Le basi molecolari delle mutazioni - 2^ parte


L’EREDITARIETÀ
Gli studi sull’ereditarietà ci permettono di capire come i caratteri passano da una generazione all’altra. Per focalizzare quello che succede al DNA, dobbiamo riconsiderare il concetto di divisione cellulare già accennato nella genetica di base.
Ci sono due tipi diversi di divisione cellulare: con la prima (la MITOSI), da una cellula si ottengono due cellule “figlie” uguali a quella di partenza, mentre la seconda (la MEIOSI) serve a formare i gameti, cioè le cellule uovo nelle femmine e gli spermatozoi nei maschi.

Canarino nero pastello ala grigia giallo intensoLA MITOSI
La mitosi è il tipo di divisione con cui la cellula, che si forma dopo la fecondazione, forma l’intero organismo. Prima di dividersi, la cellula raddoppia tutte le sue molecole di DNA (i cromosomi). I cromosomi vengono poi “equamente distribuiti” tra le due cellule figlie, in modo che ognuna abbia tutte le informazioni di partenza. Man mano che l’organismo si forma, le cellule acquisiscono funzioni diverse sfruttando parte delle informazioni contenute nel nucleo, mantenendo comunque tutto il DNA. Ciò significa che tutte contengono un set completo di geni e quello che le differenzia è il modo in cui i geni vengono utilizzati. Per esempio, una cellula del fegato e una della pelle hanno il nucleo perfettamente uguale, ma la cellula del fegato non sa formare le piume perché i geni per questa funzione sono inattivi.

LA MEIOSI
Ho detto precedentemente che i cromosomi nelle cellule sono a due a due uguali, con la sola eccezione dei cromosomi sessuali. Nella meiosi avviene un fenomeno molto particolare, importantissimo per l’Evoluzione. Dopo la duplicazione del materiale genetico, le coppie di cromosomi uguali (che si definiscono omologhi) si affiancano e aderiscono letteralmente le une alle altre. A questo punto inizia uno scambio “alla pari” di piccoli pezzi di DNA tra i due cromosomi, fenomeno che si chiama ricombinazione. L’importanza della ricombinazione è legata al fatto che i geni dei cromosomi omologhi non sono esattamente uguali tra di loro, ma presentano delle piccole variazioni (il significato di queste variazioni sarà discusso nel capitolo sulle mutazioni). Quindi la ricombinazione crea, sui cromosomi, combinazioni nuove di geni rispetto ai cromosomi di partenza. Alla fine di questo processo la cellula si divide, generando due cellule figlie che non sono più uguali a quella di partenza. Subito dopo inizia una nuova divisione cellulare, stavolta senza duplicazione del DNA, e alla fine di questa i cromosomi omologhi si separano e vanno nelle due cellule figlie. Il risultato finale della meiosi è che da una cellula si formano quattro cellule figlie con nuove combinazioni di geni ma con la metà dei cromosomi della cellula di partenza (ad esempio le cellule umane arrivano alla fine della meiosi con 23 cromosomi invece di 46). Queste cellule figlie sono i gameti, cellule della riproduzione.


LA FECONDAZIONE
Quando i gameti maschile e femminile si incontrano, i due nuclei si fondono, così si ripristina il numero di cromosomi iniziale. Per esempio, le cellule di canarino contengono 80 cromosomi; i gameti ne hanno 40, così la fusione tra il gamete maschile e quello femminile forma una cellula con 80 cromosomi, da cui si svilupperà il nuovo individuo. I cromosomi omologhi di ogni coppia hanno uno origine paterna e l’altro materna. Quindi, in generale, ogni individuo riceve il 50% dei geni dal padre e il 50% dalla madre, ma gli eventi avvenuti durante la meiosi fanno sì che le particolari combinazioni di geni su ogni cromosoma siano peculiari di questo individuo e lo rendono diverso sia dai genitori che dai fratelli.

