29 febbraio 2016

Alberi genealogici: come individuare la modalità di trasmissione di un carattere

Come promesso nel post precedente, oggi vi propongo un nuovo esercizio di genetica.
Si tratta di individuare la modalità di trasmissione del seguente albero genealogico.

Per risolvere l'esercizio ripropongo lo stesso schema introduttivo dell'esercizio che vi ho proposto sabato, perchè può esserci utile anche in questo caso.
Per prima cosa bisogna osservare attentamente l'albero genealogico e ricordarsi cosa differenzia le diverse tipologie di trasmissione. In secondo luogo, è necessario scegliere l'unica ipotesi accettabile, oppure l'ipotesi più probabile.
Rivediamo, quindi, le caratteristiche salienti delle diverse modalità di trasmissione.

  • Il carattere si presenta in tutte le generazioni. Normalmente un individuo affetto ha almeno un genitore affetto. Se solo un genitore è affetto, lo saranno anche la metà dei figli; se lo sono entrambi, sarà malata il 50% della progenie. (75% se la forma AA non è letale)
  • Compare con la stessa frequenza nei due sessi.
  • Il carattere non si presenta in tutte le generazioni, normalmente salta una generazione.  
  • Di solito un individuo affetto ha due genitori non affetti; però, se entrambi i genitori sono affetti, lo saranno anche tutti i loro figli.
  • Il carattere ricorre con la stessa frequenza nei due sessi ed i genitori lo trasmettono ai figli indipendentemente dal sesso.
  • Il padre affetto trasmette il carattere a tutte le figlie, che ne saranno affette ed a nessun figlio maschioIl padre, infatti, trasmette ai figli il proprio cromosoma Y non può trasmettere loro il carattere legato al cromosoma X.
  • La madre affetta ha il 50% di possibilità di trasmettere il carattere ai figli, maschi o femmineI figli e le figlie che hanno ereditato il tratto, presenteranno la malattia: normalmente il quadro patologico è più grave nel maschio rispetto alla femmina (che si trova in situazione di eterozigosi).
  • Il maschio evidenzia la mutazione nel fenotipo, la femmina, invece, sarà portatrice sanaProprio per questo vi è un numero maggiore di maschi colpiti rispetto alle femmine.
  • Il padre trasmette il cromosoma X mutato a tutte le figlie femmine, che però non manifesteranno il tratto nel fenotipo perchè saranno portatrici sane. Non c'è alcuna possibilità che il padre trasmetta la malattia ai figli maschi.
  • La manifestazione fenotipica della malattia in una donna è un evento estremamente raro perchè è possibile sono ed esclusivamente se una donna portatrice sana sposa un uomo malato. La frequenza di questo tipo di combinazione è estremamente rara, dipende alla frequenza del gene nella popolazione ed aumenta nel caso di matrimoni tra consanguinei. Per questo motivo, come nel caso esplicitato sopra, escludo questa possibilità, salvo diverse indicazioni presenti nel testo dell'esercizio o nell'albero genealogico.
Cosa si nota osservando l'albero:
  • La patologia sembra non saltare le generazioni, ma abbiamo un'eccezione nella terza generazione dove due genitori fenotipicamente sani, hanno una figlia malata; proprio questo aspetto ci fa escludere che si tratti di una patologia autosomica dominante; dovremmo, infatti, presupporre una mutazione ex-novo, avvenuta nella cellula uovo o nello spermatozoo. L'evento è piuttosto raro e noi siamo alla ricerca del meccanismo di trasmissione più probabile.
  • Possiamo escludere facilmente anche la trasmissione legata al cromosoma X dominante, osservando la coppia della seconda generazione; un uomo malato e una donna sana, non possono avere una figlia sana. Ricordo che non possiamo valutare l'ipotesi che la figlia sia portatrice sana perchè si tratta di un tratto dominante.


