12.17: Eredità non nucleare

La maggior parte del DNA risiede nel nucleo di una cellula. Tuttavia, alcuni organelli del citoplasma cellulare, come i cloroplasti e i mitocondri, hanno anche il loro DNA. Questi organelli replicano il loro DNA indipendentemente dal DNA nucleare della cellula in cui risiedono. L'eredità non nucleare descrive l'eredità di geni provenienti da strutture diverse dal nucleo.

I mitocondri sono presenti sia nelle piante che nelle cellule animali. Sono considerate come le "centrali elettriche" delle cellule eucariotiche perché rompono il glucosio per formare energia che alimenta l'attività cellulare. Il DNA mitocondriale è costituito da circa 37 geni, e molti di loro contribuiscono a questo processo, chiamato fosforilazione ossidativa.

I cloroplasti si trovano nelle piante e nelle alghe e sono i siti di fotosintesi. La fotosintesi permette a questi organismi di produrre glucosio dalla luce solare. Il DNA cloroplasto è costituito da circa 100 geni, molti dei quali sono coinvolti nella fotosintesi.

A differenza del DNA cromosomico nel nucleo, il cloroplasto e il DNA mitocondriale non rispettano l'ipotesi mendeliana che metà materiale genetico di un organismo provenga da ciascun genitore. Questo perché gli spermatozoi generalmente non contribuiscono al DNA mitocondriale o cloroplasto agli zigoti durante la fecondazione.

Mentre uno spermatozoi contribuisce principalmente a un insieme aploide di cromosomi nucleari allo zigote, una cellula uovo contribuisce con i suoi organelli oltre ai suoi cromosomi nucleari. Gli zigoti (e i cloroplasti nelle cellule vegetali) ricevono tipicamente mitocondri e cloroplasti esclusivamente dalla cellula uovo; questa è chiamata eredità materna. L'eredità materna è un tipo di eredità non nucleare, o extranucleare.

Perché i mitocondri e i cloroplasti hanno il loro DNA? La spiegazione prevalente è la teoria endosimbiotica. La teoria endosimbiotica afferma che i mitocondri e i cloroplasti erano un tempo procarioti indipendenti. Ad un certo punto, si unirono alle cellule eucariotiche ospiti ed entrarono in una relazione simbiotica, che avvantaggiò entrambe le parti.

- Nelle cellule eucariotiche, mitocondri e plastidi,

una categoria di organelli di cellule vegetali

che comprende i cloroplasti,

si riproducono indipendentemente nel citoplasma

e ognuno di essi ha il proprio set di geni

che ne dirige la riproduzione e la funzione.

Il DNA mitocondriale e plastidico assume la forma

di piccole molecole circolari di DNA

e viene chiamato DNA non nucleare o citoplasmatico.

Ogni organello trasporta molte copie identiche del suo DNA,

in contrasto con il nucleo, dove in genere ci sono

solo due copie di ciascun cromosoma.

Inoltre, durante la divisione cellulare, gli organelli

vengono casualmente separati in nuove cellule figlie,

quindi il DNA non nucleare che viene trasmesso

non segue uno schema prestabilito.

Nella riproduzione animale e di molte piante,

il citoplasma nello zigote proviene dall'uovo.

Perciò, mentre entrambi i genitori contribuiscono equamente

al DNA nucleare, il DNA non nucleare viene trasmesso

solo dalla madre.

Ciò significa che alcuni tratti, come i disturbi metabolici

derivanti da mutazioni nei mitocondri,

possono essere rintracciati in modo matrilineare.

Inoltre, alcuni tratti fisici delle piante, come

il colore delle foglie, sono diretti da geni non nucleari

e vengono tramandati uniparentalmente.