Aspetti diversi dello studio dellereditarieta

Le propriet del materiale gene0co possono essere studiate a tre livelli: Individuale:presenza o assenza di un certo cara3ere;

Famiglia:dominanza o recessivit; autosomico o legato al sesso;indipenden9 o associa9.

Popolazione:gruppo di individui della stessa specie che vivono in un certo luogo si incrociano e danno prole fer9le. In questo caso si vede la frequenza di un certo allele. Se esso portato da pochi o da mol9 individui e vedere se esiste correlazione tra la sua frequenza e lambiente dove la popolazione vive.

La gene0ca di popolazione studia lereditarieta di cara8eri determina0 da uno o pochi geni in gruppi di individui: in una popolazione mendeliana

La genetica di popolazione

Popolazione mendeliana: gruppo di individui interfer0li che condividono un insieme di alleli il pool genico.

TuE gli individui di una specie condividono gli stessi loci.

I loci possono presentare piu alleli: gruppi di individui possono presentare assor9men9 allelici dieren9: geno9pi dieren9, aplo9pi dieren9

Domande

Quanta variabilita esiste in una popolazione naturale da cosa e originata, come viene mantenuta ?

Quali processi evolu0vi modellano la stu8ura gene0ca delle popolazioni ?

Da cosa sono provocate le dierenze nella stru8ura gene0ca delle diverse popolazioni ?

Come variano nelle generazioni le frequenze geniche e/o geno0piche?

Legge di Hardy-Weinberg

In una popolazione innitamente grande, in cui gli incroci avvengono casualmente , in cui non vi siano mutazioni, ne migrazioni, ne selezione le frequenze alleliche in un locus autosomico con 2 alleli non cambiano nel tempo, e le frequenze geno0piche si stabilizzano secondo le proporzioni: p2 + 2pq + q2, che il quadrato del binomio (p + q). La somma sara sempre =1

S0amo parlando di un singolo locus: la legge di Hardy-Weinberg si applica ad un locus alla volta.

Va sempre tenuto presente che H-W e un modello matema0co che ci fornisce unipotesi zero cioe un punto di partenza per saggiare gli eeW che possono modicare le frequenze alleliche: ci perme8e di individuare le forze che fanno evolvere una popolazione naturale

La stru3ura gene9ca di una popolazione pu essere espressa sia in termini di frequenze geno9piche che alleliche

Frequenze genotipiche

Per calcolare la frequenza geno0pica basta contare gli individui con un certo geno0po e dividere per il totale degli individui. La somma dei diversi geno0pi deve essere = 1

Quanta variabilita esiste in una popolazione naturale da cosa e originata, come viene mantenuta ? Deniamo la stru3ura gene9ca di una popolazione

Frequenze genotipiche In una popolazione naturale sono presen0 3 geno0pi facilmente dis0nguibili dovu0 a 2 alleli del locus A: A1A1 452, A1A2 43, A2A2 2 tot= 497

Frequenze geno0piche: f(A1A1)= 452/497 =0.909 f(A1A2)= 43/497 =0.087 f(A2A2)= 2/497 =0.004

La somma e 1 e le singole percentuali descrivono quan0ta0vamente il pool genico per quel locus allinterno del gruppo di individui che sto considerando

Le frequenze in un altro gruppo di individui della stessa specie potrebbero essere diverse o essere presente un terzo allele e quindi essere presen0 6 geno0pi la cui somma sara sempre 1

Frequenze alleliche: come si calcolano

Per calcolare la frequenza degli alleli di un certo locus possiamo u0lizzare

i numeri assolu0 dei diversi geno0pi e calcolare quan0 alleli sono presen0 nei diversi geno0pi in rapporto al numero totale degli alleli

Frequenze alleliche

E vantaggioso descrivere il pool genico in termini di frequenza degli alleli.

I vari geno9pi presen9 in una popoalzione derivano da game9 che portano un certo allele: la probabilita che si origini un certo geno9po dipende dalla frequenza, nel

pool game9co, degli alleli che lo compongono.

