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Con il termineaplotipo (dal greco ἁπλόος contratto ἁπλοῦς haplóos=singolo o semplice) si definisce la combinazione di variantialleliche lungo uncromosoma o segmento cromosomico contenente loci inlinkage disequilibrium, cioè strettamente associati tra di loro[1], e che in genere vengono ereditati insieme.
L'associazione statistica traloci si manifesta in assenza di ricombinazione tra i loci stessi. Per quanto riguarda gliautosomi (cromosomi non sessuali) e leregioni pseudoautosomiche dei cromosomi sessuali questo può essere dovuto alla vicinanza fisica tra i loci considerati e all'assenza di hot-spot diricombinazione tra di loro. Invece gli alleli dellaregione non ricombinante del cromosoma Y (NRY) sono sempre associati a formare aplotipi, così come glialleli delgenoma mitocondriale (mtDNA). Infatti queste due porzioni del genoma non ricombinano, essendo ereditate con modalità uniparentali, paterna la prima, materna la seconda. In particolare gli aplotipi differenti per un sistema aploide non ricombinante sono pari a 1+n, dove n è il numero di siti biallelici presi in considerazione, mentre per i sistemi diploidi ricombinanti sono n2.
In generale aplotipi differenti sono generati da un aplotipo ancestrale per effetto dellamutazione ai singoliloci. I prodotti di questo meccanismo evolutivo possono essere correlati attraverso lafilogenesi fino a desumere la forma ancestrale dell'aplotipo.Spesso, quando la risoluzione molecolare di un aplotipo è molto elevata, può essere utile raggruppare filogeneticamente aplotipi diversi sulla base di un comune progenitore definendo così unaplogruppo.
Lo studio di queste trasmissioni veniva utilizzato (prima dell'avvento dellabiologia molecolare) per stabilire la distanza tra due geni su un cromosoma. Questa distanza viene espressa comepercentuale di ricombinazione, la cui unità viene definita "centimorgan", in omaggio al genetistaThomas Hunt Morgan.
Il termine è usato soprattutto inimmunologia per descrivere un insieme di geni situati sullo stesso cromosoma, che codificano per gli antigeni del sangue o dei tessuti. I primi sistemi di classificazione dei gruppi sanguigni definiti dagli aplotipi comprendono il sistema 'Rhesus' del 1947. Il modello più popolare di aplotipo è il Human Leukocyte Antigen (HLA), il cui ruolo è fondamentale nella realizzazione delle reazioni di difesa immunitaria dell'organismo. Infatti, molte malattie genetiche hanno la loro origine in una "anomalia" dei geni HLA.Supponiamo che due geni su un cromosoma, molto vicini l'uno all'altro, non vengano separati dalcrossing over durante lameiosi. Per esempio nel sistema di sangue MNS, il gene che codifica una proteina, la 'glicoforina A' (GPA), ha due alleli M e N, ed il gene che codifica per una seconda proteina, la 'glicoforina B' (GPB), ha due alleli s e S. Ci sono 4 aplotipi possibili in questo sistema: MS, Ms, NS, Ns. Per esempio, consideriamo un padre che ha ricevuto dai genitori gli aplotipi MS e Ns, quindi ha genotipo MS/Ns e fenotipo MNSs, sposato con una donna omozigote MS/MS con fenotipo MMSS. I loro figli saranno necessariamente MS dalla madre, e saranno MS o Ns da parte del padre (ma non Ms o NS). A parte casi di ricombinazione eccezionale, la frequenza di occorrenza nelle famiglie fornisce un'idea della distanza tra i geni espressi in centimorgan.
| Aplotipi materni | |||
|---|---|---|---|
| MS | MS | ||
| Aplotipi paterni | MS | MS /MS | MS /MS |
| Ns | MS / Ns | MS / Ns | |
In un secondo significato, aplotipo è un insieme dipolimorfismi di un singolo nucleotide (SNPs) su un unico cromosoma di una coppia di alleli che sono statisticamente associati. Si pensa che queste associazioni, e l'individuazione di un paio di alleli di un aplotipo, possano portare all'identificazione inequivocabile di tutti gli altri siti polimorfici nella sua regione. Tali informazioni sono molto preziose per lo studio della genetica perché alla base di molte malattie comuni, e sono state studiate nella specie umana dallaHapMap International Project.[2]
In una definizione più generale, un aplotipo è semplicemente il genotipo di un singolo cromosoma o di un aplogruppo del cromosoma. L'aplotipo sta diventando la nuova unità funzionale del genoma.
Molte società che fanno test genetici usano la parola 'aplotipo' in riferimento ad alleli mutati di corte ripetizione in tandem (STR) all'interno di un segmento genetico, mentre utilizzano il termine 'aplogruppo' per fare riferimento a mutazioni con un unico evento di polimorfismo (UEP) che rappresenta il cluster al quale un insieme di potenziali aplotipi appartengono[3].
