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Genetica formale
Modalita’ della trasmissione dei caratteri da una generazione all’altra.
I metodi che Gregorio Mendel sviluppo’ verso la meta’ del 1800 sono quelli ancora in uso oggi e rappresentano
una parte fondamentale dell’analisi genetica.
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Organismi sperimentali -con ciclo vitale breve-progenie numerosa-facili da manipolare-variabilita’ tra gli individui
Studio di un fenomeno biologico
isolare e caratterizzare le varianti genetiche che colpiscono (alterano) il processo stesso.
Ogni variante o mutazione permette di identificare un distinto componente genetico.
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Le leggi di Mendel
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(il termine “gene” fu coniato da Johannsen nel 1909)
Propose per primo, nel 1865, il concetto di GENE.
Prima di Mendel: eredità per mescolamento
Mendel: eredità particolata
Gregor Mendel (1822-1884)
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“uovo e spermio (i gameti) contengono essenze derivanti dalle diverse parti del corpo del genitore. Queste essenze si mescolano per formare il nuovo individuo”
“i caratteri sono determinati da unità discrete che vengono trasmesse intatte da una generazione all’altra”
Prima di Mendel “eredità per mescolamento”
Mendel “eredità particolata”
Riproduzione: fusione di due cellule specializzate dette
gameti
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Le leggi di Mendel
-Scelta dell’organismo giusto-Piano sperimentale semplice (pochi caratteris da seguire)-Quantificazione dei risultati
Metodo di ricerca ipotetico deduttivoInterpretazione semplice dei rapporti numerici ottenuti
Esperimenti precisi per saggiare l’ipotesi
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•ampia gamma di forme e colori
•autofecondazione e fecondazione incrociata
Pisum sativum
antera (porta il polline)
ovario ovulo
stimma
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•tempo di generazione breve
•numerosità della progenie
•poco spazio occupato
•basso costo
Vantaggi sperimentali delle piante di piselli
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Trasmissione ereditaria di un singolo carattere
(Per “carattere” si intende una specifica proprietà di un organismo)
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Caratteri delle piante di piselli studiati da Mendel
semi lisci o grinzosi
interno del seme giallo o verde
petali porpora o bianchi
baccelli semplici o concamerati
baccelli verdi o gialli
fiori assiali o terminali fusto lungo o corto
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Le diverse varietà che un carattere può assumere si chiamano fenotipi
fenotipo bianco fenotipo purpureo
es.
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Linea pura = popolazione che attraverso le generazioni resta identica per un dato carattere
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F1 = prima generazione filiale
F1 = prima generazione filiale
I° incrocio: pianta a fiori purpurei x pianta a fiori bianchi
F1 tutte piante a fiori purpurei
P = generazione parentale
P = generazione parentale
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L’incrocio reciproco dava lo stesso risultato
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RAPPORTO 3 : 1
Autofecondazione F1 x F1
224 piante a fiori bianchi705 piante a fiori purpureiF2
Il fenotipo bianco riappariva alla seconda generazione!
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semi lisci o grinzosi
interno del seme giallo o verde
petali porpora o bianchi
baccelli semplici o concamerati
baccelli verdi o gialli
fiori assiali o terminali fusto lungo o corto
Lo stesso rapporto 3:1 si ritrovava anche per gli altri 6 caratteri
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18
DOMINANTE e RECESSIVO
ll “fattore” latente si definisce RECESSIVO
il “fattore” espresso si definisce DOMINANTE
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P seme giallo x seme verde
F1 tutti semi gialli
1/4 verdi puri
1/4 gialli puri
2/4 gialli “impuri”
3/4 semi gialli
F2 1/4 semi verdi
Autofecondazione F1 x F1
giallo è dominante su verde
giallo è dominante su verde
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Cosa dedusse Mendel dai risultati dei suoi esperimenti?
1. I determinanti ereditari sono di natura particolata
2. I geni sono presenti a coppie. Ogni carattere è controllato da due geni (chiamati alleli). Nelle linee pure i due alleli sono uguali. Nelle piante F1 sono presenti un allele per il fenotipo dominante ed uno per il fenotipo recessivo
3.I membri di ciascuna coppia genica si separano con uguale frequenza nei gameti (Principio della segregazione)
4.Ogni gamete porta solo un membro di ciascuna coppia genica
5. I gameti si combinano per formare lo zigote indipendentemente dal membro della coppia genica in essi contenuto
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Modello A = allele dominantea = allele recessivo
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Gli individui A /a sono chiamati eterozigoti o ibridi,mentre gli individui
delle linee pure sono chiamati omozigoti.
