Evoluzione del concetto di gene
Mendel: fattori non miscibili e con propria identità che controllano fenotipi; forme dominanti e recessive (1866).
Wilhelm Johannsen: ha coniato i termini “gene, genotipo e fenotipo (quest’ultimo includeva la sua idea di interazione geni-ambiente per controllare l’aspetto esterno) (1903).
Archibald Garrod: fattori ereditari e funzioni metaboliche (1909).
Thomas Hunt Morgan, Nobel nel 1933 [e suo gruppo: Clavin B. Bridges, Alfred Henry Sturtevant, Herman Joseph Muller (Nobel nel 1946)]: Formulazione del classico concetto di geni localizzati su cromosomi come perle lungo un filo (associazione genica) (1910-30).
Alfred Henry Sturtevant: ipotesi dell’allelismo multiplo, i genetisti della prima metà del XX secolo ritenevano il gene indivisibile.
Demerec: primo caso documentato anche se non pienamente compreso di ricombinazione intragenica (1928).
Bridges: localizzazione dei geni (mutazioni genetiche) su cromosomi giganti di Drosophila melanogaster (1936). Geni anche come posizione fisica.
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Il concetto mendeliano di gene: dominanza e recessività. Il gene come unità imperturbabile di trasmissione del tratto, non miscibile. Fonte: wikipedia
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Il concetto mendeliano di gene: assortimento indipendente. Il gene libero di assortire rispetto ad altri geni. Fonte: wikipedia
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I geni risentono dell’effetto ambientale.
Johannsen presenta ai suoi studenti i risultati degli esperimenti con la grandezza e peso dei fagioli: video.
Wilhelm Johannsen 1857-1927. Fonte: wikipedia
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Thomas Hunt Morgan, Nobel nel 1933 [e suo gruppo: Clavin B. Bridges, Alfred Henry Sturtevant, Herman Joseph Muller (Nobel nel 1946)]: Formulazione del classico concetto di geni localizzati su cromosomi come perle lungo un filo (associazione genica) (1910-30).
Fonte: wikimedia
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Milislav Demerec (1895 –1966). Foto da Cold Spring Harbor Laboratory Archives
Demerec: Fonte: Primo caso documentato anche se non pienamente compreso di ricombinazione intragenica (1928).
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Muller (Nobel 1946): relazione lineare tra raggi X e mutazioni indotte in Drosophila; gene alterato da mutazione come singola unità, sua natura quantica come la radiazione (1927, 1928).
Beadle e Tatum: un gene-un enzima (1941).
C. Peter Oliver: ricombinazione intragenica (1940).
Ed Lewis (Nobel 1995): ricombinazione intragenica e test cis trans (1942, 1945).
Avery, MacLeod e McCarty: il principio trasformante è fatto di DNA (1944).
Barbara McClintock (Nobel 1983): scoperta dei trasposoni (1951-53), i geni che saltano (video spettacolo teatrale).
Brink (1950): scoperta delle paramutazioni nel mais (epigenenetica).
Hershey e Chase: i geni sono fatti di DNA (1952).
Crick e Watson (Nobel con Wilkins 1962): struttura del DNA, geni come segmenti di DNA(1953). Modello di duplicazione semi-conservativa.
Seymour Benzer: test di complementazione, struttura fine del gene (1955).
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Il DNA è la molecola corrispondente al principio di trasformante di Griffith.
Peter Medawar (Nobel 1960) ha definito nel 1985 il loro esperimento come “il più interessante e portentoso esperimento del XX secolo”.
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Barbara McClintock al Cold Spring Harbour nel 1947. Fonte: wikipedia
I geni che saltano: McClintock scopre i trasposoni nel mais.
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La paramutazione
Il locus r1 del mais controlla il colore dell’aleurone (Brink 1956). Una interazione tra specifici alleli nell’eterozigote porta ad una riduzione ereditabile dell’espressione genica dell’allele funzionale.
