La GENETICA DI POPOLAZIONI studia con modelli matematici, a livello di gruppi di individui, la...

La GENETICA DI POPOLAZIONI

studia con modelli matematici, a livello di gruppi di individui,

la

variabilità genetica

che è l’unico tipo di variabilità rilevante per l’evoluzione

La variabilità genetica può essere studiata a diversi livelli:

•tra sezioni diverse, ma omologhe, dello stesso genoma

•tra i due genomi aploidi di una cellula somatica

•tra cellule somatiche di uno stesso individuo

•tra gameti di un individuo

•tra gameti di individui diversi della stessa popolazione (variabilità genetica INTRA-popolazione)

•tra gameti di individui di popolazioni diverse della stessa specie

(variabilità genetica INTER-popolazioni)•tra gameti di individui di popolazioni diverse che appartengono a specie differenti (variabilità genetica INTER-specie o

filogenetica)

La variabilità genetica può essere di estensione e

natura differente:

estensione

da una singola coppia di basi a un intero gene, a regioni

multigeniche, fino a segmenti di cromosoma visibili al

microscopio ottico o addirittura a interi cromosomi.

natura

sostituzioni, delezioni, inserzioni, trasposizioni,

traslocazioni, duplicazione di interi geni (variabilità del

numero di geni) o di “motifs” più o meno lunghi disposti

in tandem.

La variabilità genetica può essere osservata a diversi livelli:

• morfologico macroscopico o microscopico

Striatura e colore delle conchiglie della chiocciola Cepaea nemoralis(a) Striata gialla; (b) non striata rosa



• funzionale (ad esempio daltonismo)




• di proprietà cinetiche di enzimi





• di comportamento elettroforetico o cromatografico di molecole proteiche





• di comportamento elettroforetico o cromatografico di molecole

proteiche

•direttamente sul materiale genetico (sequenza di basi o analisi citogenetica)

La variabilità genetica può essere analizzata con differenti tecniche, alcune di queste sono:

• sierologiche (es. agglutinazione dei globuli rossi)



•elettroforesi di proteine




•analisi dell’attività enzimatica





•analisi di frammenti di DNA

sondao probe

Analisi di un polimorfismo dei frammenti di restrizione o Restriction Fragment Length Polymorphism (RFLP)

BamHI*BamHI BamHIDNAgenomi

co

7.0 kb

2.4kb 4.6kb

Analisi di un polimorfismo dei frammenti di restrizione o Restriction Fragment Length Polymorphism (RFLP)

soggetti1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

elettroforesi

digestioneDNA genomico

conBamHI

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112131415M

-

+

Southern blotting

Elettroforesi su gel di agarosio

4.0 kb

5.0 kb

6.0 kb7.0 kb

2.0 kb

3.0 kb

tampone di trasferimento

Southern blotting

peso da circa 500 g

gel di agarosio

piastra di vetro

membrana di nylon(filtro)

carta assorbente

carta assorbente

supporto

autoradiografia

Ibridazione

1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415M

membrana di nylon(filtro)

esposizione del filtrosu lastra autoradiografica

1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415M

incubazione del filtrocon sonda marcata

lavaggio del filtro

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112131415M

4.6 kb

2.4 kb

autoradiografia

2.0 kb

3.0 kb

4.0 kb

5.0 kb

6.0 kb7.0 kb

BamHI*DNA

genomico

primer forward

primer reverse

Analisi di un polimorfismo per presenza / assenza di un sito di restrizione mediante Polymerase Chain Reaction (PCR)

1.1kb

0.4kb 0.7kb

elettroforesi

digestioneprodotto della PCR

conBamHI

soggetti

2

1

3

4

5

6

9

8

10

7

11 12

13 14

15

soggetti

2

1

3

4

5

6

9

8

10

7

11 12

13 14

15

PCR

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 M

0.7 kb

0.4 kb0.35 kb

0.50 kb

0.75 kb

1.25 kb

1.1 kb





•analisi di frammenti di DNA

•sequenza del DNA

G A T C

GGCCGATAACGTCGGTAATG

GGCCGAGAACGTC

G/TGTAATG

G A T C

S+ S-

Coppia di geni in una cellula di un organismo

diploide

S+ S-Gameti

segregazione allelica in una coppia di gameti

I gameti a loro volta si accoppieranno per dare origine agli individui della generazione successiva.

