Upload
tya
View
307
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
1/81
Variabilitatea genetica
1. Recombinarea genetica
2. Variatia (diversitatea) genetica
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
2/81
DEFINITIE: variabilitatea este
(1) tendinta caracteristicilor genetice individuale de
a fi diferite la nivel populational
(2) potentialul unui genotip de a se modifica,atunci cand este supus actiunii unor factori de
mediu sau genetici
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
3/81
Definitie Variabilitatea genetica var iatia genetica
(sau diversitateagenetica).
Daca variabilitatea descrie masura in care
un genotip sau fenotip (caracter) tinde sa
fie diferit (sa varieze), variatiagenetica
masoara numarul efectiv de modificari la
nivelul populatiilor.
Desi deseori folosite ca sinonime cele doua
notiuni difera.
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
4/81
DEFINITIE
Variatia genetica a unei populatii este masurata
prin gradul de polimorfism, respectiv
heterozigozitate
Variatia se refera la actualele diferente prezente
la indivizii unei populatii sau grup studiat si
poate fi direct observataca o colectie de
trasaturi/caracteristice.
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
5/81
DEFINITIE
Variabilitatea descrie potentialul sau
capacitateade a varia, de a fi diferit.
Comparativ cu variatia,variabilitateagenetica este mai dificil de masurat.
La nivel molecular, de ex. variabilitatea genetica poate fi
estimata prin determinarea ratei mutatii lor.
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
6/81
Definitie
Termenul VG poate fi utilizat pentru:
1. Observarea, descrierea, analizadiferentelor dintre genotipurile (Gt)
individuale (si implicit a fenotipurilor/
caracterelor) dintr-o populatie si
2. Evidentierea ratei (gradului) la care un
anumit genotip se poate schimba, ca
raspuns la actiunea unor factori de mediu
sau genetici.
Simplificand, variabilitatea studiaza
genotipurile la nivel de indivizi si populatii, iar
variatia studiaza genotipurile din interiorul
unei specii si comparativ intre specii.
Definirea conceptului de
variabilitate genetica
(VG) presupune
intelegerea urmatoarelor
doua specificari:
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
7/81
Semnificatia VG
Cu cat VG este mai mare,
cu atat este mai apta
populatia sa se adapteze
la modificarile mediului,
deci sa reziste la boli,modificari ale climei,
specii competitoare, etc.
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
8/81
Metodele de masurare a VG 1. POLIALELISMUL sporeste VG
2. Determinarea RATEI
MUTATIILOR indica in ce masura
(cat de repede /incet) se adapteza
un anumit genotip la stimulii
genetici sau din mediu.
O rata inalta a mutatiilor indica
faptul ca gena ar trebui sa fie
capabila sa raspunda rapid noilor
conditii, ceea ce este specific uneiVG mari.
3. Experimente de SELECTIE
ARTIFICIALA (raspunsul Gt la
modificarile artificiale ale mediului)
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
9/81
Surse de variabilitate Pentru ca selectia naturala sa poata actiona in
cadrul unei populatii, este nevoie ca indivizii ce o
alcatuiesc sa fie diferiti.
Variabilitatea la eucariote are urmatoarele 5
mecanisme posibile:
1. Aparitia mutatiilor
2. Diploidia 3. Reproducerea sexuata
4. Incrucisarile in afara speciei
5. Polimorfismele fenotipice echilibrate in populatia
studiata
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
10/81
Natura dovedeste calegendele isi au radacinile
in realitate.
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
11/81
Mutatiile asigura aparitia unor noi
variante alelice (polialelism sau
polimorfism genic).
Diploidia, adica prezenta celor doi
cromozomi omologi in celule, contribuiela pastrarea in genofond (= totalitatea
genelor unei populatii) a alelelor
recesive. In stare de heterozigotieaceste alele nu sunt supuse selectiei
naturale, raman ascunse si
depozitate pentru generatiile viitoare,
pentru descendenti.
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
12/81
Reproducerea sexuata creeaza indivizicu noi combinatii alelice. Aceste
rearanjamente (sau aceasta
recombinare genetica) isi au originea in3 evenimente, care au loc in timpul
reproducerii sexuate:
1. crossing-overul 2. asortarea independenta a omologilor
3. cuplarea intamplatoare a gametilor
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
13/81
Recombinarea intracromozomica
1. Crossing - overul sau schimbul de
fragmente egale de ADN intre
cromatidele nesurori ale cromozomilor
omologi din pahitenul si diplotenul
profazei meiozei reductionale/
heterotipice are drept urmare
modificarea continutului informational alcromozomilor recombinanti. Acesti
cromozomi nu vor mai aduce informatia
de la un singur ascendent/predecesor.
