I limiti della ricombinazione.

Mappe genetiche

I limiti della ricombinazione.

Ø Se due loci genici sono cosi lontani fra loro sul cromosoma che la probabilità che si formi un chiasma fra loro e’ del 100%, allora il 50% dei gameti sarà di tipo parentale (cioe’ non avrà subito crossing-over) e il 50% di tipo ricombinante (che avrà subito crossing-over).

Ø Quando questi individui diibridi vengono reincrociati col doppio recessivo, ci si aspetta che producano una progenie nel rapporto di 1 : 1 : 1 : 1 come ci si aspetterebbe da geni su cromosomi diversi.

Ø La ricombinazione fra due geni associati non puo’ superare il 50% anche

quando fra di loro si producono crossing-over multipli.

Øcrossing-over doppi tra due geni molto lontani daranno solo

individui di tipo parentale. Sottostimando le distanze di mappa

Crossing-over multipli.

Per reperire questi crossing-over doppi, bisogna ricorrere ad un terzo locus genico (C) centrale ai

due marcatori considerati

IMPORTANTE:

NEI CROSSOVER DOPPI I GENI ESTREMI NON MOSTRANO RICOMBINAZIONE

SOLO IL GENE CENTRALE MOSTRA RICOMBINAZIONE

IL CONFRONTO FRA I FENOTIPI DEI PARENTALI E QUELLI DEI CROSSOVER DOPPI CONSENTE DI STABILIRE LA POSIZIONE DEL GENE CENTRALE E DI CONSEGUENZA L’ORDINE DEI GENI SUL CROMOSOMA

(ATTENZIONE: I FENOTIPI DELLA PROGENIE DEL REINCROCIO CORRISPONDONO AGLI APLOTIPI DEI GAMETI DEL

TRIIBRIDO!!)

INSIEME DELLE FORME ALLELICHE PRESENTI IN UN GAMETE

Per aplotipo (dal greco = unico) si intende una

serie di alleli che si trovano in loci associati su un

singolo cromosoma.

Analisi del triibrido

Stabilire l’ordine dei geni nei seguenti Parentali

e ⁺ st ⁺ ss ⁺ / e st ss X e st ss / e st ss

d

= (52+46+4+2) x100 =20,8um 500

d

= (22+22+4+2) x100 =10 um 500

d

attesa: 20,8+10=30,8

Calcolo delle distanze di

mappa

r r⁺

Calcolo della distanza tra p-r ignorando j

bisogna aggiungere due volte i doppi scambi

d

= (52+46+22+22)x100=28,4um 500

30,8um (20,8+10)

r r⁺

d

= (52+46+22+22+4+2+4+2)x100

500

Poiché, la probabilità che avvengano due eventi di crossing-over indipendenti è uguale al prodotto delle singole probabilità, per geni distanti 30 u.m. avremo:

Fr doppi crossing-over = 0,3 x 0,3 = 0,09

se non consideriamo i doppi crossing over si fa un errore di 10 volte più grande rispetto a due geni che distano di 10 u.m.

Quindi l’ideale è sempre sommare due distanze più brevi!

NON è SEMPRE VERA!

In quanto può accadere che un evento di crossing-over influenzi la possibilità che ne

avvenga un secondo nella stessa regione.

Questa situazione…

Si definisce interferenza quel fenomeno per cui un evento di crossing over

interferisce sulla produzione di un secondo evento di crossing over.

L’interferenza può variare da regione a regione del cromosoma e causa una

discrepanza tra la frequenza di

ricombinanti e la distanza di mappa.

Curva di Haldane e interferenza

i= 1- cc

= Fr dei doppi scambi osservati Fr dei doppi scambi attesi

Coefficiente di coincidenza (cc)

Interferenza (I) = 1- coefficiente di coincidenza

Interferenza e

coefficiente di coincidenza

• doppi scambi osservati = attesi c.c. = 1 I = 0

• doppi scambi osservati < attesi c.c. < 1 I > 0

Quando i:

MAPPATURA GENICA INCROCIO A 3 PUNTI

Un tipico incrocio a 3 punti è quello che si realizza tra un individuo triplo eterozigote (o triibrido) con uno triplo omozigote recessivo.

Da un incrocio di questo tipo, di solito, si ottengono 2 classi parentali e 6 classi ricombinanti originatesi a causa di eventi di crossing over sia in prima che in seconda regione.

