Il capitolo 13 discute la mappatura dei geni negli eucarioti, evidenziando che gli alleli non sempre vengono trasmessi in modo indipendente a causa dell'associazione dei loci sui cromosomi. Vengono descritti i meccanismi di ricombinazione, come il crossing-over, e si spiega come calcolare la distanza tra loci basandosi sulla frequenza di ricombinazione. Infine, viene trattata l'associazione tra varianti genetiche e malattie, illustrando come l'eterogeneità genetica possa influenzare i risultati degli studi di associazione.

1. Cap. 13 Mappatura dei geni negli Eucarioti pp. 355-376

2. Sintesi 13 Non tutti gli alleli sono trasmessi indipendentemente, perché le posizioni dei geni (loci) sono associate sui cromosomi Scambi fra cromosomi omologhi alla meiosi provocano ricombinazione Si può stimare la distanza fra due loci sulla base della frequenza di ricombinazione Incrocio a tre punti

3. Trasmissione congiunta di alleli sul cromosoma X (Morgan 1911) E’ come un reincrocio

4. E quindi: Se prevalgono nella F2 i fenotipi parentali, la trasmissione dei due geni non è indipendente : geni associati sul cromosoma Se compaiono nella F2 fenotipi non parentali, l’associazione dei geni sul cromosoma non è completa, e gli alleli possono essere riassortiti da fenomeni di ricombinazione

5. Come indicare alleli associati a + b a + b a + b a b + a b a + b + Disposizione degli alleli: trans cis (repulsion) (coupling) La posizione occupata da un allele di un certo gene sul cromosoma si chiama locus

6. Cromosomi (e fenotipi) parentali e ricombinanti A b a B a b a b X Ab, aB = parentali AB, ab = ricombinanti

7. Il fenomeno citologico alla base della ricombinazione è il crossing-over

8. Esperimento di Barbara McClintock (1931) in Zea mais C: seme colorato, c: non colorato Wx: amido normale, wx: amido waxy Anche: carnation, Bar in Drosophila

9. Meccanismo della ricombinazione (Modello di Holliday, rottura ad elica singola)

10. Meccanismo della ricombinazione (Modello di Holliday,rottura ad elica singola) Eteroduplex: appaiamento temporaneo di eliche non complementari

11. Meccanismo della ricombinazione (Modello di Holliday,rottura ad elica singola)

12. L’intervento dell’endonucleasi può portare o non portare al crossing-over

13. Holliday-junction al microscopio elettronico

14. Meccanismo della ricombinazione (Modello di Holliday, risoluzioni alternative dell’eteroduplex)

15. Meccanismo della ricombinazione (Modello di Holliday, conseguenze delle risoluzioni alternative)

17. Mappe genetiche Se il crossing over si verifica in punti casuali del cromosoma, la ricombinazione sarà più frequente fra loci distanti e meno fra loci vicini A B C bassa probabilità alta probabilità di crossing over di crossing over La percentuale di ricombinanti può essere utilizzata per quantificare la distanza fra loci associati: 1 Morgan (1 M) = 100% di ricombinazione 1 centiMorgan (1 cM) = 1% di ricombinazione

18. Il mezzo ideale per studiare associazione e ricombinazione è il reincrocio

19. Il mezzo ideale per studiare associazione e ricombinazione è il reincrocio Rapporti fenotipici attesi (diibrido): 1: 1: 1: 1 F(P) = F(NP) = 0,5 Se c’è associazione: F(P) > 0,5, F(NP)<0,5

20. Reincrocio Aa Bb X aa bb Frequenze fenotipiche: AB Ab aB ab TOT Osservate 78 122 118 82 400 Attese 100 100 100 100 400 Difetto Eccesso Difetto

21. Reincrocio Aa Bb X aa bb Frequenze fenotipiche: AB Ab aB ab TOT Osservate 78 122 118 82 400 Attese 100 100 100 100 400 I fenotipi Ab e aB sono presenti in frequenze superiori all’attesa Perciò Ab e aB sono i fenotipi parentali: La distanza fra locus A e locus B è d = NR / NT = =(78+82)/400 = 0,4 e cioè 40 cM A b a B A B a b

22. Ma attenzione: NR non può essere > ½ NT (in questo caso, si considerano i geni indipendenti) Per cui d MAX = 0,5.

23. Se tutti i cromosomi subiscono crossing-over alla meiosi, la frequenza di ricombinazione è del 50% La frequenza di ricombinazione è metà della frequenza di crossing over

