chimica-online.it

Genoma

Che cosa è il genoma?

Con il termine genoma (o patrimonio genetico) si intende l’insieme delle sequenze nucleotidiche del DNA di un individuo; per gli organismi eucarioti ci si può riferire alla serie completa di cromosomi in un gamete (genoma aploide) o in una cellula somatica (genoma diploide).

Il genoma degli eucarioti è suddiviso in due o più molecole di DNA, organizzate in cromosomi e localizzate nel nucleo di tutte le cellule. Ogni organismo ha un determinato numero di cromosomi, che rimane costante da una generazione all’altra.

Ad esempio nell’uomo i cromosomi sono 46: 44 autosomi, uguale a due a due, e due cromosomi sessuali o eterocromosomi (XY nelle cellule maschili, XX in quelle femminili).

Il genoma umano aploide, inoltre, consiste di circa 3 · 109 coppie di nucleotidi: di queste il 97 % è rappresentato da sequenze ripetute non codificanti, il cui significato è ancora sconosciuto; il sequenziamento del genoma umano ha rivelato che i geni sono circa 25.000.

Una piccola aliquota del patrimonio genetico delle cellule eucarioti, sia animali che vegetali, si trova sotto forma di molecole di DNA circolare all’interno di mitocondri e/o plastidi.

I batteri invece possiedono una sola molecola di DNA, in genere circolare; non avendo né nucleo né mitocondri, la molecola di trova nel citoplasma.

Se nelle cellule eucarioti e nei batteri il genoma è costituito da molecole di DNA, il patrimonio genetico dei virus può essere costituito anche da molecole di RNA.

Anche l’organizzazione dei geni e la regolazione della loro attività sono diverse tra cellule eucarioti e procarioti.

In quest’ultima il genoma è molto più compatto, non esistono introni e spesso molti geni sono attivati o disattivati da regioni comuni; i geni eucarioti possono invece essere interrotti da sequenze introniche e sono regolati da sequenze specifiche per ogni gene.

frammentazione genoma

Metodo utilizzato per sequenziare grandi genoma seguendo un ordine gerarchico di frammentazione.

Rappresentazione del genoma: mappa genetica e mappa fisica

Un genoma può essere rappresentato sotto forma di mappa genetica o di mappa fisica.

La mappa genetica è la rappresentazione della distanza genetica che separa i geni, derivata dall’analisi delle frequenze con cui i geni sono trasmessi alla generazione successiva separati o associati.

La mappatura genetica è il processo di attribuzione dei geni ai cromosomi e di determinazione delle loro distanze genetiche relative rispetto a geni più noti. Le mappe genetiche dei genomi sono costruite usando incroci genetici e, nel caso dell’uomo, attraverso l’analisi degli alberi genealogici.

I principi usati per la mappatura genetica sono la concatenazione genica e la ricombinazione mitotica (crossing-over mitotico) negli eucarioti, la coniugazione e la trasformazione nei batteri.

I geni localizzati su cromosomi diversi si assortiscono in modo indipendente, mentre i geni sullo stesso cromosoma segregano insieme, a meno che non siano separati da crossing-over.

Gli incroci genetici sono utilizzati per stabilire la posizione dei marcatori genetici, così ogni allele può essere usato per definire un gene o una specifica posizione su un cromosoma e per determinare la distanza genetica tra di loro. La distanza genetica è data dalla frequenza di crossing-over tra marcatori.

Per ottenere questo valore, è fatto un incrocio genetico tra individui che hanno alleli diversi a due o più loci, cioè a due o più siti specifici su un cromosoma dove il gene è localizzato.

È, però, difficile studiare la concatenazione e calcolare le distanze di mappa tra marcatori, poiché è raro avere a disposizione ampi alberi genealogici multigenerazionali nei quali due marcatori genetici siano in segregazione.

Nella maggior parte dei casi per saggiare la concatenazione possibile tra due loci si ricorre ad un test statistico noto come metodo del lod (logarithm of odds, logaritmo delle probabilità) score.

Il metodo del lod score calcola e confronta la probabilità che i risultati ottenuti dagli alberi genealogici derivino da loci con un certo grado di concatenazione rispetto alla probabilità che i risultati derivino da loci marcatori indipendenti.

I risultati sono espressi come log10  del rapporto tra le due probabilità questo è il lod score.

Per convenzione l’ipotesi di concatenazione tra due geni non è rifiutata quando il lod score è pari a +3 o maggiore. Infatti il lod di 3 significa che la probabilità è 1000 a 1 a favore della concatenazione tra i due geni o marcatori (log10 1000 = 3).

Con lo stesso criterio, l’ipotesi della concatenazione tra due loci è rifiutata se il valore di lod è ad esempio +2, in tal caso la probabilità a favore della concatenazione rispetto all’indipendenza è solo di 100 a 1.

Una volta stabilita la concatenazione tra geni marcatori di qualsiasi tipo, si calcola la distanza di mappa delle frequenze di ricombinazione che danno i valori lod score più alti (maggiore è il valore di lod, tanto più vicini sono i due loci).

Questo è fatto stimando il lod score per un certo tratto di unità di mappa o cM corrisponde in media a circa un milione di paia di basi (1 megabase o 1 Mb).

Nel caso degli organismi con genomi piccoli, le mappe genetiche hanno una risoluzione sufficiente per fornire dei punti di riferimenti precisi in un programma volto al sequenziamento del genoma.

Quando è incominciato il progetto di sequenziamento del genoma di Escherichia Coli, ad esempio, c’erano 1400 marcatori genetici, con una media di un marcatore ogni 3,3 kb. Nell’uomo invece, la mappa genetica non aveva una risoluzione sufficiente per iniziare il sequenziamento.

Per integrare la mappa genetica i ricercatori hanno dovuto sviluppare una mappa fisica dettagliata, una mappa di marcatori genetici che si ottiene dall’analisi diretta del DNA genomico, anziché dall’analisi dei ricombinanti derivata dagli alberi genealogici (nell’uomo) o dagli incroci genici (nel caso di organismi sperimentali), come avviene invece nelle mappe geniche.

Nel caso specifico della mappa fisica dell’uomo, essa consiste di 24 mappe che corrispondono alle mappe dei 22 cromosomi autosomici, a quella del cromosoma X e a quella del cromosoma Y.

Esistono diversi tipi di mappe fisiche con diverse risoluzioni.

mappa genetica e mappa fisica

Ti lasciamo infine alcuni link che ti potrebbero interessare:

Che cos'è il pool genico?

Che cosa sono le mutazioni genetiche?

Che cos'è il proteoma?

Studia con noi