Se si verificano due interruzioni in un cromosoma, a volte la regione tra le rotturarotate 180 gradi prima di ricongiungersi con i due frammenti finali. Un tale eventocrea una mutazione cromosomica chiamata inversione. A differenza delle delezioni e delle duplicazioni, le inversioni non cambiano la quantità complessiva del materiale genetico, quindi le inversioni sono generalmente vitali e non mostrano particolari anomalie a livello fenotipico., In alcuni casi, una delle rotture del cromosoma si trova all’interno di un gene di funzione essenziale, e quindi quel punto di rottura agisce come una mutazione genetica letale legata all’inversione. In tal caso, l’inversione non poteva essere allevata all’omozigosi. Tuttavia, molte inversioni possono essere fattehomozygous; inoltre, le inversioni possono essere rilevate in organismi aploidi. In questi casi, il punto di interruzione non è chiaramente in una regione essenziale. Alcuni dei possibleoutcomes di inversione a livello di DNA sono mostrati in Figura 17-14.

Figura 17-14

Effetti delle inversioni a livello di DNA., I geni sono rappresentati daya, B,C e D. Il filo del modello è verde scuro; nontemplatestrand è verde chiaro; le linee frastagliate indicano la rottura del DNA. La lettera Pstands per promotore; freccia spessa indica la posizione (più…)

La maggior parte delle analisi delle inversioni utilizza inversioni eterozigoti—diploidi in cui un cromosoma ha la sequenza standard e uno porta l’inversione., L’osservazione microscopica dei meios negli eterozigoti di inversione rivela la posizione del segmento invertito perché un cromosoma si torce una volta alle estremità dell’inversione per accoppiarsi con l’altro cromosoma non attorcigliato; in questo modo gli omologhi accoppiati formano un anello di inversione (Figura17-15).

Figura 17-15

I cromosomi degli eterozigoti di inversione si accoppiano in un ciclo alla meiosi. (a) Rappresentazione schematica; ogni cromosoma è in realtà una coppia di cromatidi a sorella., (b) Micrografie elettroniche di complessi sinaptonemici atprofasi I di meiosi in un topo eterozigote (altro…)

La posizione del centromero rispetto al segmento invertito determina ilcomportamento genetico del cromosoma. Se il centromero è al di fuori dell’inversione, allora l’inversione è detta paracentrica, mentre le inversioni che si estendono al centromero sono pericentriche:

Come si comportano geneticamente le inversioni?, Crossing-over all’interno del ciclo di inversione di inversione aparacentric collega centromeri omologhi in un dicentricbridge mentre anche la produzione di un frammento acentrico-un fragmentwithout un centromero. Quindi, mentre i cromosomi si separano nell’anafase I, i centromeri rimangono collegati dal ponte, che orienta i centromeri in modo che i cromatidi incrociati si trovino più lontani. Il frammento acentrico non può allinearsi o muoversi ed è, di conseguenza, perso. La tensione alla fine rompe il ponte,formando due cromosomi con eliminazioni terminali (Figura 17-16)., I gameti che contengono tali cromosomi cancellati possono essere invidiabili ma, anche se vitali, gli zigoti che alla fine formano sono invidiabili.Quindi, un evento crossover, che normalmente genera la classe ricombinante dei prodotti meiotic, produce invece prodotti letali. Il risultato complessivo è più bassofrequenza combinante. Infatti, per i geni all’interno dell’inversione, la RF è zero. Forgenes che fiancheggiano l’inversione, la rf è ridotta proporzionalmente alla dimensione relativa dell’inversione.,

Figura 17-16

Prodotti meiotici risultanti da un singolo crossover all’interno di un ciclo di inversione acentrico. Due cromatidi nonsister si incrociano all’interno del ciclo.

Le inversioni influenzano la ricombinazione anche in un altro modo. Gli eterozigoti di inversione hanno spesso problemi di accoppiamento meccanico nella regione dell’inversione; questi problemi di accoppiamento riducono la frequenza del crossing-over e quindi la frequenza ricombinante nella regione.,

L’effetto genetico netto di un’inversione pericentrica è lo stesso di quello di un aparacentrico—i prodotti crossover non vengono recuperati—ma per ragioni diverse. Nell’inversione apericentrica, poiché i centromeri sono contenuti all’interno della regione invertita, i cromosomi che si sono incrociati si disgiungono in modo normale,senza la creazione di un ponte. Tuttavia, il crossover produce cromatidi checontengono una duplicazione e una carenza per diverse parti del cromosoma (Figura 17-17)., In questo caso, se un nucleoconservando un cromosoma crossover viene fecondato, lo zigote muore a causa del suosequilibrio genetico. Ancora una volta, il risultato è il recupero selettivo di noncrossoverchromosomes in progenie vitale.

