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L’idea che i ricombinanti intracromosomici fossero prodotti da qualche tipo di scambio di materiale tra cromosomi omologhi era convincente. Ma la sperimentazione era necessaria per testare quest’idea. Uno dei primi passi fu quello di correlare la comparsa di un ricombinante genetico con uno scambio di parti di cromosomi. Diversi ricercatori si sono avvicinati a questo problema nello stesso modo. Nel 1931, Harriet Creighton e Barbara McClintock stavano studiando due loci del cromosoma 9 del mais: uno che riguardava il colore del seme (C, colorato; c, incolore) e l’altro che riguardava la composizione dell’endosperma (Wx, ceroso; wx, amidaceo). Inoltre, il cromosoma che portava C e Wx era insolito in quanto portava un elemento grande, densamente colorato (chiamato pomello) all’estremità C e un pezzo più lungo di cromosoma all’estremità Wx;così, l’eterozigote era

Quando confrontarono i cromosomi dei ricombinanti genetici con quelli dei tipi parentali, Creighton e McClintock trovarono che tutti i tipi parentali conservavano le disposizioni cromosomiche parentali, mentre tutti i ricombinanti erano

o

Quindi, hanno correlato gli eventi genetici e citologici della ricombinazione intracromosomica.I chiasmata sembravano essere i siti dello scambio, ma la prova finale di questo non è arrivata fino al 1978.

Ma qual è il meccanismo dello scambio cromosomico in un evento di crossover? La risposta breve è che un crossover è il risultato della rottura e della riunione dei cromosomi. Due cromosomi parentali si rompono nella stessa posizione, e poi si uniscono di nuovo in due combinazioni non parentali. Nel capitolo 19 studieremo i modelli dei processi molecolari che permettono al DNA di rompersi e ricongiungersi in modo così preciso.

Si noterà che, nelle nostre rappresentazioni diagrammatiche del crossing-over in questo capitolo, abbiamo mostrato i crossover che avvengono allo stadio di quattro cromatidi della meiosi. Tuttavia, solo studiando prodotti ricombinanti casuali della meiosi, come in un testcross, non è possibile distinguere questa possibilità dal crossing-over allo stadio di due cromosomi. Questa questione è stata risolta attraverso l’analisi genetica di organismi i cui quattro prodotti della meiosi rimangono insieme in gruppi di quattro chiamati tetradi. Questi organismi sono principalmente funghi e alghe unicellulari. I prodotti meiotici di una singola tetrade possono essere isolati, il che equivale a isolare tutti e quattro i cromatidi derivanti da una singola meiosi. Le analisi delle tetradi di incroci in cui i geni sono collegati mostrano chiaramente che in molti casi le tetradi contengono quattro genotipi diversi per quanto riguarda questi loci; per esempio, dall’incrocio

alcune tetradi contengono quattro genotipi

Questo risultato può essere spiegato solo dal verificarsi di un crossover allo stadio di quattro cromatidi perché, se il crossing over avvenisse allo stadio di due cromosomi, allora potrebbero esserci solo due genotipi diversi in una singola meiosi, come mostrato nella Figura 5-20.

Figura 5-20

L’analisi del tetraedro fornisce prove che hanno permesso ai genetisti di decidere se il crossing-over avviene allo stadio di due filamenti (bicromosoma) o di quattro filamenti (quadricromatide) della meiosi. Poiché più di due diversi prodotti di una singola meiosi (più…)

L’analisi delle tetradi permette di esplorare molti altri aspetti della ricombinazione intracromosomica, che saranno considerati in dettaglio nel capitolo 6, ma per il momento usiamo le tetradi per rispondere a due domande più fondamentali sul crossing-over. Primo, il crossing-over multiplo può avvenire tra più di due cromatidi? Per rispondere a questa domanda, abbiamo bisogno di guardare ai doppi incroci; e, per studiare i doppi incroci, abbiamo bisogno di tre geni collegati. Per esempio, in un incrocio come

sono possibili molte tetradi diverse, ma alcune di esse possono essere spiegate solo da doppi incroci. Consideriamo la seguente tetrade come esempio:

Questa tetrade deve essere spiegata da due incroci che coinvolgono tre cromatidi, come mostrato nella Figura 5-21. Altri tipi di tetradi mostrano che tutti e quattro i cromatidi possono partecipare al crossing-over nella stessa meiosi. Pertanto, due, tre o quattro cromatidi possono prendere parte agli eventi di crossing-over in una singola meiosi.

Figura 5-21

Uno dei vari tipi possibili di tetradi a doppio incrocio che si osservano regolarmente.Si noti che più di due cromatidi si sono scambiati le parti.

Se tutti i cromatidi possono partecipare, possiamo chiedere se c’è qualche interferenza cromatidica; in altre parole, il verificarsi di un crossover tra due cromatidi fratelli qualsiasi influenza la probabilità che quei due cromatidi prendano parte ad un altro crossover nella stessa meiosi? L’analisi della tetrade può rispondere a questa domanda e mostra che generalmente la distribuzione dei crossover tra cromatidi è casuale; in altre parole, non c’è interferenza cromatidica.

Prima di lasciare l’argomento del coinvolgimento dei cromatidi nei crossover, vale la pena sollevare un’altra questione: È possibile che il crossing-over avvenga tra cromatidi fratelli? È stato dimostrato in alcuni organismi che in effetti esiste il crossing-over tra cromatidi fratelli; ma, poiché non produce ricombinanti e, inoltre, perché non è chiaro se si verifica in tutti gli organismi, è convenzionale non rappresentare questo tipo di scambio nei diagrammi di crossover.

Il crossing-over è un processo notevolmente preciso. La sinapsi e lo scambio di cromosomi fanno sì che nessun segmento venga perso o guadagnato, e che quattro cromosomi completi emergano in una tetrade. Molto è stato appreso sulla natura degli eventi molecolari all’interno e intorno ai siti di cross-over, e questi saranno esplorati nel Capitolo 19.

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