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
14/81
Recombinarea
intercromozomica
2. Asortarea independenta a omologilor in metafazaprimara creeaza celule fiice avand combinatii
intamplatoare de cromozomi materni si paterni
Dispunerea cromozomilor in placa metafazica va
influenta orientarea lor spre un pol sau celalalt al
celulei in anafaza primara.
Daca unii cromozomi vor fi de origine materna, altii
vor fi de origine paterna in ovocitele de ordin II si
spermatocitele de ordin II.
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
15/81
Prin asortarea independenta a cromozomilor se pot forma
223 tipuri de gameti, adica peste 8,4 milioane de gameti
diferiti, la fiecare dintre cele doua sexe.
Dupa fecundare pot rezulta teoretic 2
46
combinatii, valoarece depaseste de opt mii de ori populatia actuala a globului.
Aceste cifre sunt insa calculate pentru situatia in care
cromozomii se deosebesc prin alelele unei singure perechi
de gene, ceea ce nu corepunde realitatii!
In concluzie fiecare individ are o structura genica unica.
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
16/81
Recombinareagenomica 3. Combinarea intamplatoare a gametilor in
cursul fertilizarii contribuie la diversificarea
combinatiilor genice la nivelul zigotului.
Desi se considera ca fiind uneveniment in mare masurasupus intamplarii, nu totispermatozoizii au aceeasiviteza de deplasare (legat separe de forma lor).
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
17/81
Importanta recombinarii
1. mareste rata starii de heterozigotie
2. determina dinamica evolutiei biologice,
prin amplificarea diversitatii 3. determina o capacitate de adaptare
(raspuns) diferentiata a indivizilor lamodificarile factorilor de mediu (de ex.
medicamente) 4. intervine in realizarea tipului genetic
constitutional individual
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
18/81
Surse de variabilitate la eucariote :
1. Aparitia mutatiilor
2. Diploidia
3. Reproducerea sexuata
4. Incrucisarile in afara speciei
5. Polimorfismele fenotipice echilibrate
in populatia studiata
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
19/81
Incrucisari in afara speciei?.....
doar Sci-fi!
http://ehudadams.files.wordpress.com/2008/08/centaur.jpghttp://www.amazon.com/exec/obidos/ASIN/B000E8M0WO/shapeshiftere-207/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
20/81
Incrucisarile in afara speciei
Liger = hibrid intre un leu (Panthera
leo) si o tigroaica (Panthera tigris),
avand parinti apartinand aceluiasi
gen dar unorspecii diferite.
Este diferit de tiglon.Este cea mai mare felina cunoscuta.
Inoata precum tigrii si este sociabil
precum leii.
Exista doar in captivitate deoarecehabitatele speciilor parentale nu se
suprapun.
De observat, tipic ei cresc atat cat
sunt ambii parinti pusi la un loc.
http://en.wikipedia.org/wiki/Liger
http://en.wikipedia.org/wiki/Tiglonhttp://en.wikipedia.org/wiki/Tiglon7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
21/81
Polimorfismele fenotipiceechilibrate in populatia studiata
Deseori un singur fenotip asigura cea maibuna adaptare, in timp ce altele sunt maiputin avantajoase
In astfel de cazuri, frecventa alelelor
pentru caracterul avantajos va creste inpopulatie in detrimentul frecventeicelorlalte alele
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
22/81
Polimorfismele fenotipice
In general insa, in multe populatii seobserva coexistenta a doua sau maimulte fenotipuri diferite
Prezenta polimorfismelor in cadrulpopulatiilor se explica prin 3 mecanisme:
- heterosis (hibrizi vigurosi) - avantajul minoritatii
- avantajul heterozigotilor
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
23/81
Polimorfismele fenotipice
Heterosisul consta din selectarea prinhibridare a unor loci avantajosi desi heterozigoti ;de ex. porumbul va fi mai rezistent la imbolnaviri, urmare a reducerii locilorcu alele recesive homozigote, ce il predispun la boala.
