Capitolo 12
Le basi cromosomichedell’ereditarietà
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
http://web.unife.it/progetti/genetica/Guido/index.php?lng=it&p=4
Domande 12.
• Dove stanno i geni? Come si può dimostrare che stanno sui cromosomi?• Cosa succede nella meiosi e nella mitosi, ai geni e ai cromosomi? • Cosa descrivono in realtà le leggi di Mendel?• Come viene determinato il sesso?• Quali conseguenze ha, dal punto di vista genetico, l’esistenza di cromosomi sessuali?
Figura 12.1
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Figura 12.2
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Nomenclatura
Figura 12.3 (a)
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46 cromosomi nell’uomo, distinguibili tradizionalmente per forma e caratteristiche di colorazione con reagenti chimici
Figura 12.3 (b)
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“Chromosome painting”, nuove forme di bandeggio
Figura 12.4
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I cromosomi cambiano di aspetto nelle varie fasi del ciclo cellulare
Figura 12.6
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Figura 12.7
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Figura 12.5
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Mitosi
Figura 12.9
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Meiosi
Figura 12.12
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Comportamento dei cromosomi durante la gametogenesi (animali)
gametogonio
gametocita primario
gametocita secondario
Cellula uovo o spermatidio
Comportamento dei cromosomi e degli alleli alla segregazione
A
A A
a
a a
Comportamento parallelo di geni e
cromosomi durante la gametogenesi
Teoria cromosomica dell’eredità
Obiezioni alla teoria cromosomica dell’eredità (Sutton-Boveri)
I cromosomi scompaiono all’interfase e perciò sono importanti solo nella divisione cellulare
Comportamento parallelo di geni e cromosomi
No, gli esperimenti di Blakeslee sullo stramonio indicano che piante con cromosomi soprannumerari diversi hanno fenotipi diversiNo, Drosophile di sesso diverso hanno cromosomi diversi
No, basta saperli mettere in evidenza
Le coppie di cromosomi sono uguali e perciò non possono portare alleli diversi
Belling e Blakeslee (1926): Anomalie fenotipiche in ceppi di Datura stramonium che differiscono per un cromosoma soprannumerario
Each type of capsule is a phenotype that is trisomic for a different chromosome.
Morgan (1911): Cromosomi differenti nei due sessi di Drosophila melanogaster
Pettini sessuali
Figura 12.11
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Alla meiosi i cromosomi vengono associati in un numero molto grande di possibili combinazioni
Figura 12.10
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La comparsa dei chiasmi rappresenta la prova citologica del fenomeno genetico della ricombinazione
Figura 12.15
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Cromosomi in Drosophila
Determinazione del sesso in Drosophila
Determinazione genetica del sesso: sesso
omogametico e sesso eterogametico.
Meccanismi di determinazione del sesso:
GeneticiXX ♀/ XY ♂ Uomo, mammiferi, alcuni insetti
XX ♀/ X0 ♂ Molti insetti
XX erm./ X0 ♂ Caenorabditis elegans (Nematode)
ZW ♀/ ZZ ♂ Uccelli, alcuni insetti
2N ♀/ N ♂ Alcuni insetti
Non geneticiTemperatura Rettili
Infezione batterica Alcuni artropodi
(gen. Wolbachia)
Cellula di insetto infetta da batteri del genere Wolbachia
Wolbachia è presente nelle cellule degli artropodi, fra cui >60% degli insetti. Quando si localizza nei testicoli provoca la femminilizzazione di individui geneticamente ZZ, cioè ♂. Diverse specie non riescono a riprodursi se non sono parassitate da Wolbachia.
Figura 12.18
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Cosa determina il sesso? Studio delle anomalie: Non-disgiunzione
Figura 12.19
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Non-disgiunzione primaria
In Drosophila il sesso è determinato dal numero di cromosomi X
Anomalie del numero cromosomico nell’uomo
È l’Y che determina il sesso maschile
Figura 12.20
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Non-disgiunzione secondaria: trasmissione di corredi cromosomici sbilanciati
Figura 12.22
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Sindrome di Turner
Figura 12.23
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Sindrome di Klinefelter
Ma se un cromosoma X in più o in meno scatena tutti questi effetti fenotipici, come fanno i maschi
normali a campare con un solo
cromosoma X?