Gli alleli a bassa espressione inducono un silenziamento di altri alleli ad altra espressione anche nelle successive generazioni. La frequenza del fenomeno è del 100%, mentre la sua stabilità è minore di quella tipica delle mutazioni, ecco quindi i termine paramutazione.
Royal Alexander Brink1897 - 1984. By Oliver E. Nelson, Jr., and Ray D. Owen.
Evoluzione del concetto di gene
Yanofski, Sidney Brenner (Nobel 2002): colinearità gene-proteina (anni 60).
Jacob e Monod (Nobel 1965): propongono modello di regolazione genica dell’operone ed il nome di RNA messaggero (mRNA), per la molecola che porta alla sintesi proteica (1961).
Barrell, geni sovrapposti o contenuti in altri geni (1976).
Roberts e Sharp (Nobels 1993): geni discontinui, splicing (anni 70-80).
Fiers Walter: primo gene “sequenziato”, gene come sequenza di DNA (1972).
Tonegawa (Nobel 1987): i geni delle immonuglobuline vengono modificati mediante “tagli e cuci” (anni 70); diversità anticorpale chiarita.
Benne et al.: scoperta dell’editing dell’RNA; una mutazione frameshift è presente nel DNA, ma non nell’RNA (1986).
Victor Ambros; la scoperta del primo gene per un microRNA (1993).
Yanofski, Sidney Brenner: colinearità gene-proteina
Yanofski. Credit: Stanford University
Il gene come sequenza colineare di nucleotidi rispetto a quella aminoacidica. Fonte: wikipedia
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Fig. 5 del cap 14 snustad.
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Jacob e Monod (Nobel 1965): propongono modello di regolazione genica dell’operone ed il nome di RNA messaggero (mRNA), per la molecola che porta alla sintesi proteica (1961).
E. coli trascrive i geni e quindi sintetizza gli enzimi per metabolizzare il lattosio solo quando questa molecola è disponibile.
1972: prima sequenza nucleotidica di un gene
Fiers Walter, biologo molecolare belga. Fonte: wikipedia
Fonte: wikimedia
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Tonegawa scoprì negli anni 70 che i geni per le immunoglobuline vengono ri-arrangiati in modo programmato nelle cellule per la difesa immunitaria.
Tonegawa: come si producono milioni di anticorpi
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Victor Ambros; la scoperta del primo gene per un microRNA (1993).
I microRNA sono utilizzati per controllare l’espressione di altri geni.
In questa foto il secondo da sinistra è Ambros, alla cui destra vi è Craig Mello, Nobel (2006) insieme a Fire per la scoperta della “RNA interference”, un sistema di regolazione genica basato su piccoli RNA a doppio filamento.
Victor Ambros. Fonte: gairdner.org
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“Un gene eucariotico è una combinazione di segmenti di DNA che insieme costituiscono una unità esprimibile. L’espressione porta alla formazione di uno o più prodotti genici funzionali che possono essere molecole di RNA o polipeptidi. Ogni gene include un o più segmenti di DNA che regolano la sua trascrizione e la sua espressione.” (Singer, M. and Berg, P., 1991)
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Eccezioni a questa definizione sono ad esempio:
- L’espressione genica è influenzata dallo stato cromatinico locale che viene ereditato come complesso proteico legato al DNA in duplicazione, indipendentemente dalle specifiche sequenze geniche.
- Stato di metilazione del DNA (stessa sequenza, differente metilazione) influenza espressione genica.
- RNA “non coding” associati al DNA regolano l’espressione genica “chromosome wide” (compensazione di dose in Drosophila; nei mammiferi).
- RNA trasmessi allo zigote dal padre (paramutazione kit nel topo, 2006).
Le lezioni del Corso
2. Gregorio Mendel: principi ed eccezioni
3. Tappe verso l'ereditarietà cromosomica
4. Mappe genetiche: geni associati
7. Analisi genetica con tre marcatori
9. La genetica dei microrganismi
10. Decifrare linguaggi nascosti
13. Evoluzione del concetto di gene