Reproducerea sexuata prin recombinareagenomica asigura atat ereditatea (continuitatea,pastrarea genelor si respectiv caracterelor), cat sivariabilitatea. Descendentii indivizilor neinruditi vorprezenta o vitalitate sporita, calitati noi, o
adaptabilitate si o feritilitate crescute, datoritaheterozigotismului.
In cazul consanguinitatii, gradul de VG sereduce si apare o omogenizare genetica si respectivfenotipica (se reduce sau dispare heterozigotismul si crestehomozigotismul)
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
24/81
Polimorfismele fenotipice Avantajul minoritatii apare cand cel mai putin
obisnuit fenotip reprezinta un avantaj selectiv; deex., atunci cand o prada prezentand caracteristici rareori intalnite este evitata de
pradator, acesta avand o imagine de cautaresau reprezentare standard a
vanatului.
La om, de ex. in infectia cu HIV (virusulimunodeficientei umane) sunt prezente o serie
de specii virale mutante, care se dezvoltaindependent de restul populatiei virale si careeludeaza tratamentul antiviral; initial minoritareacestea pot deveni insa dominante servind dreptun rezervor de variabilitate si accelerand
instalarea rezistentei la terapie.
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
25/81
Polimorfismele fenotipice
Avantajul heterozigotilor apare atunci cand starea
de heterozigot acorda un avantaj selectiv
superior starii de homozigot, a.i toate cele 3
genotipuri si implicit fenotipurile pe care le
determina, se vor pastra in cadrul populatiei.
In cursul evolutiei de obicei la un moment dat aupredominat heterozigotii, adaptati mai bine
conditiilor de mediu.
Un exemplu la om este anemia falciforma.
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
26/81
In alcatuirea unei molecule de hemoglobina intra 4 lanturi de globina
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
27/81
Genele care codifica globina, in functie de perioada ontogenetica.
Lanturile de globina sunt codificate de un sistem poligenic:
unele gene sunt pe cromozomul 11, altele pe cromozomul 16
Hemoglobina
A este alcatuita
din lanturi
alpha si doua
lanturi beta de
globina
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
28/81
Paloare(anemie)
Bose frontale;
febra
Hepato- si
splenomegalie
(hemoliza)
DureriDureri
osoase
Edeme palmare si plantare;
Frotiu sanguin: hematii in
secera
Nu toti copii au
tabloul cliniccomplet
Substitutia punctiforma*
(A T) din codonul 6 alglobinei determina
inlocuirea acidului
glutamic cu valina.
* transversie: purina inlocuita cupirimidina
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
29/81
Electroforeza hemoglobinei unui heterozigot, a unei persoane cu anemiefalciforma si a uneia normale. Petele de culoare arata pozitiile in care au
migrat hemoglobinele in gelul de agaroza fata de punctul de origine
Care este
oare tipul de
transmitere aacestei boli?
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
30/81
MALARIA este cauzata de un parazit
(Plasmodium falciparum) unicelular,
care se transmite cu ajutorul unui
vector (femela tantarului Anopheles)
de la o persoana infectata la una
sanatoasa.
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
31/81
Hematii normale si una in forma de secera.
(dg.= drepanocitoza)
In conditii speciale, de
presiune scazuta a O2
celulele normale se
deformeaza dovedind
starea de heterozigot!
Parazitului
Plasmodium
falciparum
nu ii plac nici
eritrocitele
homozigotului/
persoanei bolnave
(SS) si nici cele ale
heterozigotului/
persoanei purtatoare
(AS).
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
32/81
deces
selectati
deces
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
33/81
In imaginea anterioara s-a putut observa cum inurma cu sute de ani mutatia producatoare de HbSs-a pastrat in cadrul populatiei umane.
In acel moment, starea de heterozigot eraavantajoasa, deoarece nu exista un tratament
pentru malarie. Astazi, populatiile cu risc crescut sunt consiliate, sa
efectueze analize prenuptiale in vederea cunoasteriiposibilei stari de heterozigozitate.
Daca sotii sunt heterozigoti se recomandadiagnosticul prenatal. Daca produsul de conceptiese dovedeste a fi homozigot pentru mutatiacauzatoare de anemie falciforma se discutaoptiunile reproductive (terminarea sau continuarea
sarcinii) cu cei doi soti.
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
34/81
Cele 3 boli eritrocitare s-au raspandit in populatia umana datorita malariei.