A /A è un omozigote dominante; a /a è un omozigote recessivo.
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YY x yy
Yy x Yy F1
F2 YY Yy
Yy yy
YY 1/4
Yy 1/4 + 1/4= 2/4 = 1/2
yy 1/4
quadrato di Punnet
1/2 Y
1/2 y
1/2 Y 1/2 y
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Il genotipo è la costituzione genetica del carattere
YY Yy yy
1/4 1/2 1/4
giallo verde 3 : 1
rapporto fenotipico
rapporto genotipico
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Verifica delle ipotesi(Test-cross o Reincrocio)
58 : 52Rapporto osservato
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I° legge di Mendel: I due membri di una coppia genica segregano (si separano) l’uno dall’altro nei gameti, metà dei quali riceve un membro della coppia, mentre l’altra metà riceve l’altro membro
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Trasmissione ereditaria di due caratteri
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Carattere fenotipo
Forma del seme liscio/rugoso
Colore del seme giallo/verde
Mendel studiò la trasmissione contemporanea di due caratteri
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Liscio > rugosoGiallo > verde
lisci gialli x F1 lisci gialliF1
lisci gialli F1
lisci verdi x rugosi gialli
F2315 lisci gialli 9108 lisci verdi 3101 rugosi gialli 332 rugosi verdi 1
556 semi
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Mendel trovò lo stesso tipo di rapporto 9:3:3:1 studiando anche altre coppie di caratteri
Mendel considerò un carattere alla volta
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lisci 315+108 = 432 ; rugosi 101+32 = 133
gialli 315+101 = 416; verdi 108+32 = 140
315 lisci gialli108 lisci verdi101 rugosi gialli32 rugosi verdi
556 semi
3 liscio : 1 rugoso rapporto
3 giallo : 1 verde rapporto
lisci/rugosi
gialli/verdi
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ciascun carattere veniva trasmesso indipendentemente
dall’altro
Mendel intuì che
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R = liscio r = rugosoY = giallo y = verde
liscio verde rugoso giallo
liscio giallo
gameti Y
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Il diibrido RrYy formerà 4 tipi di gameti contenenti ciascuno un allele per il carattere “forma del seme” (R o r ) e un allele per il carattere “colore del seme” (Y o y). Questi gameti verranno prodotti con la stessa frequenza pari ad 1/4
RY
rY ry
Ry
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RrYyRrYy
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Rapporti genotipici
RRYY 1/16RRYy 2/16RRyy 1/16RrYY 2/16RrYy 4/16Rryy 2/16rrYY 1/16rrYy 2/16rryy 1/16
lisci giallilisci verdirugosi giallirugosi verdi
9331
R-Y-R-yyrrY-rryy
Rapporti fenotipici
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II° legge di Mendel: coppie geniche differenti assortiscono in maniera indipendente durante la formazione dei gameti
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YyRr x yyrrgialli lisci
verdi grinzosi
Testcross per confermare la seconda legge di Mendel
1/4 gialli lisci
1/4 verdi grinzosi
1/4 verdi lisci
1/4 gialli grinzosi
1/4 yr
yr
1/4 Yr
1/4 yR
1/4 YR YyRr
Yyrr
yyRr
yyrr
r
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I caratteri alternativi sono determinati da FATTORI DISCRETI che portano l’informazione ereditaria
Ogni fattore (GENE) esiste in forme alternative (ALLELI) che determinano la caratteristica visibile (FENOTIPO)
2 alleli uguali = OMOZIGOSI2 alleli diversi = ETEROZIGOSI
Allele che determina la caratteristica visibile è DOMINANTE sull’altro che è RECESSIVO
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I legge di Mendel: I due membri di una
coppia genica segregano (si separano) l’uno dall’altro nei gameti
II legge di Mendel (assortimento indipendente):
Geni che controllanocaratteri diversi si distribuiscono in modo
indipendente nei gameti
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Probabilità = N° di casi in cui un evento si manifestaN° delle opportunità che esso ha di accadere
Elementi di calcolo delle probabilità
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P(di un tre)= 1/6
Qual’è la probabilità che lanciando un dado esca un tre?
Regola del prodotto = la probabilità che due eventi indipendenti si verifichino è data dal prodotto delle probabilità dei singoli eventi.