  • Anche la mutazione legata al cromosoma X recessiva è da escludere: una patologia di questo tipo, infatti, colpisce con maggiore frequenza i soggetti di sesso maschile e ed è molto rara nel sesso femminile. Nell'albero genealogico che stiamo analizzando ci sono ben 4 donne malate. inoltre la coppia della prima generazione, formata da una donna malata e da un uomo sano, non può avere figli maschi sani né figlie femmine malate, come invece si vede in questo albero genealogico.


  • L'unico meccanismo di trasmissione accettabile è, quindi, la trasmissione autosomica recessiva. Tuttavia, deve trattarsi di un tratto che si manifesta nella popolazione con una certa frequenza. Ricordo che si utilizza il simbolo A- quando non è possibile stabilire il genotipo del soggetto basandosi solo sull'albero genealogico che si sta esaminando. La donna II-1, infatti, ha certamente l'allele A, ma non possiamo sapere se l'altro allele sarà A oppure a; è verosimile che sia AA. Tuttavia, non mi sento di escludere neppure la possibilità che sia Aa, data la frequenza di questo tratto nella popolazione (che ho dedotto dall'albero genealogico stesso, dopo aver escluso le altre possibilità). Anche l'uomo IV-1 non ha un genotipo definito e non possiamo fare ipotesi, dato che non ha avuto figli.


Spero che questi nuovi alberi genealogici aiutino molti studenti a superare l'esame di genetica!
In bocca al lupo a tutti!
Tania Tanfoglio

27 febbraio 2016

Alberi genealogici: come individuare il tipo di ereditarietà e calcolare la probabilità

Per gli studenti universitari è tempo di esami.
Per questo ho deciso di proporvi alcuni semplici esercizi di genetica che aiutino a chiarire i meccanismi di ereditarietà delle malattie genetiche e a leggere correttamente un albero genealogico.
Ecco il testo dell'esercizio di oggi.

Dato il seguente albero genealogico, indicare:
1) Se la malattia è dominante o recessiva
2) Se la malattia è autosomica o legata al cromosoma X (X-linked)
3) Qual è la probabilità che l’individuo IV-1 sia malato?

Per rispondere alla prima domanda basta osservare attentamente l'albero genealogico e ricordarsi cosa differenzia le diverse tipologie di trasmissione: 
1) autosomica dominante
2) autosomica recessiva
3) legata al cromosoma X dominante
4) legata al cromosoma X recessiva

Prima di procedere, mi sembra doveroso fare una premessa importante.
Bisogna anche tener ben presente che si tratta di esercizi elaborati a scopo didattico e non di casi reali. 
Ad esempio: nella vita può capitare che nasca un figlio affetto da una mutazione autosomica dominante, da due genitori assolutamente sani. Si tratta di una mutazione ex-novo che ha colpito le cellule riproduttive. In questi esercizi, se non ci sono indicazioni diverse fornite dal testo, possiamo tranquillamente escludere quest'ipotesi. 
Potrei fare altri esempi, ma credo che questo possa bastare.
Sono esercizi creati per aiutare gli studenti a riconoscere i diversi meccanismi di trasmissione, a comprenderne le caratteristiche distintive, non sono pensati per indagare sulle eccezioni o per fare diagnosi. Se si trattasse di un caso reale, non si farebbe certo semplicemente una diagnosi basandosi sui pochi dati forniti dall'esercizio né su un albero genealogico così piccolo.

Chiarito questo importante concetto, riassumo di seguito le caratteristiche dei diversi meccanismi di trasmissione.
Se, invece, avete bisogno di ripassare il significato dei simboli presenti in un albero genealogico, cliccate qui.