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
35/81
Variabilitatea
Transferul ADNului poate sa se faca siprin alte mecanisme, in afara de
reproducere sexuata, recombinare sianume prin:
- conjugarea bacteriana
- transductia dintre bacteriofagi si bacterii
- transformarea bacteriilor prin plasmide
- transfectia in culturi de celule eucariote
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
36/81
Recombinarea la bacterii
In 1946, Lederberg si Tatum au aratat cainformatia genetica poate fi schimbata/
transmisa de la o bacterie la alta sau dela o tulpina de bacterii la alta.
Aceasta ar corespunde unei asa numitesexualitati si ar conduce la
recombinarea materialului genetic laprocariote
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
37/81
Recombinarea la procariote
Bacteriile sunt avantajos de studiat caci:
o - sunt organisme haploide
o - au un timp de viata reduso - se multiplica rapid (timp redus per generatie)
o - organismele mutante pot fi usor identificate
Prin urmare, un numar aproape nelimitat
poate fi testat in scurt timp, ceea ce leface utile in studiul mutatiilor.
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
38/81
In 1952 Joshua si Esther Lederberg au folosit o stampila (replica)
acoperita cu catifea pentru a muta coloniile din culturile de origine pe:
1. mediu normal si respectiv
2. mediu cu antibiotic.
In al doilea caz au crescut doar coloniile rezistente la antibiotic.
1.2.
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
39/81
Experimentul identifica bacteriile mutante
Primul vas Petri contine colonia martor/normalaIn al doilea este cultura cu mediu mai putin nutritiv (= minimal), iar in
urmatoarele doua este mediu minimal imbogatit diferentiat.
Bacteriile care lipsesc in al doilea vas sunt fie deficitare in Thr, fie in Arg,
fapt dovedit de prezenta unora in al treilea si a altora in al patrulea vas
Petri, unde s-a adaugat cate unul din acesti aminoacizi.
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
40/81
Recombinarea la bacterii
In experimentul lor devenit clasic, Lederberg siTatum au folosit 2 tulpini bacteriene diferite,ambele auxotrofe (mutante, nu pot creste fara
anumite substante din mediul de cultura) Ce au observat? Cand se amesteca cele 2
tulpini, fara a adauga aminoacizi in mediul decultura, vor creste colonii.
Neasteptatul fenomen apare destul de rar(aprox.1 din 107 celule cultivate in Petri), dar afost evident datorita numarului mare de bacteriipuse pe placa.
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
41/81
Tulpina A necesita metionina si biotina, iar cea B treonina si leucina.
Apar insa colonii pe un mediu minimal, fara a.a., cand se cultiva impreuna
cele 2 tulpini.
Interpretare: a avut loc o recombinare intre tulpinile A si B.
Proprietatile genetice ale celulelor din tulpinile parentale s-au completat
reciproc (complementare genetica)
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
42/81
Recombinareala bacterii
Schimbul de material genetic intre bacterii
(CONJUGAREA) a fost evidentiat cu microscopul
optic.
Transferul de ADN bacterian decurge numai intr-unsingur sens: materialul cromozomial masculin este
introdus intr-o celula feminina
Bacteriile Escherichia coli difera in functie de
prezenta/absenta factorului de fertilitate F
Cand sunt mixate celule F+ si F-, se formeaza niste
perechi conjugale: un pil(us) sexual al bacteriei
masculine (F+) se ataseaza la suprafata celulei F-.
Recombinarea la
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
43/81
Recombinarea labacterii
Factorul F (de fertilitate)
poate fi integrat (1) in cz.
bacterian printr-un
crossing-over specific.
Cz. nou format se numeste
Hfr(high frequency of
recombination), deoarece are
o frecventa mare derecombinare cu genele
altor bacterii in urma
procesului de conjugare.
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
44/81
Recombinarea
bacteriana
Bacteriile pot contine factorul F de fertilitate subforma unui cz. mic aditional (2), respectiv o molecula
circulara de ADN de aprox. 94 000pb,plasmidul F
Acesta reprezinta cam 1/40
din totalul informatiei
genetice continute in cz.
bacterian.
Intr-o celula apare un singur
plasmid si el poate fi
transferat altei bacterii.
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
45/81
Aprox. 1/3 din ADNul
factorului F (plasmidului)
consta din gene de transfer,
inclusiv gene pentru
formarea pililor sexuali.
Transferul factorului F incepe dupa ce
se deschide dubla catena. O
monocatena este transferata celulei
acceptoare, se replica si devine dubla.Si monocatena ramasa in celula
donoare se replica redevenind dubla.
