Consideriamo un individuo eterozigote per due geni (LlGg), nel quale gli alleli L e G provengano dalla madre mentre gli alleli l e g provengano dal padre. Quando questo organismo produce i gameti, gli alleli di origine materna (L e G) devono per forza finire insieme in uno stesso gamete e quelli di origine paterna (l e g) in un altro, oppure un gamete può ricevere un allele materno e uno paterno (L e g, come pure l e G)?

Per rispondere a questa domanda, Mendel progettò un’altra serie di esperimenti. Cominciò con dei ceppi di pisello che differivano per due caratteristiche del seme: la forma e il colore. Un ceppo parentale puro produceva soltanto semi lisci e gialli (LLGG), mentre l’altro produceva soltanto semi rugosi e verdi (llgg). Dall’incrocio fra questi due ceppi si otteneva una generazione F₁ nella quale le piante avevano tutte genotipo LlGg. Poiché gli alleli L e G sono dominanti, i semi erano tutti lisci e gialli.

Mendel continuò l’esperimento fino alla generazione F₂ compiendo un incrocio diibrido (ovvero un incrocio fra individui che sono tutti doppiamente eterozigoti) fra piante di F₁; in pratica, si limitò a lasciare che le piante di F₁ si autoimpollinassero. Secondo Mendel, (che, come dobbiamo ricordare, non aveva mai sentito parlare di cromosomi o di meiosi), esistevano due diversi modi in cui tali piante doppiamente eterozigoti potevano produrre gameti.

1. Gli alleli L e l potevano conservare la relazione che avevano nella generazione parentale (cioè essere associati). In questo caso le piante F₁ avrebbero prodotto due soli tipi di gameti (LG e lg) e la progenie di F₂ risultante dall’autoimpollinazione avrebbe dovuto essere composta da piante con semi lisci e gialli e da piante con semi rugosi e verdi, con un rapporto 3:1. Se questo fosse stato il risultato, non ci sarebbe stata ragione di pensare che la forma e il colore del seme fossero regolati da due geni diversi, dato che i semi lisci sarebbero stati sempre gialli e quelli rugosi sempre verdi.
2. Gli alleli L e l si potevano distribuire in modo indipendente da come si distribuivano G e g (cioè i due geni potevano essere indipendenti). In questo caso la F₁ avrebbe prodotto in ugual misura quattro tipi di gameti: LG, Lg, lG e lg. Dalla combinazione casuale di questi gameti si sarebbe generata una F₂ con nove genotipi differenti. La progenie di F₂ avrebbe uno fra tre genotipi possibili per la forma (LL, Ll e ll) e uno fra tre genotipi possibili per il colore (GG, Gg e gg) che, combinati fra loro, danno nove genotipi. I fenotipi corrispondenti sarebbero stati quattro: liscio giallo, liscio verde, rugoso giallo e rugoso verde. Se inserisci questi dati in un quadrato di Punnett, puoi prevedere che questi quattro fenotipi si sarebbero presentati nei rapporti numerici di 9:3:3:1 (▶figura 7).

Gli incroci diibridi di Mendel confermarono la seconda previsione: in F₂comparvero infatti quattro fenotipi differenti in un rapporto di 9:3:3:1. In una parte della progenie le caratteristiche parentali si presentarono in combinazioni inedite (liscio con verde e rugoso con giallo), che prendono il nome di fenotipi ricombinanti.

Questi risultati indussero Mendel alla formulazione di quella che è nota come terza legge di Mendel o legge dell’assortimento indipendente dei caratteri: durante la formazione dei gameti, geni diversi si distribuiscono l’uno indipendentemente dall’altro. In altre parole, considerando i due geni A e B, la separazione degli alleli del gene A è indipendente dalla separazione degli alleli del gene B.

