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Mutazioni somatiche e germinali
Carla Jodice Corso di Laurea in Scienze Biologiche – Genetica – Mutazioni cromosomiche
mutazione somatica
mutazione germinale
settore mutante
settore mutante
comunque progenie normale
progenie normale
progenie mutante
1
Cambiamenti nel numero dei cromosomi
EUPLOIDIA = presenza di assetti completi di «corredo cromosomico di base» (genomi)
1 corredo cromosomico di base APLOIDE
2 corredi cromosomici di base DIPLOIDE
condizioni piĂą comuni
aploide diploide
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Cambiamenti nel numero dei cromosomi
EUPLOIDIA ABERRANTE = numero di assetti completi di «corredo cromosomico di base» differente dal normale
per un organismo normalmente diploide
monoploide triploide tetraploide… e così via
talvolta fisiologico come nei maschi di api, vespe, formiche, che producono i gameti per mitosi
poliploidi
molto comune nelle piante e rara negli animali
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Cambiamenti nel numero dei cromosomi
nelle piante spesso il livello di poliploidia è correlato alla dimensione dell’organismo
4n 8n2n
stoma
uva diploide uva tetraploide
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Cambiamenti nel numero dei cromosomi
cellula triploide
cellula tetraploide(autopoliploide)
cellula monoploide
cellula diploidegameti (o spore) aploidi n
quasi sempre steriligameti (o spore) anfidiploidi 2n + 2n’
cellula tetraploide(allotetraploide)
gameti (o spore) diploidi 2n
gameti prodotti per mitosi
gameti (spore) anfidiploidi n + n’
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DUPLICAZIONE(interfase)
2n cromosomi duplicati 4n cromatidi
BLOCCO DELLA MITOSI
4n cromosomi duplicati
Il blocco di una mitosi di una cellula diploide da origine a cellule tetraploidi
Il blocco di k mitosi da origine a cellule con 2k+1n cromosomi
Se c’è un blocco nella prima mitosi di uno zigote,lo zigote e l’organismo che ne deriva diventano tetraploidi
Origine di mutazioni numeriche: autopoliploidie
A. In mitosi
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Blocco di una delle due divisioni meiotiche
ZIGOTE 3n
Fecondazione multipla
Origine di mutazioni numeriche: autopoliploidie
B. In meiosi e fecondazione
Gamete non
ridotto
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Fecondazione interspecifica, fra specie diverse ma compatibili, con sviluppo dell’ibrido
MEIOSI ABORTIVE, STERILITA’
Zigote anfidiploide ibrido, vitale
Individuo anfidiploide ibrido, vitale ma sterile
Successive divisioni mitotiche, differenziamento
I cromosomi non sono a 2 a 2 omologhi: in 1° divisione meio-tica non riescono ad appaiarsi e segregano casualmente
Di conseguenza i gameti sono sbilan-ciati geneticamente, quindi sterili
ALLOPOLIPLOIDIA: gli ibridi anfidiploidi
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Salto di una mitosi nella linea germinale
Meiocita allotetraploide
Fecondazione fra gameti anfidiploidi
ZIGOTE ALLOTETRAPLOIDE
INDIVIDUO ALLOTETRAPLOIDE
FECONDO
1° divisione meiotica normale
Cellula anfidiploide
Origine di individui allopoliploidi
gamete anfidiploide2° divisione meiotica normale
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10
Mutazioni numeriche aneuploidi
Gamete (spora) aploide (n)Cellula diploide (2n)
Cellula trisomica (2n+1)
Cellula monosomica (2n-1)
Cellula tetrasomica (2n+2)
Cellula nullisomica (2n-2)
Cellula con aneuploidia multipla
Gamete (spora) disomico (n+1)