Figura 17-17

Prodotti meiotici derivanti da una meiosi con un singolo crossover all’interno del ciclo di inversione apericentrica.,

Vale la pena aggiungere una nota sulle inversioni omozigoti. In questi casi i cromosomi omologhi invertiti si accoppiano e si incrociano normalmente, non ci sono ponti e i prodotti meiotici sono vitali. Tuttavia, un effetto interessante è che la mappa di collegamentomostrerà l’ordine genico invertito.,

I genetisti usano inversioni per creare duplicazioni di specifiche regioni cromosomiche per vari scopi sperimentali. Ad esempio, si consideri un’inversione pericentrica eterozigote con un punto di interruzione sulla punta (T) del cromosoma, come mostrato nella Figura 17-18. Un crossover nel ciclo produce un tipo di cromatide in cui l’intero braccio sinistro è duplicato; se la punta non è essenziale, viene generato uno stock di duplicazione per l’indagine. Un altro modo per fare una duplicazione (e una carenza) è usare due inversioni paracentriche con breakpoint di sovrapposizione (Figura 17-19)., Viene formato un ciclo complesso e un crossover all’interno dell’inversione produce la duplicazione e la cancellazione. Queste manipolazioni sono possibili solo in organismicon cromosomi accuratamente mappati per i quali sono disponibili grandi serie di riarrangiamenti standard.

Figura 17-18

Generazione di una duplicazione non standard praticabile da un’inversione pericentricavicino a una punta cromosomica dispensabile.,

Figura 17-19

Generazione di una duplicazione non standard mediante incrocio tra due inversioni di sovrapposizione.

Abbiamo visto che l’analisi genetica e la citologia cromosomica meiotica sono entrambi buoni modi per rilevare le inversioni. Come con la maggior parte dei riarrangiamenti, c’è anche la possibilità di rilevamento attraverso l’analisi cromosomica mitotica. Una caratteristica operativa chiave è tolook per i nuovi rapporti del braccio., Si consideri un cromosoma che è mutato come segue:

Si noti che il rapporto tra il braccio lungo e il braccio corto è stato modificato da circa 4 acirca 1 dall’inversione pericentrica. Le inversioni paracentriche non alterano l’armratio, ma possono essere rilevate microscopicamente se sono disponibili bande o altri segni cromosomici.,

MESSAGGIO

Le principali caratteristiche diagnostiche delle inversioni sono i cicli di inversione, la riduzione della frequenza di ricombinazione e la ridotta fertilità da prodotti meiotici sbilanciati o cancellati, tutti osservati in individui eterozigoti per inversioni. Alcune inversioni possono essere osservate direttamente come una disposizione invertita di segni cromosomici.

Le inversioni si trovano in circa il 2% degli esseri umani. I vettori di inversione eterozigoti generalmente non mostrano fenotipo avverso, ma producono la serie prevista di prodotti meiotici anormali dall’attraversamento nel ciclo di inversione., Consideriamo le inversioni pericentriche come esempio. Le persone eterozigote per le inversioni pericentriche producono prole con i cromosomi di duplicazione–delezione previsti; questi discendenti mostrano vari gradi di anomalie a seconda delle lunghezze delle regioni cromosomiche interessate. Alcuni fenotipi causati da duplicazione-deletionchromosomes sono così anormali da essere incapaci di sopravvivenza a nascita e sono aborti asspontaneous persi. Tuttavia, c’è un modo per studiare il meiotico anormaleprodotti che non dipendono dalla sopravvivenza a termine., Lo sperma umano messo in contactwith le uova non fecondate del criceto dorato penetrano le uova ma non riescono a fecondarle. Il nucleo dello sperma non si fonde con il nucleo dell’uovo e, se la cellula è preparata per l’esame citogenetico, i cromosomi umani sono facilmente visibili come un gruppo distinto (Figura 17-20).Questa tecnica consente di studiare i prodotti cromosomici di un maschio meiosisdirettamente ed è particolarmente utile nello studio dei prodotti meiotici di uomini che hannomutazioni cromosomiche.,

Figura 17-20

Lo sperma umano e gli ovociti di criceto sono fusi per consentire lo studio dei cromosomi nei prodotti meiotici dei maschi umani. (Dopo artby originale Renée Martin.)

In un caso, un uomo eterozigote per un’inversione del cromosoma 3 è stato sottoposto a spermanalisi. L’inversione era di grandi dimensioni con un alto potenziale di attraversamento nel ciclo. Quattro tipi di cromosoma 3 sono stati trovati nello sperma dell’uomo: normale, inversione e due tipi ricombinanti (Figura 17-21).,Lo sperma conteneva i quattro tipi nelle seguenti frequenze:

Figura 17-21

(a) Quattro cromosomi diversi 3 trovati nello sperma di un uomo eterozigote peruna grande inversione pericentrica. I tipi di duplicazione-eliminazione risultanoda un crossover nel ciclo di inversione. (b) Due insiemi completi spermchromosome contenenti i due duplicazione–delezione (più…,)

Il cromosoma ricombinante duplicazione-q–delezione-p era stato osservato in precedenza in diversi bambini anormali, ma il tipo duplicazione-p–delezione-q non era mai stato osservato, e probabilmente gli zigoti che lo ricevevano erano troppo anormali per sopravvivere a termine.Presumibilmente, la cancellazione del frammento q più grande ha conseguenze più gravi dielezione del frammento p più piccolo.