Frequenze alleliche: esempio

Frequenza allelica = numero di copie di un allele totale degli alleli

Popolazione di 1000 individui: A1A1 353, A1A2 494, A2A2 153

Se considero il pool genico di questo locus come un sacche8o contenente tuW gli alleli: quan0 sono gli alleli A1 e quan0 A2 ?

a par0re dai numeri assolu0 dei diversi geno0pi(quan0 individui con i diversi geno0pi sono sta0 osserva0)

Frequenze alleliche esempio

Gli alleli A1 sono: 353x2 (gli omozigo0 introducono nel sacche8o 2 alleli) + 494 (gli eterozigo0 introducono solo 1 allele A1)

Gli alleli A2 sono: 153x2 (gli omozigo0 introducono nel sacche8o 2 alleli) + 494 (gli eterozigo0 introducono solo 1 allele A2)

ANCHE IL TOTALE DEVE ESSERE MOLTIPLICATO X 2: GLI ORGANISMI DIPLOIDI INTRODUCONO NEL POOL 2 ALLELI, INDIPENDENTEMENTE DA QUALE ALLELE

q = f(A2) = (153x2) + 494 = 800 = 0.40 2000 2000

Frequenze alleliche

p=f(A1) = (353x2) + 494 = 1200 = 0.60 2000 2000

da cui si puo dedurre che una volta calcolato uno dei due:

p+q = 1

1-p = q

e viceversa

LEGGE di HARDY-WEINBERG Quando una popolazione e allequilibrio, per un certo locus A con 2 alleli codominan0 presen0 nella popolazione con frequenza p e q, le frequenze geno0piche saranno uquali a p2+2pq +q2, ovvero il quadrato del binomio (p + q)

Da dove viene questa formula? Dalla I legge di Mendel:

a a A a a

A a A A A

a A

q2 pq q

pq p2 p

q p

VERIFICA DELLEQUILIBRIO DI HW

2) Costruiamo una popolazione delle stesse dimensioni della nostra, con le stesse frequenze alleliche, che sia allequilibrio di HW

Il metodo del chi quadrato consente di determinare qual la probabilit che la discrepanza tra i risultati ottenuti in un

esperimento ed i risultati attesi sia dovuta al caso

Se questa probabilit alta (rispetto ad una soglia di accettazione) allora lipotesi di partenza

corretta, se la probabilit piccola lipotesi va scartata

Test del 2

Confronto le frequenze attese ed osservate col test del chi-quadrato, che dato da

= [(a o)2/a] Allora: (360-353)2/360 = 0.14 (480-494)2/480 = 0.41 2 = 0.86 1gdl < 3.84 (160-153)2/ 160 = 0.31 N.S

Conclusioni: le differenze osservate non risultano significative. La popolazione allequilibrio di HW

Gradi di libert (gl)

Numero dei parametri che possono variare in maniera indipendente

nellesperimento. (Numero delle classi fenotipiche- il

numero degli alleli )

Soglia di

accettazione/rifiuto

1) Formulare unipotesi semplice su cui costruire unattesa precisa

(Es Ipotesi zero: la popolazione in equilibrio)

Procedura per effettuare il test del chi quadrato

2) Calcolare il chi quadrato

3) Stimare p(2)

4) Rifiutare o accettare lipotesi zero

Cosa vuol dire equilibrio di Hardy-Weineberg

In una popolazione infinitamente grande, in cui gli incroci avvengono casualmente , in cui non vi siano mutazioni, ne migrazioni, ne selezione le frequenze alleliche in locus con 2 alleli non cambiano nel tempo, e le frequenze genotipiche si stabilizzano secondo le proporzioni: p2 + 2pq + q2, che il quadrato del binomio (p + q). La somma sara sempre =1

Stiamo parlando di un singolo locus: la legge di Hardy-Weinberg si applica ad un locus alla volta.

Va sempre tenuto presente che H-W e un modello matematico che ci fornisce unipotesi zero cioe un punto di partenza per saggiare gli effetti che possono modificare le frequenze alleliche: ci permette di individuare le forze che fanno evolvere una popolazione naturale

Deriva genetica I Cosa vuol dire infinitamente grande?