  • Il carattere si presenta in tutte le generazioni. Normalmente un individuo affetto ha almeno un genitore affetto. Se solo un genitore è affetto, lo saranno anche la metà dei figli; se lo sono entrambi, sarà malata il 50% della progenie. (75% se la forma AA non è letale)
  • Compare con la stessa frequenza nei due sessi.
  • Il carattere non si presenta in tutte le generazioni, normalmente salta una generazione.  
  • Di solito un individuo affetto ha due genitori non affetti; però, se entrambi i genitori sono affetti, lo saranno anche tutti i loro figli.
  • Il carattere ricorre con la stessa frequenza nei due sessi ed i genitori lo trasmettono ai figli indipendentemente dal sesso.
  • Il padre affetto trasmette il carattere a tutte le figlie, che ne saranno affette ed a nessun figlio maschioIl padre, infatti, trasmette ai figli il proprio cromosoma Y non può trasmettere loro il carattere legato al cromosoma X.
  • La madre affetta ha il 50% di possibilità di trasmettere il carattere ai figli, maschi o femmineI figli e le figlie che hanno ereditato il tratto, presenteranno la malattia: normalmente il quadro patologico è più grave nel maschio rispetto alla femmina (che si trova in situazione di eterozigosi).

  • Il maschio evidenzia la mutazione nel fenotipo, la femmina, invece, sarà portatrice sanaProprio per questo vi è un numero maggiore di maschi colpiti rispetto alle femmine.
  • Il padre trasmette il cromosoma X mutato a tutte le figlie femmine, che però non manifesteranno il tratto nel fenotipo perchè saranno portatrici sane. Non c'è alcuna possibilità che il padre trasmetta la malattia ai figli maschi.
  • La manifestazione fenotipica della malattia in una donna è un evento estremamente raro perchè è possibile sono ed esclusivamente se una donna portatrice sana sposa un uomo malato. La frequenza di questo tipo di combinazione è estremamente rara, dipende alla frequenza del gene nella popolazione ed aumenta nel caso di matrimoni tra consanguinei. Per questo motivo, come nel caso esplicitato sopra, escludo questa possibilità, salvo diverse indicazioni presenti nel testo dell'esercizio o nell'albero genealogico.
Nell'albero genealogico proposto nell'esercizio sono colpiti solo i maschi. I maschi malati sono figli di genitori che non manifestano la patologia nel fenotipo. Questo implica che l'hanno certamente ereditata dalla madre, portatrice sana
Non ci sono donne malate né matrimoni tra consanguinei.
Questo semplice ragionamento ci fa propendere per un solo meccanismo di trasmissione: la malattia è recessiva legata al cromosoma X.
Per confermarlo, basta provare e vedere se l'ipotesi non viene smentita da nessun soggetto presente nell'albero genealogico.



Volendo, se si è indecisi, si possono sperimentare anche tutte le altre opzioni di trasmissione, come ho appena fatto io per la trasmissione recessiva legata al cromosoma X. Verranno tutte smentite da almeno un soggetto presente nell'albero genealogico o saranno comunque altamente improbabili.

Aggiungo solo tre precisazioni importanti:
  • III-4 è XX (ovvero sana) perchè non appartiene al nucleo familiare e non abbiamo indicazioni su quanto la patologia sia frequente nella popolazione; di conseguenza l'ipotesi più probabile è che sia sana.
  • II-1, invece, è portatrice sana perchè ha due figli malati e questo fatto non si potrebbe spiegare altrimenti.
  • II-3, infine, è indicata con X- perchè, considerando le caratteristiche genetiche dei suoi genitori, non possiamo stabilire se sia sana o portatrice sana. Avremmo potuto stabilirlo solo se avesse avuto figli.
Non mi resta che rispondere all'ultima domanda: qual è la probabilità che IV-1 sia malato?
Il padre è malato; la madre è sana.

X
Y
X
XX
X Y
X
XX
X Y
Come si può vedere nel quadrato di Punnet, se il papà presenta una malattia recessiva legata al cromosoma X trasmette la copia mutata del gene responsabile a tutte le figlie femmine. Esse saranno portatrici sane della malattia.
Tutti i figli maschi, invece, ereditano dal padre il cromosoma Y e saranno, quindi, sani.
Vediamo lo stesso concetto attraverso un disegno:


In conclusione: se il figlio della coppia sarà un maschio sarà sano. Se sarà femmina sarà portatrice sana.

Spero che il post possa essere utile a tutti gli studenti che ogni giorno si ritrovano a studiare su Science For Passion.
Pubblicherò presto un nuovo esercizio,
Tania Tanfoglio

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