GENETICA VEGETAL VI al final 2015 I

VI.- LIGAMIENTO E INTERCAMBIO GENÉTICO
6.1 LIGAMIENTO FACTORIAL O LIGAMIENTO DE GENES
Existen casos en los que las proporciones fenotípicas mendelianas de 3:1 ó
9:3:3:1 para la F2 de uno o dos pares de genes, respectivamente, difieren
grandemente, debido a que predominan notablemente los fenotipos
idénticos a los progenitores originales, sobre los que se supone que debe
haber una recombinación de caracteres. A este fenómeno se le denomina
ligamiento factorial o ligamiento de genes y fue descubierto por Bateson en
1905, al realizar cruzamientos entre guisantes de olor (Latirus odoratus).
Bateson encontró que los gametos que llevan las combinaciones paternas
son 7 veces más numerosas que los que llevan combinaciones de genes
diferentes (recombinados).
Este caso se explica porque en la gametogénesis de los individuos de la
F1, se produce una mayor cantidad de gametos que llevan combinaciones
genéticas idénticas a los progenitores homocigotas. Morgan explica que
esto se debe a que los genes o factores aportados por cada progenitor de
la P1 están localizados en el mismo cromosoma.
Cuando dos o más genes se encuentran en el mismo cromosoma, se dice
que están ligados o enlazados y tienden a permanecer juntos durante la
formación de gametos.
En un cruce de prueba de dihíbridos se tiene:
AaBb
x
aabb
Gametos
Diferentes (AB, Ab, aB, ab} x
{ab}
Resultado: 1 AaBb: 1 Aabb: 1 aaBb: 1 aabb
¼
¼
¼
¼
Esto se debe a que se cumple la ley de distribución independiente de
Mendel y los genes se encuentran en cromosomas separados.
En cambio, en un cruce de prueba de dihíbridos cuando los genes se
encuentran en un mismo cromosoma (ligados), se tiene:
(AB/ab) A
.
a
B
.
b
AaBb
Gametos diferentes {AB, ab}
Resultado
:
X
a
.
a
X
X
aabb
(ab)
b
.
b
(ab/ab)
1 AaBb: 1 aabb
½
½
GENÉTICO
–
INTERCAMBIO
ENTRECRUZAMIENTO
–
RECOMBINACIÓN
Cuando un par de cromosomas homólogos se aparea (sinapsis) se produce
el entrecruzamiento e intercambio de material genético entre cromátidas no
hermanas; para lo cual se requiere que haya rompimiento y unión de
solamente dos cromátidas no hermanas en cualquier punto del cromosoma.
6.2
1
A
A
B
B
a
b
a
b
Sinapsis y
entrecruzamiento
A
A
B
b
A
A
a
a
B
b
a
a
Meiosis I
B
b
50% P
B
b
Meiosis II
50% R
Gametos
Se observa que el 50% de gametos que se formen no se han entrecruzado
y se les llama gametos parentales, porque se encuentran en forma idéntica
a los progenitores.
El otro 50% de gametos que se forme, son el resultado del
entrecruzamiento y se llaman gametos recombinados.
Posición CIS o Fase de Acoplamiento.- Se llama así cuando los dos
alelos dominantes están en un cromosoma y los dos alelos recesivos en el
otro (AB/ab).
Posición TRANS o Fase de Repulsión.- Se llama así cuando el alelo
dominante de un locus y el alelo recesivo del otro se encuentran en el
mismo cromosoma (Ab/aB).
Dos loci ligados pueden estar en Fase de Acoplamiento AB/ab (los dos alelos
dominantes sobre el mismo cromosoma, y los dos recesivos sobre el
cromosoma homologo) o en Fase de Repulsión Ab/aB (un alelo dominante y otro
recesivo sobre cada cromosoma).
El entrecruzamiento o recombinación es un fenómeno muy extendido entre
los organismos vivos. Ocurre en casi todas las plantas superiores y
animales. Es importante porque aumenta la variabilidad genética y la
variación es vital para el desarrollo evolutivo de las especies.
La variabilidad incrementada con la recombinación es muy valiosa porque
permite que se produzca selección natural.
6.3 DOBLES ENTRECRUZAMIENTOS
Un par de cromosomas homólogos en sinapsis es un bivalente o una
tetrada (estado de cuatro filamentos), en él se pueden producir uno o más
quiasmas, dependiendo de la longitud del cromosoma y de la distancia que
haya entre los genes de dicho cromosoma. El conocimiento de esto
permitirá predecir el porcentaje (%) de gametos parentales y recombinantes
formados a partir de determinado genotipo.
2
a)
Doble entrecruzamiento recíproco.- Cuando el segundo
entrecruzamiento se produce entre las mismas cromátidas que
participaron en el primer entrecruzamiento.
b)
Doble entrecruzamiento Diagonal.- Cuando el segundo
entrecruzamiento se produce entre una cromátida que ya intervino en el
primer entrecruzamiento y otra diferente. Los gametos resultantes son
75% recombinados y 25% parentales.
c)
Doble entrecruzamiento complementario.- Cuando en el segundo
entrecruzamiento no intervienen ninguna de las cromátidas del primer
entrecruzamiento. Los gametos resultantes son 100% recombinados.
VII.- HERENCIA POLIGÉNICA – HERENCIA MULTIFACTORIAL – HERENCIA
CUANTITATIVA - HERENCIA DE GENES MÚLTIPLES.
