Richiami di Genetica: meccanismi di variabilità genetica e poliploidia

Meccanismi che Creano Variabilità Genetica

Trasposizione Variabilità Geneica Mutazione Ricombinazione

Mutazioni

Mutante dwarf (nano) di mais.

Mutazioni Geniche

Tipo di mutazione Tipo di sostituzione nucleotidica Transizione AHG CHT Transversione AHC GHC AHT GHT Mutazioni puntiformi: transizioni e transversioni.

Mutazioni Frameshift

Mutazione frameshift per inserzione determinante una tripletta non-senso AUGAAGUUUGGCUAA mRNA Proteina Met Lys Phe Gly Stop A UG UAAGUUUGGCUA Met Stop Esempi di mutazioni frameshift per inserzione e delezione determinanti una tripletta non-senso.

Mutazione frameshift per delezione determinante una tripletta mis-senso mRNA Proteina AUGAAGUUUGGCUAA Met Lys Phe Gly Stop ... AUGAAGUUGGCUAA Met Lys Leu Ala ... Esempi di mutazioni frameshift per inserzione e delezione determinanti una tripletta mis-senso.

Mutazioni Puntiformi

Mutazione puntiforme: sostituzione stesso-senso AUGAAGUUUGGCUAA mRNA Proteina Met Lys Phe Gly Stop AUGA A GU U U G G G U AA Met Lys Phe Gly Stop Esempi di sostituzione nucleotidica: mutazione silente o stesso-senso.

Mutazione puntiforme: sostituzione stesso-senso mRNA Proteina AUGAAGUUUGGCUAA - Met Lys Phe Gly Stop AUGA A GU U U G G G U AA Met Lys Phe Gly Stop Esempi di sostituzione nucleotidica: mutazione stesso-senso.

Mutazione puntiforme: sostituzione mis-senso mRNA Proteina A UGAAGUUUGGCUAA Met Lys Phe Gly Stop AUGAAGUUU A GCUAA Met Lys Phe Ser Stop Esempi di sostituzione nucleotidica: mutazione non-senso.

Mutazione Spontanea e Mutazione Indotta

Br -H Br 0- O 1 11 N-H . .. N H-N O O. ..... H-N. H 5-bromouracile Adenina 5-bromouracile Guanina H NH2 HO-N ······· H-N Idrossilammina N N -H ....... N O O Citosina N-4-idrossicitosina (C*) Adenina H3C-CH2 O Etilmetan sulfonato O CH3 NH Z H- N-H N-H ····· O H H Guanina O-6-etilguanina (G*) Timina NH2 O ....... H-N Acido nitroso N H- · N O O Citosina Uracile Adenina NH2 /H O .... H-N. Acido nitroso N-H ....... N O Adenina Ipoxantina Citosina Agenti mutageni.

H 1 O ....... H-N

Tipi di Mutageni e Loro Effetto

Tipo di mutageni Effetto sulla struttura del DNA Mutageni chimici Acido nitroso Deamminazione delle basi azotate Idrossilammina Idrossilazione della citosina Etilmetansulfonato Agente alchilante Proflavina Agente intercalante 5-Bromouracile Analogo delle basi 2-Amminopurina Analogo delle basi Mutageni fisici Raggi UV Inducono la formazione di dimeri di timina sullo stesso filamento di DNA Raggi X Causano delezioni di basi, rotture di singoli filamenti di DNA e di cromosomi Elenco degli agenti mutageni chimici e fisici e del loro effetto sulla struttura del DNA.

Analisi Genetica di Mutanti: Saggio di Complementazione

Gene C (Enzima C) Gene P (Enzima P) Precursore incolore × Prodotto intermedio incolore Prodotto finale pigmentato Gene c Gene p Ipotetica catena metabolica cke dal precursore incolore conduce al prodotto finale pigmentato attraverso un prodotto intermedio incolore.

Mutazioni Cromosomiche

Variazioni della Struttura Cromosomica: Deficienze e Delezioni

A b DE f A bcEf A b c D Cromosoma originale Cromosoma con delezione Cromosoma con deficienza A B Frammenti acentrici D D A b cOE f A bc D Ef E f A bc Ef A bc D E f Tipi di appaiamento cromosomico Appaiamento di cromosomi omologhi eterozigoti per una delezione (A) ed una deficienza (B): nel primo caso il cromosoma normale forma un'ansa in corrispondenza del segmento mancante sull'altro cromosoma, nel secondo caso il cromosoma mutato risulta più corto.

Variazioni della Struttura Cromosomica: Duplicazioni

A Ab cd Ef g hiL M Cromosoma originale B C Ab cd Ef Ef g hiL M Ab cd Ef fE g hiL M Duplicazione in tandem diretto Duplicazione in tandem invertito D E Ab cd Ef g hiL Ef M nO P QrEf S Tu V Duplicazione intracromosomica Duplicazione intercromosomica Tipi di duplicazioni: (A) cromosoma originale; (B) duplicazione in tandem diretto; (C) duplicazione in tandem invertito; (D) duplicazione intracromosomica; (E) duplicazione intercromosomica.

Ab cd Ef g hiL M Ab cd Ef g hiL M Ab cd Ef g hiL M S A b cd Ef Ef g hiL M h Ab cd g hiL M Ab cd Ef g hiL M Figura 7.12 Meccanismo di crossing-over ineguale: uno dei cromosomi interessati dallo scambio presenta una delezione e l'altro una duplicazione.7.5

16A Normale Mutante bar eterozigote Doppio bar eterozigote Mutante bar omozigote Doppio bar omozigote Mutante bar di Drosophila e wildtype

Variazioni della Struttura Cromosomica: Inversioni

ABCD 5' 3' 3' 5' 5'D CBA 3' 5 3' 3' 5' 3' 5' Inversione cromosomica basata sullo scambio di segmenti corrispondenti dei filamenti di DNA.

