Individuazione ed analisi delle mutazioni · Mutazioni biochimiche Alterano la capacità di un...
Transcript of Individuazione ed analisi delle mutazioni · Mutazioni biochimiche Alterano la capacità di un...
Germinaletrasmessa attraverso
le generazioni
gamete1 individuo mutato
staminaleMolti individui
mutati
SomaticaEreditata solo dai
discendenti di una cellula
La mutazione è un cambiamentoereditabile del materiale genetico
L’utilità delle mutazioni
•per studiare il processo della mutazione inquanto tale
•per dissezionare geneticamente i processibiologici (isolare i geni coinvolti in un dato
processo biologico)
La genetica formale
La biologia molecolare
studia i geni dall’esterno
consente di dedurre lefunzioni selvatiche deigeni dall’analisi difenotipi mutanti
studia i geni a livello del DNA
verifica le ipotesi fattecon la genetica formalesul ruolo dei geni
Differenza tra genetica e biologia molecolare
I tipi di mutazioni
• mutazioni morfologiche
• mutazioni letali
• mutazioni condizionali
• mutazioni biochimiche
• mutazioni con perdita di funzione
• mutazioni con acquisto di funzione
Mutazioni morfologichealterano le caratteristiche esteriori di unorganismo come la forma, il colore, ledimensioni.
Mutazioni letalimutazioni in geni essenziali che provocano lamorte degli individui
Mutazioni condizionaliUn mutante condizionale presenta il fenotipo mutante
solo in un ambiente particolare (condizione restrittiva),mentre presenta il fenotipo selvatico in un ambiente
diverso (condizione permissiva)Mutanti temperatura-sensibili
Mutazioni biochimicheAlterano la capacità di un organismo di sintetizzare una
particolare molecola essenziale per la crescitaMutanti auxotrofi
incapaci di crescere su terreno minimoFacilmente identificabili nei microrganismi (E.coli) e lievito
mutazione nulla (con perdita di funzione) m
mutazione con parziale perdita di funzione m1
mutazione con acquisto di funzione M
Mutazioni con perditadi funzione
Mutazioni con acquisto di funzione
Ipomorfe o nulle
neomorfe
mutazione in avanti = cambiamento che porta un alleleverso una forma diversa da quella selvatica
reversione= cambiamento che ripristina il fenotiposelvatico
Mutazione e retromutazione
retromutazione o soppressione
stesso gene
sequenza originariaaltro gene o siti diversidello stesso gene separabili
transizioni = sostituzioni di unapurina con un’altra purina o di unapirimidina con un’altra pirimidina
transversioni = sostituzioni di unapurina con una pirimidina e viceversa
Mutazioni geniche (puntiformi)
Come si originano lemutazioni?
•Errori nella replicazione del DNA
•Cambiamenti chimici spontanei
•Elementi genetici trasponibili
Errori nelle replicazione del DNA
Ogni base può comparire con forme isomeriche diversechiamate tautomeri che differiscono rispetto alle posizionidegli atomi e dei legami atomici. Queste forme possonoformare appaiamenti illeggittimi (es. A-C)
Durante la replicazione del DNA appaiamenti erratipossono creare mutazioni per sostituzione di coppie dibasi
Gli elementi trasponibili o trasposoni sono sequenze che sispostano da un sito genomico ad un altro. Di conseguenzapossono causare mutazione nei siti in cui si inseriscono
In Drosophila alcuni trasposoni (P ed I) possono esseremobilizzati mediante opportuni incroci genetici.
I Trasposoni
Tasso di mutazione = numero delle mutazioni che siverificano in una certa unità di tempo
Frequenza di mutazione = frequenza con cui una specificamutazione compare in una popolazione di cellule o individui (lapopolazione può essere costituta da gameti o qualsiasi altrotipo cellulare)
L’ambiente induce specifiche mutazioni o le seleziona?Esempi: Biston betularia e resistenza agli antibiotici o ai
virus
Dannose, ma non sempreFonte di variabilita’ essenziale per l’evoluzione
Da Lamarck a Darwin….
La resistenza
Infezione di E. coli col fago T1 provoca la lisi della maggiorparte delle cellule. Solo le cellule che hanno acquisitoresistenza nei confronti del fago non vengono lisate.
La resistenza si acquisisce spontaneamente o è
indotta dall’esposizione al fago?
Esperimenti di Lederberg utilizzando il sistema del replica-plating (1952)
Batteri piastrati su terreno solidominimo addizionato di arginina formanocolonie. Si fa una replica suterreno minimo (non contenente arginina)e si paragonano le colonie con la piastramadre
Le colonie assenti sulla replicama presenti sulla piastra madre saranno imutanti arg-
Tecnica del replica plating
Se le mutazioni si fossero verificatedopo l’esposizione al fago ogni replica
sarebbe stata diversa quanto adistribuzione delle colonie resistenti
usare sistemi selettivi (tecniche realizzate perfacilitare l’isolamento di tipi mutanti desiderati dalresto degli individui)
elevare il tasso di mutazione con l’uso di mutageni
Le mutazioni sono rare pertanto occorre unastrategia per metterle in evidenza
HJ Muller nel 1928 costruì un particolaretipo di cromosoma X che consentiva dimettere in evidenza mutazioni letalirecessive spontanee ad esso legate.
Il cromosoma ClB contiene un’inversioneche sopprime il crossing over (C), unamutazione letale recessiva (l) e ilmarcatore fenotipico dominante Bar (B).
Inversione Cletale Bar
Il cromosoma ClB di Drosophila
Muller trovò una frequenza di mutazionespontanea di 1,5 per 1000 cromosomi. Peraumentare questa frequenza irradiò con i
raggi X (1000 roentgen) i maschi e trovò unafrequenza dell’ 1,7%
Relazione lineare tra la dose dei raggi X somministrata inDrosophila e la % di mutazioni letali recessive associate alsesso
I MUTAGENI
radiazioni ionizzanti (raggi cosmici. raggiX, raggi γ)
radiazioni ultraviolette
Mutageni chimici
analoghi delle basi (5-Bromouracile)
agenti che modificano le basi: agenti deaminanti (acidonitroso); agenti idrossilanti (idrossilammina); agentialchilanti (EMS, MMS).
agenti intercalanti (acridina orange, proflavina,bromuro di etidio)
Mutageni fisici
Incorporazione di analoghi delle basi
Il 5-Bromouracile è un analogo della Timina con un atomodi Bromo al posto di un CH3. Passa frequentemente allaforma enolica e si appaia con la Guanina
La 2-amminopurina è un analogo della Adenina. Siappaia con la Timina . Se è protonata si appaia conla Citosina
Gli agenti alchilanti (Etilmenansulfonato,Metilmentansulfonato e Nitrosoguanidina) modificano le basiaggiungendo gruppi alchilici
Nelle cellule ci sono sistemienzimatici che riparano i danni subiti
dal DNA
Alcune malattie sono attribuite adifetti di riparazione del DNA
L’enzima fotoliasi in presenza di luce ripara il danno
Riparazione dei dimeri di Timinacausata da raggi UV
Riparazione diretta
Riparazione per escissione
1. rottura di un legamefosforico (endonucleasi)
2. escissione di un trattodi DNA
3. sintesi riparativa(DNA polimerasi)
4. saldatura delleestremita ad opera diuna ligasi