Le popolazioni non sono infinite, ma di solito sono sufficientemente grandi da vanificare la casualit nelle variazioni alleliche, cioe di annullare la deriva genetica. Esempio tipico sono le catastrofi naturali che non uccidono gli individui sulla base del loro patrimonio genetico. Oppure il numero ridotto di progenie che non permette a tutte le possibili combinazioni di verificarsi Oppure il piccolo numero di individui che fonda una nuova popolazione

Deriva genetica II

Il numero ridotto di progenie e una delle cause principali della deriva genetica: e come lanciare una moneta un numero limitato di volte. Si verifica un errore di campionamento

La deriva genetica porta nel tempo alla fissazione di un allele a scapito dellaltro. Tende percio a diminuire la variabilit genetica

Due esempi di deriva genetica

Effetto del fondatore

Effetto del collo di bottiglia

In una popolazione infinitamente grande, in cui gli incroci avvengono casualmente , in cui non vi siano mutazioni, ne migrazioni, ne selezione

Incroci casuali

Cosa vuol dire incroci casuali ?

Che i fenotipi originati dagli alleli del locus che sto considerando non condizionano la possibilita di riprodursi del portatore: cioe tutti i genotipi hanno la stessa possibilita di fornire alleli al pool della generazione successiva. Es. Gruppi sanguigni ma non il colore delle pelle!

BISOGNA SCEGLIERE CON ATTENZIONE IL LOCUS DA STUDIARE

Incroci casuali II

Linincrocio e un classico esempio di incrocio non casuale e ha come conseguenza di ridurre gli eterozigoti e aumentare gli omozigoti. Nelle patologie recessive, ad es. la fenilchetonuria, la galattosemia, se andiamo ad osservare la frequenza di consanguinei tra i genitori dei malati, vedremo che pi elevata che nella popolazione generale. Geni deleteri in eterozigosi vengono svelati dallinincrocio!

In una popolazione infinitamente grande, in cui gli incroci avvengono casualmente , in cui non vi siano mutazioni, ne migrazioni, ne selezione le frequenze genotipiche sono allequilibrio e non mutano nelle diverse generazioni

In una popolazione infinitamente grande, in cui gli incroci avvengono casualmente , in cui non vi siano mutazioni, ne migrazioni, ne selezione

Mutazioni-Migrazione-Selezione

Le mutazioni sono allorigine dellinsorgenza degli alleli. In una popolazione dove ce un solo allele ovviamente non ha senso parlare di equilibrio. Se per mutazione, da un allele a se ne produce uno A per molte generazioni, ovviamente le frequenze alleliche varieranno e A tender a sostituire a. In genere la sola mutazione non basta per cambiare significativamente le frequenze alleliche. La migrazione ottiene lo stesso effetto: se individui provenienti da una popolazione migrano nellhabitat di unaltra porteraano nella seconda i loro alleli che potrebbero essere diversi. La frequenza cambia e se i flussi genici continuano nel tempo non si raggiungera mai lequilibrio

La selezione naturale agisce selezionando nel pool genico di una popolazione i genotipi piu adatti ad un certo ambiente: un certo genotipo ha piu possibilita dellaltro di contribuire alla generazione successiva: HA FITNESS MAGGIORE (Es talassemia, falcemia etc)

HARDY- WEINBERG

In una popolazione infinitamente grande, in cui gli incroci avvengono casualmente , in cui non vi siano mutazioni, ne migrazioni, ne selezione le frequenze alleliche in locus autosomico con 2 alleli codominanti non cambiano nel tempo, e le frequenze genotipiche si stabilizzano secondo le proporzioni: p2 + 2pq + q2.

Va sempre tenuto presente che H-W e un modello matematico che ci fornisce unipotesi zero cioe un punto di partenza per saggiare gli effetti che possono modificare le frequenze alleliche: ci permette di individuare le forze che fanno evolvere una popolazione naturale Quando esaminando una popolazione trovo che le frequenze genotipiche si discostano significativamente dallatteso vuol dire che una delle condizioni e venuta meno

Uso di H-W in Genetica Umana

Albinismo da mancanza di attivita tirosinochinasica 1/40.000 = (0.000025) se aa = q2 a=radice quadrata di q2, cio della frequenza dei malati, allora a = q = 0.005 A = p= 1-0.005= 0.995 Aa = 2pq = 0.00995 (~1%)

quando lallele patologico raro la frequenza dei portatori allincirca il doppio della frequenza dellallele stesso

Come si puo utilizzare H-W quando uno o piu alleli sono recessivi?