A ABCD EFGH ABCGFE DH B ABCD E FG H ABCD GFEH Esempi di inversione pericentrica (A) e di inversione paracentrica (B).7.5

A ABC DEFGH ABC DEFGH B ABC DEFGH ABC E DI FGH C ABC EDFGH ABC EDFGH Esempi di inversione eterozigote e omozigote: • coppia di cromosomi omologhi (A), inversione eterozigote (B) • inversione omozigote (C).

A f g h e a b c j k b C d i l h g f B h e f g e h d d i i k a C 1 1 m j 1 m a b c k Configurazioni di appaiamento meiotico dei cromomeri (o dei geni) tra omologhi in caso di eterozigoti per: • inversione breve (A) • inversion lunga (B). va j k e a b d

Variazioni della Struttura Cromosomica: Traslocazioni

Cromosomi originali A BCDEFG H O IJKMNO A A BCDENO FG O H IJ KM O B A BCDKMNO O H IJEFG C A BCDHIJ KMNOEFG D A BEFCDG O H O I JNOKM E A BCDE O H IJFGKMNO O Tipi di ristrutturazioni cromosomiche che si verificano in seguito a cambiamenti di posizione di uno o più segmenti.

A 2 B 1 Esempi di fusione centrica di tipo Robertsoniano: (A) interscambio tra due cromosomi acrocentrici con formazione di un grande cromosoma dicentrico e di un frammento acentrico; (B) interscambio tra due cromosomi acrocentrici con formazione di due cromosomi eucentrici di dimensioni molto diversificate.

1 Effetti della tralocazione reciproca sull'appaiamento omologo in pachitene: configurazione cromosomica a croce.

A ( B A Configurazioni metafasiche più comuni: (A) tetravalente in pachitene con chiasmi in tutte e quattro le estremità e relativa configurazione a doppio anello in metafase I; (B) tetravalente in pachitene con chiasmi in tre delle quattro estremità e relativa configurazione a catena metafase I.

1 A 2 A A 1 3 C 3 B 4 C D D A B C 3 A C 2 1 A A B B B D B A D B A D C B c 1 4 3 4 3 C 4 Segregazione adiacente | Segregazione adiacente II Segregazione alternata Tipi di segregazione osservabili con una traslocazione eterozigote: (A) una forma di segregazione adiacente in cui i centromeri omologhi vanno ai poli opposti durante l'anafase, producendo gameti aneuploidi; (B) un' altra forma di segregazione adiacente in cui i centromeri omologhi vanno verso lo stesso polo durante l'anafase, producendo gameti aneuploidi; (C) segregazione alternata mediante la quale i centromeri omologhi migrano verso i poli opposti durante l'anafase, producendo gameti euploidi (da: D.P. Snustad e M.J. Simmons 1997, modificata). 2 - B B C A 2 4 C D 2 D C

Tipi Particolari di Ristrutturazioni Cromosomiche: Ciclo Rottura-Fusione-Ponte

ABCDEF ABCDE F ABC DE F C C B D A F F B C D D C E B A F A B F A B C D E F A E Fasi salienti del ciclo rottura-fusione-ponte. 2

A B C D Comportamento di un cromosoma dicentrico durante l'anafase mitotica da cui prende inizio il ciclo rottura-fusione-ponte di tipo cromosomico: (A) cromosoma dicentrico prima della replicazione. Migrazione ai poli opposti dei centromeri dei cromatidi dicentrici e formazione di vari tipi di ponte cromosomico: (B) parallelo; (C) incrociato; (D) intrecciato

Mutazioni del Cariotipo Umano

X Y Cromosomi sessuali umani fotografati al microscopio elettronico.

Gruppo Cromosomi Dimensione Posizione del centromero A 1-3 molto grande mediana B 4-5 grande submediana C 6-12 e X media submediana D 13-15 media acrocentrica E 16-18 piccola mediana o submediana F 19-20 piccola mediana G 21-22 e Y molto piccola terminale Tabella 7.3 Classificazione dei cromosomi umani secondo la dimensione e la posizione del centromero.

Cromosoma X Cromosoma Y 22.33 22.32 22.31 22.2 22.13 22.12 11.32 22.11 11.31 11.2 p 11.1 21.1 11.1 11.4 11.22 11.3 11.23 11.23 q 11.22 11.21 12 11.1 11.1 11.2 13.1 13.2 13.3 21.1 21.2 21.31 21.32 21.33 q 22.1 22.2 22.3 Omologie: 23 24 Xq/Yq autosomiche 26.1 26.2 26.3 Xp/Yq 27.1 Xq/Yp 27.2 27.3 28 Regioni eterocromatiche Struttura e omologia dei cromosomi sessuali umani X ed Y. 25 Xp/Yp 7 Regioni pseudo- p 21.3 21.2 11.21

Aneuploidie Umane

Cariotipo Nome Autosomi 2n=2x+1, 21 Sindrome di Down 2n=2x+1, 18 Sindrome di Edward 2n=2x+1, 13 Sindrome di Patau Cromosomi sessuali 2n=2x-1, XO Sindrome di Turner 2n=2x+1, XXY Sindrome di Klinefelter 2n=2x+1, XXX Sindrome del Triplo-X Aneuploidie più diffuse nell'uomo.