Programma di Genetica (I)

Universita’ di Bari
Programma di Genetica (1)
1. Meccanismi citologici e molecolari della trasmissione dell’informazione
genetica
-
Ciclo cellulare e duplicazione del DNA
Aspetti genetici di mitosi e meiosi.
Cicli vitali degli organismi modello per l’analisi genetica.
Concetti di genotipo e fenotipo. Interazioni tra genotipo ed ambiente.
Mendelismo e la teoria cromosomica dell’ereditarietà.
Eccezioni ai principi dell’eredità mendeliana.
Estensioni dell’analisi mendeliana: linkage e analisi dell’aplotipo negli
alberi genealogici.
- Geni complementari, geni duplicati, geni letali.
- Cromosomi sessuali ed eredità legata al sesso.
- Associazione genica e mappe di ricombinazione. La funzione di mappa.
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Programma di Genetica (2)
2. Citogenetica
-
-
-
by GP&NA
Struttura del cromosoma eucariotico
Ciclo cellulare e duplicazione del DNA
Eucromatina ed eterocromatina
Colorazioni differenziali per l'identificazione dei cromosomi:
il cariotipo umano
La non disgiunzione
a. origine e conseguenze delle aneuploidie:
citogenetica degli aborti spontanei
b. origine e conseguenze delle mutazioni cromosomiche:
delezioni, duplicazioni, inversioni, traslocazioni
Le variazioni strutturali e numeriche nei tumori
Le colture cellulari
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Programma di Genetica (3)
3. Meccanismi che generano variabilità nei
procarioti e negli eucarioti
Esercitazioni numeriche
Laboratorio: allestimento di preparati per
l'analisi del cariotipo. Il cariotipo umano.
by GP&NA
Universita’ di Bari

Gli eventi biologici fondamentali sono, in genere,
considerati come “naturali ”

E’ “naturale” che il figlio di un uomo sia
un uomo, un cane derivi da un cane, una
pianta da un’altra pianta.
Ma uno scienziato non può considerare nulla
 come ovvio: ci sono leggi che regolano questi
eventi
e
queste
leggi
possono
essere
individuate.
by GP&NA
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Definire queste leggi è stato uno
degli
obiettivi
della
moderna
biologia.
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L’accumulo di conoscenze che ha portato a
formulare le leggi fondamentali della genetica è
dovuto all’aver prima definito un metodo
scientifico di approccio al problema
Noi siamo abituati all’idea che la scienza avanzi di
successo in successo, cioè che il progresso della scienza
sia un fenomeno lineare ed inevitabile come conseguenza
del “metodo scientifico”; è invece la applicazione
rigorosa di questo metodo che ne rende il cammino
tortuoso.
by GP&NA
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Le regole che governano il metodo scientifico sono:
Lo scienziato osserva un fenomeno naturale e decide di spiegarlo.
•
•
•
•
•
by GP&NA
In un primo tentativo utilizza le conoscenze disponibili per avanzare
una ipotesi che lo spieghi.
Dall’ipotesi trae alcune deduzioni.
Saggia sperimentalmente le deduzioni. Maggiore è il numero di
deduzioni formulate e che si dimostrano vere alla sperimentazione, più
probabile è che l’ipotesi sia vera.
Lo scienziato deve convincere che l’ipotesi avanzata per spiegare quel
fenomeno era adeguata.
Lo scienziato in questo lavoro di sperimentazione incontra altri
fenomeni sconosciuti ed adopererà lo stesso procedimento per
spiegare i nuovi fenomeni che diventeranno così intellegibili ed
organizzati in un corpo sempre più grande e complesso di conoscenze
scientifiche.
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 Questo metodo di lavoro spiega chiaramente
perchè il progresso delle conoscenze scientifiche non
è lineare
 Quello che ieri era dato come consolidato,
già acquisito può essere rimesso in discussione
o essere considerato come una conclusione
errata con il procedere delle conoscenze.
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Che cosa è la Genetica
 Compito:
chiarire le regole
ed i meccanismi
dell’eredità biologica.
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Che cosa è la Genetica
 Nella prima parte del secolo scorso
sono
state
definiti
gli
elementi
fondamentali della ereditarietà, le sue
basi
cellulari,
i
meccanismi
di
distribuzione del
materiale genetico
durante la divisione cellulare:
Genetica classica
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Che cosa è la Genetica
 Le basi biochimiche del materiale
ereditario, la sua struttura molecolare e le
modalità di azione all’interno della cellula e
nell’organismo intero sono state definite
dalla:
Genetica molecolare
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Che cosa è la Genetica
 Oggi, uno degli obiettivi prioritari è la
comprensione dei meccanismi mediante i
quali
le
informazioni
contenute
nel
materiale genetico portano, partendo da
una singola cellula, originare un organismo
altamente differenziato da un
punto di
vista morfologico, fisiologico.
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Il ciclo cellulare
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
Le cellule si riproducono solo quando ricevono
degli
stimoli
dall’ambiente
circostante;
la
progressione attraverso le 4 fasi del ciclo cellulare
G1, S, G2, M
e’ molto finemente regolata dall’equilibrio tra una
serie complessa di segnali stimolatori o inibitori.
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MECCANISMI DI CONTROLLO DEL CICLO CELLULARE

Controllo in Mitosi
- Controllo assemblaggio
del fuso
- Controllo Anafase
Controllo in G2
Controllo in G1


