MAPPATURA GENETICA: localizzazione dei geni sui cromosomi.

A.H.Sturtevant, studente di Morgan come argomento per la tesi di laurea si chiese se i dati ottenuti da un vasto numero di incroci a due punti (incroci che permettono di seguire due geni alla volta) potessero suffragare l'idea che i geni costituiscono una serie lineare su un cromosoma, cioè che siano disposti secondo uno schema lineare.
Esempio: consideriamo tre geni w,y, m. Se i geni sono disposti in una struttura lineare allora uno di essi deve trovarsi in una posizione centrale paragonata a quella degli altri due. La distanza genetica più grande  quella che separa i geni più esterni e questo valore dovrebbe essere uguale alla somma delle distanze che separano il gene centrale da ciascuno dei geni laterali.
La mappatura per ricombinazione sembrava dare ragione all'ipotesi che i geni sono disposti su una struttura "lineare".
Sturtevant stabilì un ordine non contradditorio di tutti i geni da lui studiati sul cromosoma X, controllando i dati per ogni combinazione di tre geni, ci si rende conto che qusto ordine aveva una logica. Inoltre i dati sulla ricombinazione erano a favore della teoria che si potesse costruire una mappa in cui i geni erano disposti linearmente lungo il cromosoma.

La mappatura però ha dei limiti, infatti negli incroci che coinvolgono solo due geni alla volta può essere difficile riuscire a trovare l'ordine esatto dei geni se i due geni sono particolarmente vicini tra di loro.
Per esempio, mappando y, m, w, la distanza tra i due geni esterni y e m è 34,3 u.m, la distanza tra i geni entrale w e l'esterno m è circa dello stesso ordine di grandezza 32,8 u.m.; come possiamo notare i valori sono molto simili, per evitare di trovarci difronte ad un errore di campionamento, bisognerebbe incrociare un grandissimo numero di moscerini e sottoporre i dati ad un test statisctico, come il test del chi quadrato.
Inoltre n altro problema che si incontra con il metodo di mappatura di Sturtevant è che le distanze effettive nella mappa non sono sempre addittive.
Esempio: se il locus del gene y si trova all'estrema sinistra della nostra appa n una posizione che possiamo definire come punto zero; il gene w sarebbesituato allora vicino alla posizione 1, ed m nelle vicinanze della posizione 34,2 u.m.
Per il gene r basandoci su quella che è la distanza da y (osserviamo la figura a) dovrebbe trovarsi in posizione 42,9 u.m.  il problema sorge quando andiamo a sommare la distanza intermedia, cioè addizionando le distanze y<-->w più la distanza w<--->v più la distanza v<--->m più la distanza  il locus r dovrebbe trovarsi ad una distanza di circa 55 u.m. Quale valore tra i due è più vero?
l'incrocio a tre punti può darci qualche risposta a riguardo

Incrocio a tre punti.
Di cosa si tratta questo tipo di incrocio? Nell'incrocio a tre punti analizziamo simultaneamente tre geni, i nostri marcatori, l'utilizzo dell'incrocio a tre punti ci permette di dAnalizzando simultaneamente tre marcatori, possiamo ottenere più facilmente una serie di informazioni che ci permettono di identificare l'esatta posizione dei geni.
Esempio: femmina omozigote per i caratteri ali vestigiali (a); corpo nero (b) occhi gialli (c) viene incrociata con maschio di tipo selvatico con geni a+ b+ c+.
La progenie F1 è eterozigote e mostra, sia per i maschi che per le femmine, un fenotipo normale per i tre caratteri indicando che le mutazioni sono autosomiche e recessive, la progenie F1 è rappresentata da individui tutti identici.

Si esegue un testcross, nel quale incrociamo femmine eterozigoti della F1 e maschi selvatici; otteniamo una progenie che presenterà diversi fenotipi che rispecchiano ovviamente differenti genotipi.
Noi non conosciamo l'ordine dei geni, potrebbe essere a b c o qualsiasi altra combinazione derivante ed indicare lo stesso genotipo, cioè non conoscendo il modo in cui tali geni sono disposti sul cromosoma, noi potremmo anche scrivere b a c oppure c a b ed indicare lo stesso genotipo e fenotipo.
Lo scopo di mappare però è quello di riuscire a comprendere in che ordine sono disposti i geni di nostro interesse su un cromosoma.