GENI E ALLELI
Il meccanismo di riproduzione che abbiamo visto prima implica che tutte le informazioni contenute dalle cellule di un individuo sono in realtà presenti in doppia copia. Quindi, ogni gene è presente due volte, sui due cromosomi omologhi. Le due copie di un gene si chiamano “alleli”, quindi Canarino giallo brinatopossiamo dire che ogni gene nella cellula è presente sotto forma di due alleli. I due alleli possono essere uguali o leggermente diversi. Se sono uguali, produrranno proteine uguali e noi non riusciremo a distinguerne l’effetto. Se, invece, sono diversi, possono succedere due cose:
- il prodotto di uno dei due funziona molto meglio dell’altro, per cui noi ne vedremo bene l’effetto (quello che noi vediamo è il fenotipo, la composizione in alleli si chiama genotipo). In questo caso l’allele di cui vediamo il fenotipo viene detto “dominante”, l’altro invece “recessivo”;
- i due prodotti funzionano allo stesso modo, quindi noi vedremo un fenotipo misto e gli alleli vengono detti “codominanti”
Il fattore “ciuffo” nelle razze come il gloster o il fiorino è un classico esempio di allele dominante. Infatti la sua presenza determina la comparsa del ciuffo anche se l’altro allele è per la testa liscia. Quindi un consort a testa liscia sicuramente non ha l’allele “ciuffo” e l’incrocio fra due consort non può in alcun modo generare figli ciuffati.
Non conosco esempi semplici di alleli codominanti nei canarini, ma in alcune piante possiamo osservare questo fenomeno nel colore dei fiori. Se per questo fenotipo una pianta ha due alleli che producono fiori rossi o bianchi, la presenza contemporanea dei due alleli in un individuo produce fiori rosa. A sua volta una pianta con fiori rosa può generare discendenti a fiori rossi o bianchi (che hanno due alleli uguali per il rosso o il bianco) e altri con fiori rosa perché hanno entrambi gli alleli.

ALLELI LETALI E SUBLETALI
Alcuni geni controllano caratteri importanti per la vita e la salute dell’individuo. Per questi geni possono esistere alleli che colpiscono più o meno gravemente questi aspetti dell’individuo, che possono essere dominanti o recessivi. Gli alleli a comportamento dominante hanno un effetto drammatico, ma sono facili da eliminare dall’allevamento perché, nel caso un individuo ne abbia uno, il suo effetto è immediatamente visibile e quel soggetto viene escluso dalla riproduzione. Quelli recessivi, invece, hanno bisogno di essere in doppia copia per manifestare il loro effetto e sono più difficili da individuare. Purtroppo, spesso vengono fuori negli accoppiamenti consanguinei, dove è più probabile che sia il maschio che la femmina siano portatori di tali alleli. Sebbene sia ovvio che i figli che manifesteranno questi gravi difetti saranno esclusi dalla riproduzione, è difficile eliminare questi alleli dall’allevamento perché si dovrebbero escludere anche tutti i genitori che risultano portatori di tali alleli.
Una complicazione maggiore viene dagli alleli che hanno un fenotipo interessante per gli allevatori. Anche qui il fattore ciuffo dei gloster è un esempio molto calzante.Canarino giallo mosaico Abbiamo visto prima che questo allele è dominante, la sua presenza in singola copia genera individui con il ciuffo, caratteristica molto piacevole. Però il gene in questione controlla anche la saldatura delle ossa del cranio e, se l’allele “ciuffo” è presente in doppia copia, il cranio non si salda bene, producendo individui deformi e innalzando la mortalità. Questo allele è quindi dominante per quanto riguarda la comparsa del ciuffo, ma recessivo per la saldatura delle ossa del cranio. Per questo è sempre sconsigliato accoppiare due individui con il ciuffo, per evitare che due alleli ciuffo si trovino insieme in alcuni figli che potrebbero avere problemi seri.
Vediamo con un esempio “pratico” come si visualizza un accoppiamento di due gloster: supponiamo di avere un maschio Corona e una femmina Consort (questi sono i fenotipi). Se il gene “Ciuffo” lo indichiamo con la lettera c, il genotipo del maschio sarà Cc (due alleli, uno dominante e l’altro recessivo, il soggetto si definisce ETEROZIGOTE), quello della femmina cc (due alleli recessivi, il soggetto è OMOZIGOTE). Il maschio produrrà gameti contenenti C e gameti contenenti c in uguale misura, la femmina solo gameti contenenti c. L’incrocio si indica con Cc x cc. La combinazione dei gameti produrrà figli Cc e figli cc, cioè Corona e Consort, più o meno in ugual misura. Se invece entrambi i genitori sono Corona, l’incrocio sarà Cc x Cc ed entrambi produrranno sia gameti con C che con c. La loro combinazione darà figli CC, Cc e cc. Quelli con genotipo CC, omozigoti per il carattere dominante, hanno un’elevata probabilità di essere deformi o di morire in breve tempo.