S+

Gam

eti

Zigote omozigote +/+

S+

S+

S-

S-

S-

S+

S+ S+

S+S

+

S-

S+ S

-

S- S

+

S +

S +

1 2 3 4

0.7 kb

0.4 kb

1.1 kb

5

Soggetto 4

S-

Gam

eti

S-

S+

S-

S-

S-

S+

S+ S+

S+S

+

S-

S+ S

-

S- S

+

S +

S +

Zigote omozigote -/-

1 2 3 4

0.7 kb

0.4 kb

1.1 kb

5

Soggetti 1 e 3

S+

S-

S-

S-

S+

S+ S+

S+S

+

S-

S+ S

-

S- S

+

S +

S +

S+ S-

Gam

eti

Zigote eterozigote

1 2 3 4

0.7 kb

0.4 kb

1.1 kb

5

Soggetti 2 e 5

Gli alleli a un locus possono essere anche tre, quattro, …, n.

Se indichiamo con n il numero degli alleli di un determinato locus i genotipi possibili di quel locus saranno

!1!

!12

1

nn

nn

I genotipi possibili nel caso di due alleli, per esempio S+ e S-, saranno quindi

S+/S+ S+/S- S-/S- (oppure +/+, +/-, -/-)

2

1n !21!2

!1

nn

3!212!2

!12

GENOTIPO

+/+ +/- -/- totale

Numero di individui 16 28 20 64

Numero di alleli + 32 28 0 60Numero di alleli - 0 28 40 68

Somma degli alleli + e - 32 56 40 128

GENOTIPO

+/+ +/- -/- totale

Elaborazione dei dati raccolti in un campione analizzato per il polimorfismo presenza / assenza del sito di restrizione

BamHI

GENOTIPO

+/+ +/- -/- totale


GENOTIPO

+/+ +/- -/- totale


Numero di alleli + 32 28 0 60

GENOTIPO

+/+ +/- -/- totale



Frequenze alleliche

epopolazion nella alleli degli totale numeroepopolazion nella tipo dato un di alleli degli numero

p

GENOTIPO

+/+ +/- -/- totale




GENOTIPO

+/+ +/- -/- totale


BamHI

Frequenza allelica di - = 68/128 = 0.531Frequenza allelica di + = 60/128 = 0.469

Un gene si definisce polimorfico quando il suo allele più comune ha una frequenza

Viceversa un gene monomorfico è un gene che non è polimorfico.

0,95p

e il gene più comune ha una frequenza

0,95p

L’errore della stima di una frequenza può essere calcolata nel modo seguente

N

ppe.s.

21

dove p è la stima della frequenza.

IMPORTANTEQuesta formula è valida solo se tutti i genotipi sono fenotipicamente visibili

NON può essere applicata in caso di alleli recessivi

GENOTIPO

+/+ +/- -/- totale




GENOTIPO

+/+ +/- -/- totale


BamHI

Frequenza allelica di - = 68/128 = 0.531Frequenza allelica di + = 60/128 = 0.469

044.0

128249.0

6420.469-10.469

di freq. della standard errore

044.0

128249.0

6420.531-10.531

- freq. della standard errore

0.44 0.44

6 alleli al locus V n = 6

2

1n !21!2

!1

nn

21

!216!2!16

AB

C

cam

po e

lettricoalle

li

Elettroforesi dell’enzima PhosphoGlicolato Phosphatase (PGP)

6

!213!2!13

GENOTIPO

A/A B/A C/A B/B C/B C/C totale

Numero di individui 25 36 15 10 10 1 97

± 0.034± 0.025

GENOTIPO



Numero di alleli A 50 36 15 0 0 0 101

GENOTIPO



Numero di alleli A 50 36 15 0 0 0 101Numero di alleli B 0 36 0 20 10 0 66

GENOTIPO



Numero di alleli A 50 36 15 0 0 0 101Numero di alleli B 0 36 0 20 10 0 66Numero di alleli C 0 0 15 0 10 2 27

GENOTIPO




Somma degli alleli A, B e C 50 72 30 20 20 2 194

GENOTIPO





Frequenza allelica di A = 101/194 = 0.521

GENOTIPO





Frequenza allelica di A = 101/194 = 0.521Frequenza allelica di B = 66/194 = 0.340

GENOTIPO





Frequenza allelica di A = 101/194 = 0.521Frequenza allelica di B = 66/194 = 0.340 Frequenza allelica di C = 27/194 = 0.139

0.036

1940.250

9720.521-10.521

A di freq. della standard errore

± 0.036

0.034

1940.224

9720.340-10.340


0.025

1940.120

9720.139-10.139


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