In final ambele celule sunt de tip F+
R bi
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
46/81
Recombinareabacteriana
Uneori cromozomul se rupe in timpul transferului.
Astfel, bacteriile F- receptoare mostenesc o copieincompleta a elementului F.
Celulele F- , care au primit doar o parte din cz. donor
se numesc zigoti partiali sau hemizigoti si raman de
tip F-
Daca transferul este complet, bacteria receptoare va
mosteni un element F complet si proprietatea Hfr;descendentii sai vor fi tot celule Hfr, respectiv F+
Cand cromozomii bacterieni contin diferiti markeri
genetici, celulele au suferit frecvente recombinari.
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
47/81
Bacteriofag =
Virus bacterianDesi initial (1941) s-a
crezut ca s-a identifi-
cat o modalitate de
combatere a infectii-
lor bacteriene, de faptacestia au fost utilizati
pt a analiza bacteriile.
Reproducerea bacteriofagilor nu
are loc totdeauna imediat dupa
infectarea celulei.
Ocazional, ADNul fagic este
integrat in cz. bacterian si
replicat odata cu acesta (ciclullizogenic)
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
48/81
In acest caz bacteriofagul Lambda s-a inserat prin crossing-
over in ADNul bacteriei E.coli, dupa formarea unui inel.
Atasarea se face la o secventa cu omologie din cz.bacterian.
Fagul induce ciclul litic si apoi se elibereaza prin mecanismul
invers.
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
49/81
In 1952 Zinder si Lederberg au
descris un nou tip de recombina-re intre 2 tulpini de bacterii.
Fagi care au infectat anterior
bacterii, care produceau lactoza,
au transferat aceasta proprietate
noilor gazde.
Transductia = transferul unui mic
fragment de ADN dintr-un cz. bacterian
prin intermediul unui bacteriofag in alta
celula bacteriana.
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
50/81
-T. Generalizata: fagul se
insera oriunde in genomul
gazdei
-T. Specializata: fagul se
insera numai la nivelul
unui segment de ADN cz.
particular
Transductia poate
fi de 2 feluri:
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
51/81
Celulele modificate genetic prin incorporarea de ADN sunt considerate
transformate. Termenul se refera de obicei la rezultat si nu la
mecanism.Transformarea prin plasmide
Plasmidele = molecule mici, circulare de
ADN, care se replica autonom si care nu
intra in componenta cz. din celula bacteriana
in care se gasesc
Deseori contin gene de rezistenta la
antibiotice (de ex. la ampicilina)
Incorporarea plasmiduluitransformacelula bacteriana initial sensibila la
ampicilina in una rezistenta.
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
52/81
Pentru aceasta se utilizeaza
un mediu selectiv a.i vor
creste pe el doar bacteriile
care au incorporatplasmidul recombinant
continand ADNul
de investigat.
Plasmidele sunt
utilizate ca vectori intransferul de ADN.
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
53/81
Transfectia = transferul de
ADN intre celule eucariote incultura
- Poate fi folosita in analizatransmiterii unor caracteristici
genetice
In cele 2 cazuri alaturate
fibroblastele normale pierd
contactul de inhibitie si se
transforma asemanator
celulelor cu care vin in contact.
Astfel de studii au fost initial
utilizate pentru a identifica
oncogene (gene cauzatoare de
cancere)
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
54/81
Contrar celor crezute anterior, copia ARN nu este totdeauna fidela
ADN-ului.
Atat la copil, cat si la adult s-au evidentiat niste modificari, ce intial au
parut erori de transcriptie.
Aceste modificari au fost detectate in numar semnificativ in ARN-ul
leucocitelor, celulelor din piele si din creier.
Modificarile fiind mereu aceleasi se presupune, ca au un rol.
De exemplu, in limfocitele B (la un grup de 27 persoane) peste 10 000
de nucleotide au fost gasite modificate, ceea ce a insemnat una (sau
mai multe) erori in fiecare gena transcrisa, respectiv in 40% din
genele translatate (traduse).