Oggi sappiamo che questa legge non è universalmente valida come la legge della disgiunzione; essa infatti si applica ai geni posizionati su cromosomi distinti, ma non sempre a quelli collocati su uno stesso cromosoma, come vedremo nelle prossime pagine. A ogni buon conto, non si sbaglia dicendo che durante la formazione dei gameti i cromosomi si riassortiscono l’uno indipendentemente dall’altro, e che così fanno due geni qualsiasi situati su coppie di cromosomi omologhi distinti (▶figura 8).

In che modo le leggi di Mendel si applicano alla specie umana? Mendel ha elaborato le sue leggi eseguendo molti incroci programmati e numerosi conteggi della prole. Né l’una né l’altra procedura è applicabile agli esseri umani, perciò la genetica umana può contare soltanto sulle genealogie: alberi genealogici che mostrano la comparsa di determinati fenotipi (e alleli) in più generazioni di individui imparentati.

Dato che la nostra specie produce una prole molto meno numerosa delle piante di pisello, negli alberi genealogici umani i rapporti numerici fra i fenotipi della prole non sono così netti come quelli osservati da Mendel. Per esempio, quando un uomo e una donna entrambi eterozigoti (poniamo, Aa) hanno figli, ogni figlio ha una probabilità del 25% di essere omozigote recessivo (aa). Se questa coppia dovesse avere dozzine di figli, un quarto di essi sarebbe omozigote recessivo (aa), ma la prole di un’unica coppia molto probabilmente è troppo scarsa per mostrare la proporzione esatta di un quarto. In una famiglia con due figli, per esempio, ciascuno di essi potrebbe facilmente essere aa (come pure Aa o AA).

Come si fa per sapere se tanto la madre quanto il padre sono portatori di un allele recessivo? La genetica umana parte dal presupposto che gli alleli responsabili di fenotipi anomali (come le malattie genetiche) siano rari all’interno della popolazione. Ciò significa che se alcuni membri di una data famiglia presentano un allele raro, è altamente improbabile che una persona esterna alla famiglia che entri a farne parte per matrimonio sia anch’essa dotata dello stesso allele raro.

È frequente che i genetisti umani vogliano sapere se un particolare allele raro, responsabile di un fenotipo anomalo, è dominante o recessivo. Nella ▶figura 9A puoi vedere un albero genealogico che mostra lo schema di trasmissione ereditaria di un allele dominante. Le caratteristiche chiave da ricercare in una simile genealogia sono le seguenti:

• ogni persona malata ha un genitore malato;
• circa metà dei figli di un genitore malato è malata;
• il fenotipo compare con la stessa frequenza nei due sessi.

Confronta questo schema con la ▶figura 9B, che mostra invece la trasmissione ereditaria di un allele recessivo:

• le persone malate hanno due genitori di solito sani;
• nelle famiglie colpite dalla malattia, circa un quarto dei figli di genitori sani è malato;
• il fenotipo compare con la stessa frequenza nei due sessi.

Negli alberi genealogici che mostrano la trasmissione ereditaria di un fenotipo recessivo non è raro trovare un matrimonio fra parenti. Questo fatto è una conseguenza della rarità degli alleli recessivi che danno origine a fenotipi anomali. Perché due genitori fenotipicamente normali abbiano un figlio malato (aa) è necessario che siano entrambi eterozigoti (Aa). Se un determinato allele recessivo è raro nella popolazione in generale, la probabilità che due coniugi siano entrambi portatori di quell’allele sarà molto bassa.

Se però quell’allele è presente in una famiglia, due cugini potrebbero condividerlo (vedi ▶figura 9B). Infatti gli studi su popolazioni isolate per motivi culturali (per esempio a causa della religione) e geografici (come le popolazioni insulari) hanno portato un contributo importante alla genetica umana, poiché gli individui di questi gruppi tendono a sposarsi fra loro.

Dato che l’analisi delle genealogie trova il suo principale impiego nelle valutazioni cliniche e nella consulenza a pazienti con anomalie ereditarie, di solito viene eseguita su una sola coppia di alleli per volta. Tuttavia, se considerassimo due diverse coppie di alleli, vedremmo rispettato anche l’assortimento indipendente, oltre alla segregazione degli alleli.