Gamete (spora) nullisomico (n-1)
Gamete (spora) trisomico (n+2)Carla Jodice Corso di Laurea in Scienze Biologiche – Genetica – Mutazioni cromosomiche
Gamete (spora) con aneuploidia multipla
Origine di mutazioni numeriche 1:non disgiunzione, monosomie e trisomie
2n + 1
2n - 1
Il risultato di una non-disgiunzione alla mitosi è la comparsa di cellule
monosomiche e trisomiche
Non disgiunzione
Il risultato di una non-disgiunzione alla meiosi I è la comparsa di gameti nullisomici e disomici
Il risultato di una non-disgiunzione alla meiosi II è la comparsa di gameti nullisomici e disomici
Se i gameti nullisomici e disomici partecipano alla fecondazione con gameti aploidi normali, ne risultano zigoti monosomici e trisomici rispettivamente
Mitosi Meiosi I Meiosi II
Non disgiunzione
2(n + 1)
2(n – 1)
Non disgiunzione
n + 1
n – 1
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Non disgiunzione e aneuploidie dei cromosomi sessuali
Gameti Xw+ Y
Xw Xw XwXwXw+
LETALE
XwXwY
0 Xw+ sterile - Y
LETALE
P Xw Xw x Xw+ Y
Xw Xw+ Xw Y F1
Progenie normale
Xw XwY Xw+
Progenie eccezionale (1/2000)
Non disgiunzione in un oocita
aneuploidia XXY X0
drosofila
uomo
In drosofila il sesso è determinato dal rapporto numerico fra autosomi e cromosomi X
Nell’uomo il sesso è determinato dalla presenza/assenza del cromosoma Y
12Carla Jodice Corso di Laurea in Scienze Biologiche – Genetica – Mutazioni cromosomiche
XwXwXw+
LETALE
- YLETALE
13Carla Jodice Corso di Laurea in Scienze Biologiche – Genetica – Mutazioni cromosomiche
Aneuploidie nell’uomo
Mutazioni cromosomiche strutturali
Delezione terminale
Delezione interstizial
e
Duplicazione Anello
Dicentrico
Inversione paracentrica
Inversione pericentrica
+
Fissione centrica
Fusione centrica
Traslocazione reciproca
ab
cde
ab
cd
bd
c
ab
e
ab
cdde
ab
dce
adc
be
ab
cde
fghil
ab
cdhil
fge
+ab
cdgf
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Origine delle mutazioni cromosomiche strutturali 1: una rottura
A
B
C
A
B
ROTTURA
DELEZIONE TERMINALE (instabile)
SI PERDE IL FRAMMENTO ACENTRICO
C
A
B
A
B
SI POSSONO SALDARE LE ESTREMITA’ DI ROTTURA, DOPO LA REPLICAZIONE
DEL CROMOSOMA
A B B A
I 2 CROMATIDI FRATELLI, SALDATI RECIPROCAMENTE, NON SI POSSONO
SEPARARE IN ANAFASE…
… OPPURE SI ROMPONO.
15Carla Jodice Corso di Laurea in Scienze Biologiche – Genetica – Mutazioni cromosomiche
Origine delle mutazioni cromosomiche strutturali 2: crossing over ineguale
appaiamento
irregolare
crossing over ineguale
delezione interstiziale
(stabile)
duplicazione in tandem(stabile)
complementari
triplicazione in tandem (stabile)
cromosoma normale
16
A
B
C
A
B
C
A
B
C
A
B
C
A
B
B
C
A
C
A
B
B
C
A
B
B
C
appaiamento
irregolare
A
B
C
A
B
CB
B
A
B
B
B
C
A
B
C
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Su un’altra scala (di-, trinucleotidi) questo meccanismo può spiegare l’espansione dei
microsatelliti, alla base di gravi patologie umane
Origine delle mutazioni cromosomiche strutturali 3: due rotture su due bracci diversi dello stesso cromosoma
A
B
C
D
E
F
F
B E
A
C D
F
B E
AC D
SI PERDE
IL FRAMMENTO
ACENTRICO
ANELLO
(instabile)
B
C D
A
D
C
B
E
FINVERSIONE
PERICENTRICA
(stabile)
F
E
A
2 rotture
F
B E
AC D
17
Origine delle mutazioni cromosomiche strutturali 4:due rotture sullo stesso braccio dello stesso cromosoma
A
B
C
D
E
F
SI PERDE
IL FRAMMENTO
ACENTRICO
DELEZIONE
INTERSTIZIALE
(stabile)
A
B
D
C
E
F
INVERSIONE
PARACENTRICA
(stabile)
F
C E
D B
A
F
C E
D BA
C
D
F
E
B
A
F
C E
D
B
A
18