Un alt nivel al variabilitatii genetice
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
55/81
Polimorfismele
- genetice sunt responsabile pentru cea mai
mare parte din diversitatea si individualitatea
observate in cadrul speciei umane
- proteice au fost studiate primele (ABH, Rh,
etc). Cel mai polimorfic sistem genetic uman
este considerat sistemul HLA
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
56/81
Polimorfisme proteice - exemple
1. Antigene eritrocitare: ABH, Rh, MNS, Xg, Lutheran,
Lewis, etc
2. Proteine serice: Hp, Trf, imunoglobuline, alfa-1-antitripsina (A1AT), etc
3. Enzime eritrocitare: PAE, G6PD, etc
4. Enzime plasmatice: pseudocolinesteraza, etc
5. Enzime tisulare: alcool-dehidrogenaza, etc
Variatia individuala in populatia generala a polimorfismelor proteice
poate atinge 20% din totalul proteinelor.
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
57/81
Polimorfisme proteice Cu cat 2 persoane sunt mai indepartate dpdv
genetic, adica apartin unor grupuri etnicediferite, cu atat gradul de diversitate este mai
accentuat. Datorita numarului mare de sisteme polimorfice
(peste 30) si de variante in fiecare sistem, sepoate realiza un numar imens de combinatii
Fiecare individ poseda o combinatie specifica a
acestor variante, ceea ce il face unic dpdv
biologic.
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
58/81
Polimorfismul A1ATA1AT produsa in ficat protejeaza plamanul deactiunea elastazeieliberata de neutrofile (ininflamatii).
A1AT este codificata de gena SERPINA 1 de lanivel 14q32.1. Gena are peste 100 alele mutante(ex. S si Z). Alela normala este M
Gt: MS, MZ, SS, SZ, si ZZ (forma ceamai grava); alelele sunt codominante
A1AT = inhibitor de proteaza (PI)
Pi ZZ este fenotipul cel mai grav, al deficitului deA1AT, cand sunt manifeste afectarea pulmonarasi hepatica.
Activitate enzimatica redusa =>elastaza poate actiona nestingherita (afectarepulmonara)
Agregarea moleculelor de A1AT lanivelul RE al hepatocitelor determina afectareaficatului (hepatita, ciroza)
Alte fenotipuri nu prezinta afectare hepatica.Se estimeaza, ca 95% din cazuri nu sunt dg.
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
59/81
Secventa ADN-ului nucleareste identica in proportie de99,9% la doua persoanealese la intamplare.
Genomul uman fiindcompus din 3 miliarde deperechi de baze, inseamnaca 0,1% reprezinta aproape3 milioane de baze azotate,
ceea ce determinadiferentele fenotipice (uneoridramatice) dintre douapersoane!
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
60/81
DIVERSITATEA GENETICA
INDIVIDUALA SI POPULATIONALA Din cele 0,1% secvente de ADN unele nu auefecte sau au
efecte fenotipice minore, pe cand altele sunt directresponsabile de producerea unor boli (mutatii punctiforme).
Intre aceste doua extreme se gasesc variatiile geneticecare au drept urmare variabilitatea fenotipica, precum: - caracterele anatomice
- particularitatile fiziologice
- intolerantele alimentare
- raspunsul imun si/ sau susceptibilitatea la infectii
- reactiile adverse si/sau raspunsul la o anumita terapie - predispozitia pentru dezvoltarea anumitor boli (tumori)
- caracteristicile temperamentale si psihologice
- talentul artistic
- aptitudinile sportive, etc
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
61/81
Un concept important al geneticii umane simedicale
Boala genetica este doar cea mai evidenta sideseori cea mai extrema manifestare a
diferentelor genetice, extremitatea unuicontinuum format din variatii ce se intind de lavariante rarece produc boala, trecand prinvariantele mai obisnuitecare pot spori
susceptibilitatea pentru a dezvolta maladia,pana la cea mai comuna (obisnuita) variantadincadrul populatiei, care nu are nici o relevantacunoscuta in patologia umana.
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
62/81
Majoritatea PG suntsilentioase fenotipic
O varianta genetica (alela) obisnuita, adica cu o
frecventa peste (sau egala cu) 1% in populatia
generala, este considerata un POLIMORFISM
GENETIC (PG).
Alelele cu o frecventa < 1%
sunt numite variante rare.
Nu exista o corelatie directaintre frecventa cu care apare
o alela mutanta si efectul
sau in patologia umana.
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
63/81
Motoo Kimura postula teoria neutralista a evolutiei la sfarsitul anilor
1960: nivelul de evolutie moleculara explica evolutia speciei prin
mutatiile succesive pastrate in genom si produse cu precadere printr-
o deriva aleatorie; diversitatea specifica fiind in mare parte rezultatul
acumularii substitutiilorneutre, care nu modifica adaptabilitatea
organismului la mediul sau de viata.