24. Incrocio a tre punti

25. Tre caratteri in Drosophila Crossveinless ( cv ) Vermillion ( v ) Cut ( ct )

26. Incrocio a tre punti v v cv cv ct ct X v + v + cv + cv + ct + ct +

27. Starting with the v and cv loci, we see that the recombinants are of genotype v · cv and v + · cv + and that there are 45 + 40 + 89 + 94 = 268 of these recombinants. Of a total of 1448 flies, this number gives an RF of 18.5 percent. L’incrocio può essere riscritto come v + ct cv / v ct + cv + × v ct cv / v ct cv . For the v and ct loci, the recombinants are v · ct and v + · ct + . There are 89 + 94 + 3 + 5 = 191 of these recombinants among 1448 flies, so RF = 13.2 percent.

28. Interferenza Se i crossing over, CO, fossero indipendenti: P(doppio CO) = P(CO v-ct) x P(CO ct-cv) = = 0.132 x 0.064 = 0.0084 Doppi crossing over attesi, DCA = 1448 x 0.0084 = 12 Doppi crossing over osservati, DCO = 8 cc = coeff. di coincidenza = DCO/DCA = 0.67 I = interferenza = 1 – cc = 0.33

29. Incrocio a tre punti

32. Macchie gemelle in Drosophila (Stern) In femmine y+ sn / y sn+

33. Macchie gemelle Frequenza troppo alta per essere dovute a doppia mutazione

34. Macchie gemelle

35. Crossing-over mitotico

36. Crossing-over mitotico

37. Associazione fra DNA e malattie (broad genome scans) pazienti controlli

38. Caccia ai geni-malattia attraverso studi di associazione: associazione con la schizofrenia bipolare Segurado et al. 2003, Am. J. Hum. Genet.

39. La caccia ai geni-malattia attraverso studi di associazione ha dato risultati poco esaltanti Diabete di tipo 2: Associazioni (confermate e non confermate) con regioni dei cromosomi 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 14, 15, 16, 17, 20, 21 e X Alzheimer: 1, 2, 5, 6, 9, 10, 12, 13, 14, 19, 20, 21 e X Cancro alla prostata: 1, 2, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 16, 17, 18, 19, 20, 22, X Eterogeneità genetica, problemi con le popolazioni

40. Se la popolazione è strutturata, e la malattia è tipica di un certo gruppo, si troverà associazione per tutte le regioni di DNA in cui i gruppi sono diversi pazienti controlli (prevalentemente europei) (prevalentemente non europei)

41. Effetti di geni multipli I principali 20 geni che hanno effetto sulla statura spiegano il 3% della varianza. Si stima che ci debbano essere circa 93000 geni per la statura. TCF7L2 Il rischio relativo di fratelli di affetti è 300%. A parte TCF7L2, i principali geni noti aumentano il rischio dello 0.5%. Si stima che ce ne debbano essere più di 600.

42. Una risorsa online: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/mapview/map_search.cgi?taxid=9606

43. Mappa del Cromosoma 21

44. Una risorsa online: http://www.ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/posters/chromosome/chooser.shtml

45. Mappa del Cromosoma 20

46. Mappa del Cromosoma Y

47. Scelta sessuale

48. Scelta sessuale Wedekind et al. Proc. Royal Soc. London 1995

49. Schema dell’esperimento 49 femmine, 44 maschi. Tipizzati per gli antigeni HLA-A, -B, e –DR I maschi indossano una T-shirt per due giorni Per ogni femmina, 3 frammenti di T-shirt da maschio simile , 3 da maschio il cui HLA è dissimile (294 test) Assegnati punteggi di intensità, piacevolezza e sex-appeal, da 0 a 10

50. Risultati ≠ ≈ ≠ ≈ 5 5 Piacevolezza P =0.040 Ricorda un partner P =0.038 Conclusioni Anche al giorno d’oggi, la scelta del partner è associata ad alleli di loci HLA, o di loci che occupano posizioni vicine sui cromosomi.

51. Meccanismo della ricombinazione (Modello di Holliday, rottura nella doppia elica) NB: nel libro è presentato il modello con rottura di elica singola Eteroduplex: appaiamento temporaneo di eliche non complementari