M
-Il DNA danneggiato
non completamente
G2
replicato non deve andare incontro
alla mitosi
-Controllo che le origini di replicazione
vengano accese una sola volta
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RB
p53
inibitori ciclina-chinasi
G1
S
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mitosi
metafase
anafase iniziale
prometafase
tarda anafase
tarda profase
telofase
profase iniziale
interfase
nucleolo
centrioli
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membrana
nucleare
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Durata degli stadi della mitosi (min)
organismo
topo (milza)
profase
metafase
anafase
telofase
21
13
5
4
30-60
2-10
3-7
2-10
102
13
9
57
embrioni riccio di
mare
19
17
12
18
cipolla (apici radicali)
71
6,5
2,4
3,8
pisello (apici radicali)
78
14,4
4,2
13,2
pollo (culture cellule
mesenchimali)
cavalletta neuroblasti
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interfase
diacinesi
meiosi
leptotene
zigotene
metafase I
pachitene
diplotene
anafase I
telofase I
telofase I
metafase II
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anafase II
gameti
metafase II
anafase II
gameti
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Punti di controllo della meiosi
1. inizio della replicazione: l’arresto avviene alla fine
della replicazione, prima della sinapsi e ricombinazione
2. pachitene: impedisce alla cellula di iniziare la divisione,
se sinapsi e ricombinazione non sono completate
3. alla metafase I: se i cromosomi non sono tutti ben
disposti sul fuso meiotico o un cromosoma non è
allineato o non è in tensione, un segnale blocca il
passaggio da metafase ad anafase.
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Quadro riassuntivo delle differenze tra mitosi e meiosi
mitosi
meiosi
2 cellule figlie
4 prodotti
meiotici
numero dei
cromosomi per
2 n
cellula mantenuto
2n
numero dei
cromosomi
dimezzato 2n
2n
Sintesi del
4
DNA prima della
divisione
Sintesi del DNA
4
prima delle 2
divisioni meiotiche
2
2
1
1
3
by GP&NA
n
n
n
n
n
n
3
G1
S
G2
M
G1
S
M1
M2
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Quadro riassuntivo delle differenze tra mitosi e meiosi
Mitosi
Gli omologhi non si
appaiano
Il crossing over e’ raro
I centromeri si dividono in anafase
Processo conservativo: le cellule figlie sono
identiche alle parentali
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Meiosi
Gli omologhi si
appaiano in profase I
Si verifica almeno un
crossing over per coppia
di omologhi
I centromeri si
dividono solo
in anafase II
Il processo promuove la variabilita’tra i prodotti
della divisione cellulare
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Genotipo e fenotipo
 Nel 1909 Johansen introdusse la distinzione fenotipo-genotipo.
 Il genotipo di un organismo è la costituzione genetica che ha
ereditato.
 Il fenotipo di un organismo è quello che appare, la sua morfologia,
fisiologia, comportamento.
Le relazioni tra genotipo e fenotipo non sono fisse perché il fenotipo
è il risultato di complesse interazioni sia tra i geni che tra questi e
l’ambiente esterno.
Ne consegue che un organismo durante la sua vita
mantiene costante il genotipo, mentre il fenotipo può
cambiare.
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cm
90
70
50
30
Variazioni delle
dimensioni di
Achillea borealis
raccolte in varie
località
geografiche
10
70
cm
50
30
10
Mather
4000
Aspen Yosemite Tenaya Toulomne Big Horn Timberline Conway Leevinin
Valley
Creek
Lake Meadows
Lake
Summit
m
2600
1300
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Sierra Nevada
Great Basin Plateau
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Crescita di Achillea lanulosa in funzione del biotopo
50cm
Ambiente di
Timberline 3050m
100cm
Ambiente di
Mather 1400m
50
100cm
Ambiente di
Stanford 30m
50
Aspen valley 1950m
Tenaya lake 2500m
Mather 1400m
Le piante dei tre biotopi sono state riprodotte vegetativamente e fatte crescere
in tre biotopi diversi. Le piante rappresentate una sopra l’altra derivano per talea
dalla stessa pianta e quindi sono geneticamente identiche.
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Grafico della crescita di Achillea lanulosa
Altezza delle
piante
Altitudine
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Rappresentazione grafica della crescita delle 7 piante precedenti nei tre
biotopi diversi
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Dimensionidell'occhio
in funzione della
temperatura, relative
al tipo selvatico e ai
mutanti Infrabar ed
Ultrabar di D.
melanogaster
Numero di
ommatidi
Temperatura C0
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Interazione tra geni ed ambiente nello sviluppo di un
organismo
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I geni determinano le
norme di reazione; la
realizzazione di queste
dipende
dall’interazione
con l’ambiente in cui i geni
svolgono le loro funzioni
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Fenocopie
Imitazioni, condizionate dall’ambiente e non ereditarie, di fenotipi
che possono essere determinati dal genotipo.
agente
età del
trattamento
35°C / 4 hr
35°C
40°C
40°C / 35 min
Etere / 10 min
6-azatimidina
aminobarbitolo
blastoderma
1-2 hr AEL
1-3 hr AEL
pupe
1-4 hr AEL
pappa larve
pupe
organismo: Drosophila melanogaster
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mutante
fenocopiato
bithorax
bithoraxoid
tetraptera
peli ed ali
BX-C
black
ommatidi
irregolari
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Agenti che correggono il fenotipo mutante
Agente
metodo
effetto
6-azauridina
6-azacitidina
acetamide
citosina, uracile
metilurea
-alanina
Fluorouracile
pappa larve
pappa larve
pappa larve
pappa larve
pappa larve
iniezione larve
pappa larve
dumpy
black
Bar
Bar
forked
black
Antp
organismo: Drosophila melanogaster
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