A B C a b c

a b c

A B C A B C a b c a b c

Si otterranno le seguenti classi

A B C a b c A b c a B C A B c a b C A b C a B c

PARENTALI

SINGOLI RICOMBINANTI IN I REGIONE (SR I)

SINGOLI RICOMBINANTI IN II REGIONE (SR II)

DOPPI RICOMBINANTI (DR) Regione 1

Regione 2

a b c

Per calcolare le distanze tra 3 geni avendo a disposizione solo le frequenze osservate per ogni classe, la prima cosa da fare è stabilire quali sono le classi parentali e le classi dei doppi ricombinanti.

Quindi se ad esempio:

Abc 44 ABC 8

abC 196 aBc 87

ABc 200 aBC 43 abc 6 AbC 80

Il passaggio successivo è quello di stabilire qual è l’ordine corretto dei 3 geni lungo il cromosoma confrontando proprio le classi parentali e doppie ricombinanti

Si otterranno le seguenti classi genotipiche

A c B a C b A C b a c B A c b a C B A C B a c b

PARENTALI

SINGOLI RICOMBINANTI IN I REGIONE (SR I)

SINGOLI RICOMBINANTI IN II REGIONE (SR II)

DOPPI RICOMBINANTI (DR)

AcB 200 aCb 196 ACb 80 acB 87 Acb 44 aCB 43 ACB 8 acb 6

A c B A c B a C b a C b

DR P

P

DR

Frequenza di ricombinazione in regione I (A-C)

SR I + DR PROGENIE TOTALE

80+87+8+6

664 17,5 u.m.

Frequenza di ricombinazione in regione II (C-B)

SR II + DR PROGENIE TOTALE

44+43+8+6

664 15,2 u.m.

C B

A

Frequenza di ricombinazione

(A-B) Frequenza di ricombinazione in regione I + frequenza di ricombinazione in regione II

v A questo punto, si calcola la percentuale di ricombinanti in quanto questa può essere utilizzata come misura quantitativa della distanza tra due geni.

v Per poter calcolare la frequenza di ricombinazione e quindi, la distanza di mappa, è necessario analizzare due geni per volta:

0,175 %

0,152 %

Quindi, è possibile calcolare l’ INTERFERENZA, in quanto a volte la presenza di un crossing over interferisce con la formazione di un altro crossing over nelle vicinanze.

L’interferenza è espressa in funzione del COEFFICIENTE DI COINCIDENZA.

COEFFICIENTE DI COINCIDENZA FREQUENZA DI DR OSSERVATI

FREQUENZA DI DR ATTESI

PROGENIE DR TOTALE FREQUENZA

RICOMBINAZIONE REGIONE I

INTERFERENZA 1 – COEFFICIENTE DI COINCIDENZA

Pertanto, per l’esempio riportato:

COEFFICIENTE DI COINCIDENZA

8+6 664

0,17 0,15 O,8

INTERFERENZA 1 – 0,8 0,2

N.B. La frequenza dei doppi ricombinanti si calcola moltiplicando la frequenza degli scambi in I regione con la frequenza degli scambi in II regione, in quanto si tratta di calcolare la probabilità che due eventi indipendenti si verifichino contemporaneamente.

FREQUENZA RICOMBINAZIONE REGIONE II

Ø Se l’interferenza ha un valore negativo, ciò significa che avvengono più doppi crossing over rispetto

all’atteso.

Ø Se l’interferenza ha valore positivo significa che il verificarsi di un crossing over viene interferito dalla formazione di un altro nelle vicinanze.

Ø Se l’interferenza è pari a 0 i crossing over attesi

sono uguali a quelli osservati.

Supponiamo di avere che i geni A, B e C siano disposti sul cromosoma nel seguente ordine e con le seguenti distanze di mappa.

Per calcolare la frequenza di ottenere un dato gamete dall’incrocio tra un individuo triplo eterozigote (o triibrido) con uno triplo omozigote recessivo, avendo a disposizione solo le distanze che intercorrono tra i geni considerati, il primo passo è la definizione delle classi parentali e ricombinanti.

40 u.m. 20 u.m.

A B C A B C a b c a b c

I Caso 3 geni associati

A B C a b c A b c a B C A B c a b C A b C a B c

PARENTALI

SINGOLI RICOMBINANTI IN I REGIONE (SR I)

SINGOLI RICOMBINANTI IN II REGIONE (SR II)

DOPPI RICOMBINANTI (DR) Si otterranno le

seguenti classi

40 u.m. 20 u.m.