Figura 12.24
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Effetto Lyon e corpi di Barr
L’inattivazione del cromosoma X nelle femmine è un fenomeno
epigenetico: un cambiamento dell’espressione dei geni non accompagnato da cambiamenti della sequenza di DNA
Figura 12.25
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Nei mammiferi, le femmine sono mosaici genetici
Gatta calico:B – O o
pigmentata
chiazze nere chiazze arancione
maschio femmina femmina maschio
Ma cos’è che determina il sesso nel cromosoma Y? Studio delle anomalie
SRY
Dal momento della separazione dal macaco, nel cromosoma Y umano ha perso di funzionalità solo un gene, MXRA5YIP
David Page
Nell’uomo il cromosoma Y ha 19 geni omologhi a quelli sull’X, e circa 600 pseudogeni: negli ultimi 300 milioni di anni ha perso centinaia di geni– finirà per scomparire?
Una mappa dei geni sul
cromosoma Y
Ruolo di SRY sul cromosoma Y
La gonade tenderebbe a differenziarsi in ovaia; l’azione di SRY l’indirizza a testicolo. Quando questo secerne la sostanza inibitrice mulleriana e il testosterone, si ha fenotipo maschile
Un’altra mappa dei geni sul
cromosoma Y
Anomalie del numero cromosomico in Drosophila
È il rapporto fra numero di X e autosomi che determina il sesso
femmine maschi
tutti
femmine ½ maschi ½ maschi
Un risultato sconcertante
P
F1
F2
Bianco recessivo?
Bianco recessivo ed espresso solo nei maschi?
X
maschi femmine
femmine maschi
½ femmine ½ femmine ½ maschi ½ maschi
Incrocio reciproco
P
F1
F2
Nella F1 maschi e femmine hanno fenotipi diversi
Sembra un reincrocio
E se i maschi (che hanno solo un cromosoma X) avessero solo un gene per il colore degli occhi?
Cromosoma Y geneticamente vuoto
X
Ma come si fa a studiare la genetica in specie in cui è difficile o impossibile fare incroci controllati?
Nella trasmissione recessiva legata al sesso sono affetti in genere i figli di madri sane
Nella trasmissione recessiva legata al sesso sono affetti in genere i figli di madri sane
XX XY
XX XY XY XY XX XY XY XX
XY XX XX X? XY X? XY XY
Figura 12.26
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Nella trasmissione dominante legata al sesso, tutte le figlie di maschi affetti sono affette
XX XY XX XX XY XX XY
XX XY
XY XX XX XX XY XX XX XY XY
XX XY XX XX XX XY
Figura 12.27
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Un albero con una segregazione insolita
Negli alberi che descrivono caratteri a trasmissione mitocondriale, tutti gli individui portano le caratteristiche materne (es.: Sindrome LHON, Neuropatia ottica di Leber)
A a
a A A A A a
a a a A A a A a
a a a A
Un altro albero con una segregazione insolita
Nei (pochissimi) caratteri trasmessi col cromosoma Y sono affetti solo e tutti i figli maschi di individui affetti
XX XY
XX XY XX XY XX XY
XX XY XY XX XY XX XY XX
XY XX XY XX XY XY
E quindi possiamo distinguere:
1. Trasmissione autosomica dominante;2. Trasmissione autosomica recessiva;3. Trasmissione dominante legata al sesso;4. Trasmissione recessiva legata al sesso;5. Trasmissione paterna (legata al cromosoma Y);6. Trasmissione materna (mitocondriale).
In sintesi•Il comportamento parallelo di geni e cromosomi alla meiosi dimostra che i geni stanno sui cromosomi•Le leggi di Mendel descrivono (1) la separazione dei cromosomi omologhi e (2) l’assortimento indipendente dei cromosomi non omologhi alla meiosi •Il sesso è determinato (con meccanismi diversi nelle diverse specie e parecchie eccezioni) dalle combinazioni dei cromosomi sessuali•Nell’uomo, è stata identificata la regione del cromosoma Y che indirizza le gonadi allo sviluppo verso il sesso maschile: SRY •In molti organismi il cromosoma Y è geneticamente vuoto, cioè non contiene gli alleli dei loci portati dal cromosoma X; i ♂ sono detti emizigoti•Lo sbilanciamento genico fra ♀ e ♂ viene compensato dall’inattivazione di un cromosoma X nel sesso omogametico