Diversitatea genetica este unul din mijloacele prin care populatiile se
adapteaza la mediul mereu schimbator.
Diversitatea este cu atat mai mare cu cat:- numarul de alele ale unei gene este mai mare
- frecventele alelice sunt apropiate, adica nu exista una mai frecventa
- frecventele indivizilor heterozigoti si homozigoti sunt echilibrate
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
64/81
Se estimeaza ca aprox. 1 din 2500
perechi de baze azotate sunt
heterozigote in regiunile ce codifica
proteine din genom.
Polimorfismele pot fi localizate:
- intre gene
- in introni
- in exoni
- in regiunile reglatoare
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
65/81
Variom-ul = totalitatea modificarilor genetice gasite
in populatiile speciilor care au avut o schimbare
evolutiva relativ scurta
De exemplu, la om, aprox. 1 din 1200 nucleotide
difera.
Specia umana a aparut acum doar 10.000 de ani,
rata variatiei fiind comparativ mica.
In practica, variomul poate fi suma SNPs ( single
nucleotide polymorphisms) de la nivelul populatiei.
http://en.wikipedia.org/wiki/Specieshttp://en.wikipedia.org/wiki/Single_nucleotide_polymorphismshttp://en.wikipedia.org/wiki/Single_nucleotide_polymorphismshttp://en.wikipedia.org/wiki/Single_nucleotide_polymorphismshttp://en.wikipedia.org/wiki/Single_nucleotide_polymorphismshttp://en.wikipedia.org/wiki/Species7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
66/81
Polimorfismele ADN
1. Polimorfismele unui singur nucleotid (SNPs)RFLP
2. Polimorfismele fragmentelor mai mici de 1000 perechi
de baze (minisateliti, microsateliti,VNTR, indel)
3. Polimorfismele submicroscopice
4. Polimorfismele microscopice (heteromorfismele
heterocromatinei si ale eucromatinei, situsurile fragile)
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
67/81
Polimorfismele unui singur nucleotid: SNP
SNPs reprezinta forma cea mai frecventa a polimorfismelor ADN.
Prin secventierea genomului uman s-au identificat aprox. 18 milioane
de SNPs (1% din genom), 1 SNP la circa 1.000 de nucleotide, dar
frecventa poate fi mai inalta in anumite regiuni, precum insulele CpG
s.a 1 la 100 sau mai redusa in interiorul unor gene s.a 1 la 2.500 pb.
http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Dna-SNP.svg&filetimestamp=200707060140297/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
68/81
SNPs neutre sunt folosite ca markeri genetici
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
69/81
SNP inlantuit cu gena Y
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
70/81
In prezent SNPs utilizate pentru:
Localizarea genelor de susceptibilitate incazul bolilor multifactoriale (diabet)folosindu-se studii de dezechilibru alinlantuirii si de asociere a haplotipurilor
Studii de farmacogenetica
Intelegerea originii si evolutiei speciei
umane(migratia populatiei)
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
71/81
SNPs au fost identificate prin digestia ADN-ului cu endonucleaze de
restrictie; aceste enzime bacteriene recunosc si sectioneaza ADN-ul
la nivelul unei secvente specifice. In acest caz CCTGAGG. Urmare amutatiei punctiforme (SNP) dispare un situs de restrictie, iar
fragmentele de ADN vor fi diferite in cazul lantului normal si
respectiv anormal de globina. RFLP (restriction fragment length
polymorphism) a fost folosit in dg. genotipic indirect.
Fragmentele de
restrictie cu lungimi
variate sunt
evidentiate prin
tehnica Southern blotdupa hibridarea cu o
proba complementara
Vezi
http://science.howstuffworks.com/dna-
profiling1.htm
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
72/81
Variatia cea mai mare la nivelul unui locus
se evidentiaza in interiorul unei populatii sinu intre populatii..adevarat/fals?
85% este variatia genetica in interiorul raselor continentale sinumai 15% intre ele.
Concret, pentru un locus dat X in populatia 1 frecventa alelei Apoate fi 40%, iar in populatia 2 poate fi 45%. Adica micadiferenta nu este informativa.