A B C A B C a b c a b c

Poiché le distanze di mappa non sono altro che le frequenze di ricombinazione, a questo punto è possibile determinare la frequenza delle classi parentali, in quanto :

Frequenza DR attesi frequenza di ricombinazione regione I frequenza di ricombinazione regione II

Frequenza SR regione I attesi frequenza di ricombinazione regione I – frequenza DR attesi

Frequenza SR regione II attesi frequenza di ricombinazione regione II – frequenza DR aXesi

Frequenza classi parentali aXesi 1 - (frequenza di ricombinazione regione I + frequenza ricombinazione regione II + frequenza dei DR)

Pertanto, per l’esempio riportato, la frequenza attesa per la varie classi è:

Frequenza DR attesi 0,40 0,20 0,08

0,04 AbC 0,04 aBc

Frequenza SR regione I attesi O,40 – 0,08 0,32

0,16 Abc 0,16 aBC

Frequenza SR regione II attesi O,20 – 0,08 0,12

0,06 ABc 0,06 abC

Frequenza classi parentali attesi 1 - (0,32 + 0,12 + 0,08) 0,48

0,24 ABC 0,24 abc

calcolo la probabilità di oIenere un dato gamete

v Per calcolare la frequenza di ottenere un dato gamete

dall’incrocio tra un individuo triplo eterozigote (o triibrido) con uno triplo omozigote recessivo, avendo a disposizione la distanza che intercorre tra due geni presenti sullo stesso cromosoma e sapendo che, ad esempio, il terzo gene in analisi è indipendente, in prima istanza bisogna stabilire quali sono le classi parentali e ricombinanti.

v In tal caso bisogna tener presente che il gene non associato, che nell’esempio sotto riportato si trova su un altro cromosoma , per effetto dell’assortimento indipendente segrega in modo

indipendente alla formazione dei gameti rispetto agli altri geni.

Pertanto, le diverse classi sono:

II Caso 2 geni associate ed 1 Non associato

Si otterranno le seguenti classi genotipiche

PARENTALI

RICOMBINANTI A b

A b a B a B

D D

A b A b

D

D d

d

d d a B

a B

A B D

D A B

a b a b

A questo punto è possibile stabilire le frequenze sia delle classi ricombinanti che parentali mediante l’utilizzo della distanza di mappa :

Frequenza ricombinanti Distanza di mappa tra i geni associati

Frequenza classi parentali 100% - frequenza di ricombinazione 20 u.m.

20%

5% ABD 5% ABd 5% abD 5% abd

100% - 20%

20% AbD 20% Abd 20% aBD 20% aBd 80%

d d

Se, invece, consideriamo il caso di un triibrido in cui vi sono tre geni sullo stesso cromosoma e vogliamo calcolare la frequenza delle classi gameKche prodoLe avendo, però, a disposizione le distanze di mappa tra A e B di 30 cM e tra B e D di 70 cM, la prima cosa da fare è quella di stabilire quali sono le classi ricombinanK (SRI, SRII e DR) e le parentali.

30 u.m. 70 u.m.

A B D A B D

a b d a b d

II Caso 2 geni associate ed 1 associato ad una grande distanza

Quindi, la frequenza aLesa delle varie classi è:

• Per quanto riguarda la distanza tra A e B, dire che tali geni distano 30 u.m. significa che si osservano per quesN due geni il 30% di ricombinanN (divisi tra le classi Ab e aB) e quindi, il 70% di parentali (divisi tra le classi AB e ab).

• Invece, nel caso della distanza tra B e D, dire che i geni B e D distano 70 u.m. significa affermare che tra quesN due geni si osserva il 50% di ricombinanN (Bd e bD) e il 50% di parentali (BD e bd).

15%

35%

35%

A B

a b PARENTALI 70%

A b

a B RICOMBINANTI 30%

15%

B D

b d PARENTALI 50%

B d

b D RICOMBINANTI 50%

25%

25%

25%

25%

N.B. Si ottiene una distribuzione delle classi gametiche tipica di una segregazione di due geni associati ed uno indipendente anche se in realtà i tre geni, come inizialmente affermato, sono presenti sullo stesso cromosoma

• Pertanto, la frequenza delle classi gametiche è:

• Quindi, ogni classe gameMca oLenuta per i geni A e B ha il 50% di probabilità di segregare con D e il 50% di probabilità di segregare con d.