Origine delle mutazioni cromosomiche strutturali 5:due rotture su due cromosomi diversi
A
B
C
D
E
F
G
H
I
L
M
N
2 rotture
SI PERDE IL FRAMMENTOACENTRICO
A
B
C
M
N
G
H
I
L
D
E
F
CromosomaDicentrico(instabile)
TRASLOCAZIONE
RECIPROCA
STABILE
19
Origine delle mutazioni cromosomiche strutturali 6:riordinamenti al livello del centromero
2 rotture
SI PUO’ PERDERE IL CROMOSOMA PUNTIFORME
FISSIONE
CENTRICA
STABILE
A
B
C
D
E
F
A
B
C
D
E
F
FUSIONE
CENTRICA
STABILE
20
21
Comportamento in meiosi delle mutazioni cromosomiche (I divisione meiotica): Mutazioni sbilanciate
(duplicazioni e delezioni in eterozigosi, trisomie e monosomie)
A B B
A B B
A B
A B
A B
A BA
A
a b
a b
a b
a b
a b
a b
a b
a b
Un individuo eterozigote per una mutazione sbilanciata
produce metĂ gameti normali e metĂ gameti sbilanciati
GAMETI NORMALI 50%
GAMETI SBILANCIATI 50%
Con duplicazione Con delezione Disomico Nullisomico
ALTRI EFFETTI GENETICI:
•soppressione del crossing over entro la regione deleta;
•pseudodominanza (la delezione di un allele dominante consente l’espressione di un allele recessivo)
Eterozigote per
una duplicazione
Eterozigote per
una delezione
Trisomico Monosomico
Comportamento in meiosi delle mutazioni cromosomiche: inversioni paracentriche in eterozigosi
Il frammento acentrico si perde
Il cromatidio dicentricoè instabile: forma un ponte di cromatina che si rompe e si perde
I gameti con i prodotti del crossing over nella regione invertita (2 su 4) non sono vitali
anafase II
EFFETTI GENETICI:
soppressione dei prodotti del crossing over entro la regione invertita;
riduzione della feconditĂ .
A
BD
C
EB DC
AE
Crossing over all’internodell’ansa fra i geni B e C
A B C D E
A D C B E
E
B
D
C
E
A
B
C
D
A
fine
profase I
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Comportamento in meiosi delle mutazioni cromosomiche: inversioni pericentriche in eterozigosi
I gameti con i prodotti del crossing over nella regione invertita (2 su 4) sono sbilanciati, con delezioni e duplicazioni complementari; quindi non sono vitali o lo sono poco
anafase I
EFFETTI GENETICI:
soppressione dei prodotti del crossing over entro la regione invertita;
riduzione della feconditĂ .
A
BD
C
EB DC
AE
Crossing over all’internodell’ansa fra i geni B e C
anafase II
cromatidi sbilanciati
A B C D E
E B C D E
A D C B A
A D C B E
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A D C B E
A B C D E
E B C D EA D C B A
Comportamento in meiosi delle mutazioni cromosomiche:traslocazioni reciproche in eterozigosi
C
A B
C
D
D
E
F
A B
E
F
C
A B
C
D
D
E
F
A B
E
F
Anafase I Segragazioneadiacente: si formano
coppie di gameti sbilanciati con delezioni
e duplicazioni complementari
Segregazione alternata: si formano coppie di
gameti bilanciati: 2 con i cromosomi normali e
2 con i cromosomi traslocati
EFFETTI GENETICI:
• pseudoassociazione fra i geni dei cromosomi coinvolti;
• riduzione della fecondità .
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Comportamento in meiosi delle mutazioni cromosomiche: fusioni centriche in eterozigosi
A B C
A B C
A B C
A B C
A B C
A B C
Segregazione con non disgiunzione
secondaria: si formano coppie di gameti sbilanciati con
nullisomie e disomiecomplementari
Segregazione corretta: si formano coppie di
gameti bilanciati: 2 con i cromosomi normali e
2 con il cromosoma fuso
EFFETTI GENETICI:
• pseudoassociazione fra i geni dei cromosomi coinvolti;
• riduzione della fecondità .
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