +/-, -/-)
2
1n !21!2
!1
nn
3!212!2
!12
GENOTIPO
+/+ +/- -/- totale
Numero di individui 16 28 20 64
Numero di alleli + 32 28 0 60Numero di alleli - 0 28 40 68
Somma degli alleli + e - 32 56 40 128
GENOTIPO
+/+ +/- -/- totale
Elaborazione dei dati raccolti in un campione analizzato per il polimorfismo presenza / assenza del sito di restrizione
BamHI
GENOTIPO
+/+ +/- -/- totale
Numero di individui 16 28 20 64
GENOTIPO
+/+ +/- -/- totale
Numero di individui 16 28 20 64
Numero di alleli + 32 28 0 60
GENOTIPO
+/+ +/- -/- totale
Numero di individui 16 28 20 64
Numero di alleli + 32 28 0 60Numero di alleli - 0 28 40 68
Frequenze alleliche
epopolazion nella alleli degli totale numeroepopolazion nella tipo dato un di alleli degli numero
p
GENOTIPO
+/+ +/- -/- totale
Numero di individui 16 28 20 64
Numero di alleli + 32 28 0 60Numero di alleli - 0 28 40 68
Somma degli alleli + e - 32 56 40 128
GENOTIPO
+/+ +/- -/- totale
Elaborazione dei dati raccolti in un campione analizzato per il polimorfismo presenza / assenza del sito di restrizione
BamHI
Frequenza allelica di - = 68/128 = 0.531Frequenza allelica di + = 60/128 = 0.469
Un gene si definisce polimorfico quando il suo allele più comune ha una frequenza
Viceversa un gene monomorfico è un gene che non è polimorfico.
0,95p
e il gene più comune ha una frequenza
0,95p
L’errore della stima di una frequenza può essere calcolata nel modo seguente
N
ppe.s.
21
dove p è la stima della frequenza.
IMPORTANTEQuesta formula è valida solo se tutti i genotipi sono fenotipicamente visibili
NON può essere applicata in caso di alleli recessivi
GENOTIPO
+/+ +/- -/- totale
Numero di individui 16 28 20 64
Numero di alleli + 32 28 0 60Numero di alleli - 0 28 40 68
Somma degli alleli + e - 32 56 40 128
GENOTIPO
+/+ +/- -/- totale
Elaborazione dei dati raccolti in un campione analizzato per il polimorfismo presenza / assenza del sito di restrizione
BamHI
Frequenza allelica di - = 68/128 = 0.531Frequenza allelica di + = 60/128 = 0.469
044.0
128249.0
6420.469-10.469
di freq. della standard errore
044.0
128249.0
6420.531-10.531
- freq. della standard errore
0.44 0.44
6 alleli al locus V n = 6
2
1n !21!2
!1
nn
21
!216!2!16
AB
C
cam
po e
lettricoalle
li
Elettroforesi dell’enzima PhosphoGlicolato Phosphatase (PGP)
6
!213!2!13
GENOTIPO
A/A B/A C/A B/B C/B C/C totale
Numero di individui 25 36 15 10 10 1 97
± 0.034± 0.025
GENOTIPO
A/A B/A C/A B/B C/B C/C totale
Numero di individui 25 36 15 10 10 1 97
Numero di alleli A 50 36 15 0 0 0 101
GENOTIPO
A/A B/A C/A B/B C/B C/C totale
Numero di individui 25 36 15 10 10 1 97
Numero di alleli A 50 36 15 0 0 0 101Numero di alleli B 0 36 0 20 10 0 66
GENOTIPO
A/A B/A C/A B/B C/B C/C totale
Numero di individui 25 36 15 10 10 1 97
Numero di alleli A 50 36 15 0 0 0 101Numero di alleli B 0 36 0 20 10 0 66Numero di alleli C 0 0 15 0 10 2 27
GENOTIPO
A/A B/A C/A B/B C/B C/C totale
Numero di individui 25 36 15 10 10 1 97
Numero di alleli A 50 36 15 0 0 0 101Numero di alleli B 0 36 0 20 10 0 66Numero di alleli C 0 0 15 0 10 2 27
Somma degli alleli A, B e C 50 72 30 20 20 2 194
GENOTIPO
A/A B/A C/A B/B C/B C/C totale
Numero di individui 25 36 15 10 10 1 97
Numero di alleli A 50 36 15 0 0 0 101Numero di alleli B 0 36 0 20 10 0 66Numero di alleli C 0 0 15 0 10 2 27
Somma degli alleli A, B e C 50 72 30 20 20 2 194
Frequenza allelica di A = 101/194 = 0.521
GENOTIPO
A/A B/A C/A B/B C/B C/C totale
Numero di individui 25 36 15 10 10 1 97
Numero di alleli A 50 36 15 0 0 0 101Numero di alleli B 0 36 0 20 10 0 66Numero di alleli C 0 0 15 0 10 2 27
Somma degli alleli A, B e C 50 72 30 20 20 2 194
Frequenza allelica di A = 101/194 = 0.521Frequenza allelica di B = 66/194 = 0.340
GENOTIPO
A/A B/A C/A B/B C/B C/C totale
Numero di individui 25 36 15 10 10 1 97
Numero di alleli A 50 36 15 0 0 0 101Numero di alleli B 0 36 0 20 10 0 66Numero di alleli C 0 0 15 0 10 2 27
Somma degli alleli A, B e C 50 72 30 20 20 2 194
Frequenza allelica di A = 101/194 = 0.521Frequenza allelica di B = 66/194 = 0.340 Frequenza allelica di C = 27/194 = 0.139
0.036
1940.250
9720.521-10.521
A di freq. della standard errore
± 0.036
0.034
1940.224
9720.340-10.340
A di freq. della standard errore
0.025
1940.120
9720.139-10.139
A di freq. della standard errore