Osserviamo i dati della progenie del testcross nell'immagine sopra.
Ora prendiamo in considerazione due geni alla volta, numero questo fondamentale per eseguire il calcolo della frequenza di ricombinazione.
Prendiamo la coppia di geni a e b. Le combinazioni parentali sono a+ e b+; i ricombinanti sono a e b+; a+ e b.
Per determinare se una classe particolare della progenie è ricombinante o parentale per queste due classi di geni non importa sapere se i nostri moscerini sono c+ o c.
La distanza a<-->b calcolata come la percentuale di ricombinanti sul numero totale della progenie sarà di 350+338+231+218/5109 x 100= 22,5 u.m

Lo stesso ragionamento che abbiamo applicato per a e b lo applichiamo ad a e c; osservando sempre i dati sopra abbiamo che:
350+338+15+7/5109 x 100= 13,89 u.m
Stesso discorso anche per b e c:
231+218+15+7/5109 x 100= 9,3 u.m 

Ciò dimostra che a e b sono la coppia di geni più distanti e di conseguenza possiamo assumere che sul cromosoma sono i geni presenti in posizione più esterna, con il gene c che è localizzato tra questi due geni, quindi in una posizione che potremmo definire "centrale".
Anche in questo caso però possiamo riscontrare lo stesso problema analizzato nell'incrocio a due punti; la distanza tra i geni più esterni non corrisponde alla somma delle distanze intermedie, infatti 13,89 + 9,3 = 23,20 u.m.
Il motivo? Dobbiamo considerare i doppi crossing over!

Prendiamo sempre in considerazione questi tre geni ,quelli che ho provato a disegnare, sono cromosomi autosomi omologhi eterozigoti per i geni di cui abbiamo accennato sopra.
Osservando l'immagine possiamo notare quali sono le regioni coinvolte nel crossing over che hanno dato origine alla progenie osservata precedentemente.
La progenie che avevamo ottenuto in un testcross tra femmine della F1 triple eterozigoti e maschi selvatici omozigoti per alleli recessivi di tutti e tre i caratteri è costituita da otto gruppi.
Ogni gruppo è costituito da un numero differente di moscerini; i due gruppi più numerosi hanno la stessa configurazione genica dei loro nonni, la generazione P (a b c e a+ b+ c+) questi geni costituiscono la classe parentale.
I gruppi successivi (a+ b  c e a b+ c+) sono le classi ricombinanti che rappresentano i prodotti reciproci di un crossing over nella regione 1 tra a e c.

Analogamente i due gruppi contenenti individui a+ b c+ e a b+c sono il risultato della ricombinazione avvenuta nella regione 2 tra c e b.

Arriviamo infine ai due gruppi meno numerosi, essi sono rari ricombinanti a b c+ e a+ b+ c.
In questi due gruppi si sono verificati degli eventi di doppi crossing over differenti avvenuti contemporaneamente, uno nella regione 1 del cromosoma l'altro nella regione 2.

I gameti prodotti da tale doppio crossing over mantengono sempre la configurazione parentale per i geni esterni a e b anche se sono avvenuti due scambi.
Bisogna tenere conto di questo doppio scambio, infatti la distanza che abbiamo precedentemente calcolato non ne teneva conto , quindi bisogna correggere l'errore nel calcolo della frequenza di ricombinazione aggiungendo a tale calcolo i doppi crossing over, dal momento che ogni individuo che mostra un genotipo tipico del doppio crossing over è il risultato di due scambi tra a e b.
350+338+231+218+15+15+7+7/5109 x100= 23,16
questo valore ora risulterà più corretto, se andiamo a fare i conti e sommiamo anche le distanze intermedie tra i due geni ci renderemo conto che la distanza tra a e b è identica alla somma della distanza tra a e c e tra c e b.
Quando Sturtevant inizialmente mappò i geni mediante incroci a due punti, la posizione del locus per il gene delle ali rudimentali risultava ambigua. Un incrocio a due punti dava una frequenza di ricombinazione di 42,9 mentre la somma delle distanze intermedie dava un valore più elevato, 55,0.
Questo era dovuto al fatto che la mappa a due punti ignora il processo del doppio crossing over avvenuto nel vasto intervallo dei geni y e r. Invece sommando i valori di distanze più piccole ciò può essere notato più facilmente anche perchè un evento di doppio crossing over difficilmente avviene in intervalli molto piccoli.
Bisogna sottolineare però che anche una mappa a tre punti non prende  in considerazione a priori il processo del doppio crossing over.
Quando si costruisce una mappa è meglio sempre utilizzare più geni possibili separati da distanze brevi.