Dar exista loci informativi: o mare parte a variatiei culoriitegumentului la doua populatii poate fi anticipata analizand gena
SLC24A5, care codifica o proteina intracelulara membranara (Na, K, Ca)
SNP, o substitutie, are un efect fenotipic major. O varianta esteaproape fixata in populatia Europei si alta aproape fixata in ceadin Africa.
Altfel spus variatia genetica in cazul acesta este de aproape
100%, (si nu 15%) INTRE POPULATII
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
73/81
Variatiile identificate in genomul uman
Variatii de secventa- prin modificarea unui singurnucleotid:
prin substitutie
SNV (single nucleotid variation)< 1% in pop.
SNP >1%
prin insertie/deletie = DIP (deletion-insertionpolymorphism of one base pair)
Variante structurale fragmente de ADN modificate: Variatiile fragmentelor avand intre 2 1.000 nucleotide
Variatiile submicroscopice ( 1kb cateva Mb)
Variatiile microscopice cromozomiale sau genomice(heteromorfisme cz., inversii, situsuri fragile, unii cz.markeri)
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
74/81
Variatiile fragmentelor ADN cu lungime intre 2 1.000 pb:
1. SSR (short sequence repeats), numite mai intai VNTR(variable number tandem repeats) sunt de 2 feluri:
Microsateliti (sau STR): repetitii foarte scurte (1-15pb),
frecvent dinucleotidice (CA/TA) sau trinucleotidice, ce
formeaza fragmente de 100pb foarte numeroase, polimorfe
(cu circa 10 alele/locus)si cu o distributie uniforma: un
microsatelit la 1.000pb
Minisateliti: repetitii de secvente scurte (15-500pb), ce
formeaza fragmente de 1-20 kb, dispersate in structura
autozomilor si ocupand situsuri specifice (peste 1.000 de
localizari)
Ambele tipuri utile in medicina legala pentru realizareaprofi-
lului genetic individual, specific (identificare sau paternitate)
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
75/81
Locusul A este o repetitie in tandem GC: 4 alele posibile, cu cate2,3,4 sau 5 repetitii (A2,A3,A4, andA5).
Locusul B cu motivulAGCT : 2 alele, cu 2 sau 3 repetitii (B2 and B3).AMPRENTA GENETICA include simultan ambii loci.
Individ1:HeterozigotAsihomozigotBIndivid2:heterozigotAsiB
Cele 2 persoane
se diferentiaza
prin ambii loci.
AMPRENTELE
GENETICE
includ de obicei
peste 10 loci
polimorfihttp://www.mun.ca/biology/scarr/VNTR_f
ingerprinting.html vezi homework
Genotipuri hTERT MNS16 A
http://www.mun.ca/biology/scarr/VNTR_fingerprinting.htmlhttp://www.mun.ca/biology/scarr/VNTR_fingerprinting.htmlhttp://www.mun.ca/biology/scarr/VNTR_fingerprinting.htmlhttp://www.mun.ca/biology/scarr/VNTR_fingerprinting.html7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
76/81
Hofer P et al. Carcinogenesis 2011;32:866-871
The Author 2011. Published by Oxford University Press. All rights reserved. For Permissions,please email: [email protected]
MNS16A minisateliti ai genei umane pentru telomeraza :
un factor de risc pentru cancerul colorectal
S-au identificat 5 VNTR (2 Scurte si 3 Lungi) in 10
combinatii alelice
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
77/81
heterocromatina
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
78/81
Variatiile fragmentelor ADN cu lungime intre 2
1.000 pb:
1. SSR (short sequence repeats) = VNTR
2. INDELS = insertion + deletion
- secventele nucleotidice sunt scurte - 1/3 din ele sunt intre 200 400 pb si
reflecta polimorfismul secventelorAludingenomul uman
- utilizate in studiul evolutiei genomului umansi pentru intelegerea structurii sale dinamice
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
79/81
Polimorfismele submiscroscopice (1kbcateva Mb)
1. Variatiile numarului de copii (CNV) reprezinta
principala sursa de variatie genetica intre indivizi
CNP = polimorfismul numarului de copii, cand
CNV au o frecventa peste 1% in populatie
33% din genomul uman
2. Polimorfismul inversiilor sau translocatiilor
3. Polimorfismele genelor ARN necodant
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
80/81
Orice clasificare este
relativa, prin ea incercam
doar sa intelegem putin
mai mult lumea
7/27/2019 Variabilitatea genetica curs 9.pptx
81/81
Incercam sa intuim viitorul presupunand ca intelegem trecutul