Il genotipo di un organismo potrebbe non definire in modo univoco il suo aplotipo. Ad esempio, consideriamo un organismo diploide e due loci bi-allelici sullo stesso cromosoma come polimorfismi a singolo nucleotide (SNP). Il primo locus ha alleli A e T con tre possibili genotipi AA, AT e TT, il secondo locus avente G e C, ancora una volta dà tre possibili genotipi GG, GC e CC. Per un dato individuo, ci sono quindi nove possibili configurazioni per i genotipi a questi due loci, come mostrato nel quadrato di Punnett di sotto, che indica i possibili genotipi che un individuo può svolgere e gli aplotipi corrispondenti che questi risolvono. Per gli individui che sono omozigoti in uno o entrambi i loci, è chiaro quali sono gli aplotipi; è solo quando un individuo è eterozigote per entrambi i loci che la fase gametica è ambigua.
| AA | AT | TT | |
|---|---|---|---|
| GG | AG AG | AG TG | TG TG |
| GC | AG AC | AG TC or AC TG | TG TC |
| CC | AC AC | AC TC | TC TC |
L'unico metodo univoco per risolvere l'ambiguità di fase è il sequenziamento. Tuttavia, è possibile stimare la probabilità che un particolare aplotipo quando la fase è ambigua attraverso un campione di individui.
Conoscendo i genotipi per un certo numero di individui, gli aplotipi si possono dedurre dalla risoluzione dell'aplotipo o altre tecniche. Questi metodi si basano sull'osservazione che alcuni aplotipi sono comuni in alcune regioni genomiche. Quindi, dato un insieme di risoluzioni aplotipiche possibili, essi tendono a scegliere quelli in cui c'è un minor numero di aplotipi diversi. I meccanismi di questi metodi varia - alcuni si basano su approcci combinatori (ad esempio, la parsimonia), mentre altri utilizzano funzioni di rischio sulla base di diversi modelli e ipotesi, come il principio di Hardy-Weinberg, il modello di teoria della coalescenza, o filogenesi perfetta. Questi modelli sono combinati con algoritmi di ottimizzazione, quali ad esempio di aspettativa-massimizzazione (EM), Markov chain Monte Carlo (MCMC), o i modelli nascosti Markov nascosti (HMM).
L'aplotipizzazione con microfluidi di un intero genoma è una tecnica per la separazione fisica dei singoli cromosomi di una cellula in metafase seguita da risoluzione diretta del aplotipo per ciascun allele.
A differenza di altri cromosomi, i cromosomi Y non si trovano a coppie, ma ogni maschio umano ne ha soltanto una copia. Questo significa che non vi è alcuna casualità sulla copia che viene ereditata; così, a differenza di aplotipi autosomici, non vi è dunque alcuna randomizzazione per l'aplotipo del cromosoma Y tra le generazioni, e un maschio umano dovrebbe in gran parte mostrare lo stesso cromosoma Y di suo padre, con più o meno alcune mutazioni, dal momento che, nella popolazione umana, questo cromosoma si caratterizza per un elevato grado di polimorfismo.
In particolare, la Y-DNA che è il risultato numerato di un test genealogico del DNA Y-DNA deve corrispondere, a meno di mutazioni.[non chiaro] Nelle discussioni genealogiche e popolari, questo è a volte indicato come la "firma DNA" di un particolare essere umano di sesso maschile, o del suo sangue paterno.
Risultati UEP (risultati SNP).
I polimorfismi di Unico-evento (UEPs) come SNPs rappresentano aplogruppi. STRs indicano aplotipi. I risultati che compongono l'intero aplotipo Y dal test del DNA del cromosoma Y possono essere divisi in due parti: i risultati della UEPs, a volte chiamati i risultati SNP, sono polimorfismi a singolo nucleotide, ed i risultati di corte sequenze microsatellite ripetute in tandem (Y-STR).
I risultati UEP riflettono l'eredità di eventi che si ritiene possa essersi verificata solo una volta in tutta la storia umana. Questi possono essere utilizzati per identificare direttamente l'aplogruppo Y-DNA dell'individuo, il suo posto sull'albero genealogico di massima dell'intera umanità. Diversi aplogruppi Y-DNA identificano popolazioni genetiche che spesso sono strettamente legati alle aree geografiche, riflettondo le migrazioni degli individui in relazione ai propri antenati decine di migliaia di anni fa.
Aplotipi Y-STR.
L'altra parte possibile dei risultati genetica è l'aplotipo Y-STR.A differenza del UEPs, la Y-STR mutano molto più facilmente, e dalla loro risoluzione si può distinguere la genealogia molto più recente. Gli aplotipi Y-STR è probabile che si sono diffusi a parte, per formare un cluster di più o meno risultati simili. In genere, questo gruppo avrà un centro definito più probabile, l'aplotipo modale, e anche una diversità dell'aplotipo - il grado in cui è diventato diffuso. Più in passato si è verificato l'evento che lo definiscono, e più la crescita demografica si è verificata all'inizio del successivo evento, maggiore sarà la diversità di aplotipo per un determinato numero di discendenti. D'altra parte, se la diversità dell'aplotipo è più piccola per un determinato numero di discendenti, ciò può indicare un antenato comune più recente, o che una espansione della popolazione si è verificato più di recente.
È importante notare che, a differenza di UEPs, non vi è alcuna garanzia che due individui con un aplotipo Y-STR simile necessariamente condividano un antenato simile. Non c'è univocità di eventi Y-STR. Invece, i cluster di risultati Y-STR aplotipo ereditando da eventi diversi e storie diverse tendono tutti a sovrapporsi.
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