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P(di due tre)=
Regola del prodotto
1/6 x 1/6= 1/36
1/6
Qualè la probabilità che lanciando due dadi esca tre su tutti e due?
x
1/6
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Regola della somma = la probabilità che si verifichino o l’uno o l’altro di due eventi mutualmente escludentesi è data dalla somma delle loro singole probabilità.
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P(di due tre o di due quattro)=
Regola della somma
=1/36 + 1/36 =1/18
1/6 x 1/6
1/6 x 1/6
Qual’è la probabilità che lanciando due dadi escano O due tre O due quattro?
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Ramificazioni per prevedere i rapporti genotipici derivanti da un incrocio AaBb x AaBb
¼ AA
½ Aa
¼ aa
¼ BB½ Bb
¼ bb
¼ BB½ Bb
¼ bb
¼ BB½ Bb
¼ bb
AABB 1/16
AAbb 1/16
AABb 1/8
AaBB 1/8
Aabb 1/8
AaBb 1/4
aaBB 1/16
aabb 1/16
aaBb 1/8
=32 =93n
Numero delle coppie geniche eterozigoti
47
¾ B-
¼ bb
¾ B-
¼ bb
A-B- 9/16
A-bb 3/16
aaBB 3/16
aabb 1/16
¾ A-
¼ aa
=22 =4
Ramificazioni per prevedere i rapporti fenotipici derivanti da un incrocio AaBb x AaBb
2n
Numero delle coppie geniche eterozigoti
48
½ A
½ a
½ B
½ b
½ B
½ b
AB 1/4
Ab 1/4
ab 1/4
aB 1/4
=22 =4
Ramificazioni per prevedere i gameti formati da un individuo AaBb
2n
Numero delle coppie geniche eterozigoti
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liscio>rugosogiallo>verde
lisci gialli x F1 lisci gialliF1
lisci gialli F1
lisci verdi x rugosi gialli
F2315 lisci gialli108 lisci verdi101 rugosi gialli32 rugosi verdi
556 semi
50
lisci 315+108 = 432 ; rugosi 101+32 = 133
gialli 315+101 = 416; verdi 108+32 = 140
315 lisci gialli108 lisci verdi101 rugosi gialli32 rugosi verdi
556 semi
3 liscio : 1 rugoso rapporto
3 giallo : 1 verde rapporto
lisci/rugosi
gialli/verdi
51
3/4 lisci
3/4 gialli
1/4 verdi
1/4 rugosi
3/4 gialli
1/4verdi
lisci gialli 3/4 x 3/4 = 9/16
lisci verdi 3/4 x 1/4= 3/16
rugosi verdi 1/4 x 1/4= 1/16
rugosi gialli 1/4 x 3/4= 3/16
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Analisi statistica: il test del chi-quadrato (2)
Serve a verificare se i risultati ottenuti in un dato esperimento si discostano dai
risultati attesi soltanto per effetto del caso
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RrYy x rr yyLiscio giallo rugoso verde
142 lisci gialli (RrYy)
142 lisci verdi (Rryy)
142 rugosi gialli (rrYy)
142 rugosi verdi (rryy)
Tot. 568
Risultati attesi
154 lisci gialli
124 lisci verdi
144 rugosi gialli
146 rugosi verdi
Tot. 568
Risultati osservati
Ipotesi zero:
I geni assortiscono indipendentemente (rapporto 1:1:1:1)
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La differenza osservata è casuale?
L’ipotesi zero è confermata?
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Il metodo del chi quadro consente di determinare qual’è la probabilità che la discrepanza tra i risultati ottenuti in un
esperimento ed i risultati attesi sia dovuta al caso
Se questa probabilità è alta (rispetto ad una soglia di accettazione) allora l’ipotesi di
partenza è corretta, se la probabilità è piccola l’ipotesi va scartata
56Numero delle classi -1
Calcolo del chi quadrato
Per ogni classe, si calcola la differenza tra valore osservato ed atteso, la si eleva al quadrato, la si divide per il valore atteso, e infine si fa la somma dei risultati ottenuti per tutte le classi.
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Soglia di
accettazione/rifiuto
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1) Formulare un’ipotesi semplice su cui costruire un’attesa precisa
(Es Ipotesi zero: assortimento indipendente)
Procedura per effettuare il test del chi quadro
2) Calcolare il chi quadro
3) Stimare p()
4) Rifiutare o accettare l’ipotesi zero