35% A B 35% a b

15% A b 15% a B P

R

D =17,5 % d =17,5 % D = 17,5 % d = 17,5 % D =7.5%

d =7.5%

D =7.5%

d =7.5%

calcolo la probabilità di ottenere un dato gamete

Dai dati presentati pensate come faccio a capire se in questa regione

c’è interferenza?

i=1-cc cc = FrDRO FrDRA

FrDRO= 22 (n.DRO)/4197(TOT)= 0,005

FrDRA = Fr RI x Fr RII =(0,117 x 0,059) = 0,007

i= 1 – cc= 1- 0,005= 0,3 è l’interferenza

0,007

C’è interferenza in questa regione ?

tot 1000

1. Calcoliamo la distanza tra i geni

2. facciamo una mappa geneBca

3. calcoliamo l’interferenza

P RII RI

DR

a b c

31.8 u.m.

11.8 u.m.

Calcolo distanze tra i geni:

b-c = 142+158+8+10 x 100 = 31,8 u.m.

1000

a-b = 58+42+8+ 10 x 100 =11,8 u.m.

1000

a-c= 31.8 +11.8 = = 43.6 u.m.

43.6 u.m.

i=1-cc cc = FrDRO FrDRA

FrDRO= 18 (n.DRO)/1000(TOT)= 0,018 FrDRA = FrRI x Fr RII =(0,3 x 0,1) = 0,03

i= 1 – cc= 1-0,018= 0,4 è l’interferenza

0,03 calcolo le Fr di DR

Prevedere la progenie di un incrocio usando 3

marcatori genetici a distanza nota e

l’interferenza

A 12 um f 24 um D

a F d

Calcoliamo la progenie attesa su 1000 individui dall’incrocio del triibrido

in questione per il triplo omozigote recessivo a)senza interferenza (i=0)

b)con una interferenza pari a 0.4

A 12 um f 24 um D

a F d

1. N. Classi fenotipiche di un triibrido = 2 ³ =8= gameti 2. cioè:

AfD P

aFd aFd RI afD Afd RII aFD AFD DR afd

frDRA= FRI x FRII =

=0,12 x 0,24= 0,03

i= 1- DRO/DRA

i=1-cc cc = DRO DRA

n.DRA= 0,028 x100= circa 3

1. i=0 , quando DRO=DRA=3, quindi i=1-1=0 2. i=0.4, quando DRO=1,8

cioè 0,4 = 1-DRO DRO= 3 - 1,2 = 1.8 3

A 12 um f 24 um D a F d

Calcoliamo la progenie attesa su 1000 individui dall’incrocio del triibrido

in questione per il triplo omozigote recessivo

a)senza interferenza

b)con una interferenza pari a 0.4

Ø Grazie ai test a due punti e a tre punti è possibile mappare i geni e stabilire il loro ordine sul cromosoma.

Ø Il calcolo delle distanze tra i geni è alla base della costruzione delle mappe genetiche

Ø La mappa genetica è la rappresentazione grafica dei gruppi di associazione di una specie con l ’indicazione dell’ordine e

della posizione relativa dei geni lungo il cromosoma

Ø I gruppi di associazione sono tanti quante sono le coppie di cromosomi omologhi di una specie

Ø Le distanze tra i geni nelle mappe genetiche sono misurate in

cM (unità di ricombinazione, unità di mappa)

La ricombinazione avviene anche nelle

cellule somatiche

Ricordiamo le situazioni di mosaicismo genetico:

Ricombinazione somatica

La eterocromatizzazione dell’ X La non-disgiunzione cromosomica

La disattivazione o delezione somatica di un allele dominante

Queste situazioni che avvengono nelle cellule somatiche interessano l’organismo in cui sono avvenute ma non

sono ereditabili.

Questo è il motivo per cui si può ereditare la predisposizione ma non il cancro.

…e perchè?

Come si spiega geneticamente questo fenomeno di mosaicismo genetico che si

osserva sul corpo della Drosophila ?

In una Drosophila y sn ⁺ / y ⁺ sn, la maggior parte del corpo è di

Cpo selvaCco in alcuni casi nascono Drosophile con fenoCpi

eterogenei

La ricombinazione mitotica si può osservare in individui eterozigoti

(a) In una femmina di Drosophila y sn

/ y

sn, un crossing-over mitotico tra il centromero e sn può produrre

due cellule figlie, una omozigote per y e l’altra omozigote per sn, che possono svilupparsi in macchie anomale

adiacenti (macchie gemelle). Questo risultato dipende da una distribuzione particolare dei cromatidi in anafase

(sopra).

Il crossing-over

mitotico:macchie singole

(b) se crossing-over mitotico avvenisse tra il gene sn e il gene y