La mappatura genetica serve a ottenere l'ordine di più geni all'interno di un cromosoma e di stabilire la distanza approssimativa tra loro, secondo l'unità di misura del centimorgan. La mappatura genetica, per questa ragione, non è da confondere con il sequenziamento che, invece, rappresenta l'insieme delle tecniche utilizzate per ottenere le informazioni di sequenza dei nucleotidi che formano un acido nucleico.

Esistono molti modo per mappare un cromosoma, mediante i quali è possibile stabilire la presenza di un gene, o comunque di una sequenza di DNA, a livello di uno spazio del cromosoma.

Mappatura mediante marcatore di DNA

Il DNA eucariotico presenta alcune caratteristiche che ostacolano una semplice mappatura mediante un enzima di restrizione in virtù della presenza di sequenze ripetute. Alcune sequenze di DNA, tuttavia, possono essere utilizzate come spot per operare, mediante tecniche di laboratorio, una marcatura. Ogni zona adatta a questo scopo prende il nome di marker del DNA.

Un marker del DNA è una zona dell'acido nucleico presente in doppia copia. Una di queste copie deve possedere una mutazione nella sequenza di basi e, quindi, presentare un polimorfismo. In base al tipo di polimorfismo possono esistere differenti marcatori del DNA.

Tipo di incrocio Descrizione Tipo di ricerca
RFLPs Analisi dei polimorfismi su sequenze riconosciute da un sito di restrizione. Southern blot, PCR
SNP Analisi dei polimorfismi di un singolo nucleotide in una sequenza conosciuta. Ibridazione di una sonda marcata, analisi con il microarray.
Satelliti Sequenze lunghe 25bp (minisatelliti) o 2-4bp(microsatelliti) ripetute più volte in un genoma. Enzimi di restrizione e southern blot.
Incrocio a due punti Incrocio di due individui e analisi fenotipica di due geni. Osservazione del fenotipo.
Incrocio a tre punti Incrocio di tre individui e analisi fenotipica di tre geni. Osservazione del fenotipo.

Tipi di mappatura genica

RFLPs

I marcatori RFLPs (acronimo di restriction fragment length polymorfism) struttano la capacità degli enzimi di restrizione di operare dei tagli a livello del DNA. In uno stato sperimentale, in altre parole, in una sequenza di un filamento di DNA senza polimorfismi, un sito di restrizione può tagliare a livello della propria sequenza riconosciuta e formare due spezzoni identici tra loro. Se il polimorfismo è localizzato in un filamento della doppia elica a livello del sito di riconoscimento dell'enzima di restrizione, i frammenti prodotti non saranno uguali e pertanto possono essere analizzati.

L'analisi di un potenziale polimorfismo RFLPs avviene grazie all'ibridazione con un southern blot mediante l'ausilio di una sonda marcata che si appaia al sito polimorfico e una seguente autoradiografia. La presenza di una singola banda indica che il sito polimorfico è presente e l'enzima di restrizione non ha operato alcun taglio, la presenza di due bande indica, invece, che il sito polimorfico non è presente e l'enzima di restrizione ha invece operato un taglio.

Un altro tipo di analisi dei marcatori RFLPs è mediata da una reazione PCR compiuta con un primer che si appaia alle estremità del sito polimorfico e da una, seconda, operazione di taglio enzimatico ottenuto con gli enzimi di restrizione. Se il sito è polimorfico, allora, una elettroforesi visualizzerà una singola banda, se il sito non è polimorfico l'elettroforesi visualizzerà una doppia banda.

SNP

Uno SNP, acronimo di single nucleotide polymorphism, è una mutazione spontanea a livello del filamento di DNA, che coinvolge un singolo nucleotide. Da un punto di vista fenotipico, gli SNPs rappresentano la causa della varabilità tra organismo e organismo. Possono essere utilizzati come marcatori di DNA poiché, in laboratorio, possono essere ricercati mediante l'ibridazione con sonde specifiche, in una tecnica chiamata analisi di ibridazione di nucleotidi allele-specifica. Le sonde di DNA, costruite artificialmente, possono anche essere usate all'interno dei cosiddetti microarrays; in questo caso si ancorano a un substrato e vengono fatte reagire con i frammenti del DNA opportunamente marcati, ad esempio con un cromoforo.

Polimorfismi e lunghezze di sequenza

Il DNA eucariotico possiede alcune regioni che presentano piccole sequenze di nucleotidi ripetute più volte. A livello di due differenti alleli, ad esempio allele A1 e allele A2, queste regioni del DNA possono presentare un differente numero di ripetizioni. Questi polimorfismi prendono il nome di SSLPs (simple sequences length polymorphism). In base al tipo di polimorfismo possono essere rilevati tratti a minisatellite e tratti a microsatellite.

I minisatelliti sono zone del DNA che presentano ripetizioni di circa 25 paia di basi, mentre i microsatelliti presentano poche basi, solitamente 2 o 4. Per le indagini genetiche, solitamente, i microsatelliti sono più utilizzati poiché si presentano in modo più eterogeneo sul cromosoma; i minisatelliti sembrano essere più condensati nelle immediate vicinanze del telomero.

La presenza dei polimorfismi è valutata nelle tecniche, analitiche o anche forensi, di identificazione individuale. Globalmente, qualsiasi metodo volto a identificare una persona in base al DNA prende il nome di DNA fingerprinting.

Incrocio a due punti

Attraverso un incrocio a due punti è possibile stabilire la distanza tra due geni associati. Questo metodo fu sperimentato da Morgan e perfezionato dai suoi studenti e si basa sull'osservazione che due geni presenti sullo stesso cromosoma vengono, talvolta, ereditati "contemporaneamente" con una frequenza tanto maggiore rispetto alla loro vicinanza sul cromosoma. In altre parole se un gene A ed un gene B sono presenti sullo stesso cromosoma e, contemporaneamente, sono spazialmente vicini tra loro, l'osservazione di un incrocio porta alla formazione di prole che non segue il principio di assortimento indipendente. In base alla frequenza di ricombinazione è possibile calcolare la distanza tra due geni in centimorgan.

Un limite dell'incrocio a due punti è dato dalla possibilità che due geni lontani tra loro possano, dal punto di vista della ricombinazione, comportarsi come due geni presenti su cromosomi differenti. In questo caso, l'analisi della frequenza fenotipica può essere fuorviante poiché, statisticamente, non è possibile stabilire se i geni sono associati e la relativa distanza sul cromosoma.

Incrocio a tre punti

L'incrocio a tre punti serve per stabilire l'ordine di distanza di tre geni associati. È un metodo che permette, osservando il fenotipo della progenie, di stabilire l'esatto ordine dei geni. Attraverso l'incrocio a tre punti è, inoltre, possibile, verificare se due geni (solitamente distanti tra loro) sono effettivamente associati.

Voci correlate

Percorso di Genetica
Genetica Mendeliana: Genotipo, fenotipo, linea pura, dominanza.
Struttura e funzione del cromosoma: Telomero, centromero. cromatina.
Struttura e funzione del gene: Gene costitutivo, geni associati, geni omologhi, geni paraloghi.
Ingegneria genetica: Mappatura (mappatura genetica, mappatura fisica), mappatura S1, libreria genomica, libreria di cDNA.

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