EREDITARIETÀ LEGATA AL SESSO
Quando abbiamo parlato dei cromosomi, abbiamo visto che sono tutti presenti in coppie, ma che i cromosomi sessuali fanno eccezione. Negli uccelli i maschi sono il sesso omogametico e hanno due cromosomi uguali (vengono comunemente indicati come ZZ). Le femmine invece sono il sesso eterogametico e hanno due cromosomi sessuali diversi (indicati con ZW). Naturalmente anche i cromosomi sessuali contengono geni, come tutti gli altri. Nei maschi gli alleli presenti sui cromosomi Z si ereditano come gli altri, quindi per ogni gene l’individuo può essere omozigote o eterozigote e gli alleli sono dominanti, recessivi o codominanti. Nella femmina la situazione è molto diversa. Un allele presente sul cromosoma Z non ha la controparte, quindi il suo effetto sul fenotipo si vede sempre. In questo caso gli alleli si dicono emizigoti. Tutti i caratteri recessivi controllati da geni del cromosoma Z hanno un comportamento ereditario peculiare: un maschio che non li manifesta potrebbe essere eterozigote portatore, mentre una femmina che non li manifeta sicuramente non ha gli alleli recessivi. Pensiamo per esempio ai canarini bruni. Il gene che controlla questa caratteristica è sul cromosoma Z, chiamiamolo b. L’allele dominante B provoca la formazione di eumelanina nera, quello recessivo b invece produce eumelanina “schiarita”, cioè bruna. I maschi possono essere BB (fenotipo nero), Bb (ancora nero) o bb (bruno). Le femmine, invece, hanno un cromosoma W senza questo gene, quindi saranno B (nere) o b (brune). Vediamo cosa succede negli incroci (per comodità usiamo anche il simbolo del cromosoma W, quando compare ci dice che il soggetto è femmina):
- maschio nero omozigote BB x femmina nera WB da’ tutta progenie nera, maschi omozigoti;
- maschio nero omozigote BB x femmina bruna Wb da’ tutti maschi eterozigoti Bb, neri portatori di bruno e tutte femmine WB, nere;
- maschio bruno omozigote bb x femmina nera WB da’ tutti maschi eterozigoti Bb, neri portatori di bruno e tutte femmine Wb, brune;
- maschio bruno omozigote bb x femmina bruna Wb da’ tutta progenie bruna, maschi omozigoti;
- maschio nero eterozigote Bb x femmina nera WB da’ la metà dei maschi omozigoti BB, neri, l’altra metà dei maschi eterozigoti Bb, neri portatori di bruno, la metà delle femmine WB nere e l’altra metà Wb brune;
- maschio nero eterozigote Bb x femmina bruna Wb da’ la metà dei maschi eterozigoti Bb, neri portatori di bruno, l’altra metà dei maschi omozigoti bb, bruni, la metà delle femmine WB, nere e l’altra metà Wb, brune.
Anche il cromosoma W, molto piccolo, contiene alcuni geni. Un eventuale fenotipo visibile di questi geni passerebbe dalla madre alle figlie femmine e non comparirebbe mai nei maschi che non hanno questo cromosoma.

 

Dott. Pasquale De Luca – ricercatore biologo molecolare
Foto: archivio di redazione