7.1 GENERALIDADES
Hasta ahora hemos tratado con características fácilmente distinguibles
por un atributo, así como con los genes que las controlan. El pelo
humano puede ser rizado, ondulado o lacio; rubio, castaño o negro y las
combinaciones posibles: rizado rubio, negro ondulado, etc.; la cresta de
una gallina puede ser: simple, roseta o guisante; un hombre es
hemofílico o no. En fin, se tata de características donde la variación es
fácilmente perceptibles entre los fenotipos causados por genotipos
diferentes, donde el medio ambiente no ejerce efecto muy marcado.
Este tipo de herencia se llama Herencia Cualitativa, porque el fenotipo
producido por un gen se puede distinguir a simple vista y se diferencia
con facilidad del fenotipo producido por su alelo correspondiente A (alto);
a (bajo). La variación producida por caracteres cualitativos es
discontinua debido a que las diferencias entre los fenotipos producidos
por un par de alelos alternantes son fácilmente distinguibles.
Pero, no todos los caracteres se pueden describir de esta manera, así
tenemos por ejemplo que la estatura en el ser humano varía de individuo
a individuo en forma continua; lo mismo ocurre con el peso; con el
rendimiento por planta, la velocidad entre caballos de carrera, la
producción de leche de las vacas, la habilidad entre gallinas ponedoras,
etc.; por ello se llaman caracteres cuantitativos y son cuantificables
(mensurables, medibles) y la herencia que explica su acción es la
Herencia Cuantitaiva o Poligénica y la variación es contínua .
3
7.2 POLIGENES
Son genes múltiples que están involucrados en la herencia cuantitativa,
cuya expresión se debe al efecto acumulativo de cada uno de los alelos
que determinan el fenotipo y son fuertemente influenciados por el medio
ambiente.
La herencia poligénica es cuantitativa, continua, acumulativa y regulada
por el medio ambiente.
El sueco Nilsson-Ehle fue uno de los pioneros en el estudio de la
herencia poligénica. Cruzó dos variedades de trigo, una de grano rojo
intenso y otra de grano blanco, observando que en la F1 toda la
descendencia era de un color rojo intermedio. En la F2, observó que muy
pocas plantas tuvieron granos de color rojo intenso y también muy
pocas plantas tuvieron granos de color blanco. Además destacó el hecho
que aparecieron nuevos fenotipos como: color rojo oscuro; intermedio y
claro. Lo que le permitió concluir que estaban involucrados dos pares de
alelos en la determinación del color:
P
:Fenotipos granos rojo intenso
x granos blancos
Genotipos
x
Gametos
F1
:
Genotipo
Fenotipo
F2
:
AaBb
AABB
{ AB
ab }
AaBb
rojo intermedio
x
AaBb
Gametos: { AB, Ab, aB, ab} x
Diferentes
Prop.Genotípica
1
2
1
2
4
2
1
2
1
Genotipos
AABB
AABb
AAbb
AaBB
AaBb
Aabb
aaBB
aaBb
aabb
aabb
{AB, Ab, aB, ab}
Prop. Fenotípica
Fenotipos
1
Rojo intenso
4
Rojo oscuro
6
Intermedio
4
Rojo claro
1
Blanco
Se observa que conforme se incrementa un alelo dominante, el color va
incrementando su intensidad por el efecto acumulativo de cada alelo,
hasta llegar al rojo intenso (progenitor) y viceversa hasta llegar al color
blanco (progenitor).
Del mismo modo, el ejemplo del cruce entre una mujer blanca caucásica
(aabb) y un hombre negro puro (AABB), explica este tipo de herencia
poligénica.
4
P
:
Fenotipos
Genotipos
blanca caucásica
aabb
Gametos
F1
F2
:
:
negro puro
x
AABB
ab
AB
Genotipo
AaBb
Fenotipo
Mulatos
AaBb
Gametos:
{ AB, Ab, aB, ab}
Diferentes
Prop.Genotípica Genotipos
1
AABB
2
AABb
1
AAbb
2
AaBB
4
AaBb
2
Aabb
1
aaBB
2
aaBb
1
aabb
x
x
AaBb
{AB, Ab, aB, ab}
Prop. Fenotípica
Fenotipos
1
Negro
4
Oscuro
6
Mulato
4
Claro
1
Blanco
La variación casi continua del color de piel está determinada por el
porcentaje de melanina de cada genotipo (individuo).
7.3 CONCEPTOS DE BIOMETRÍA EN HERENCIA POLIGÉNICA
BIOMETRÍA.- Es la ciencia, rama de la Estadística, que se ocupa de
colectar e interpretar observaciones numéricas en torno a una
característica biológica. Dicha característica biológica se denomina
variable.
Población.- Es el conjunto infinito de individuos descritos por una
variable. Una población está descrita por parámetros que son atributos
numéricos constantes.
El promedio aritmético de una población infinita en tamaño, es
desconocida, así como su medida de dispersión o desviación estándar;
por lo que se dice que ambos parámetros poblacionales son ambiguos e
infinitos. Se simbolizan de la siguiente manera:
Promedio o Media de la Población :
Desviación estándar de la Población
:
Estos valores ambiguos e infinitos de una población se estiman con los
estadísticos : Promedio aritmético de la muestra ( x ) y Desviación
estándar de la muestra (s), sujetos a cierto grado de error casual que se
cometen al extraer la muestra o muestras de una población.
Los estimadores de la población (estadísticos) tienen una gran aplicación
en la genética cuantitativa y poligénica. Nos permite determinar por
ejemplo, si la variación entre una P1 y una F1 es insignificante o si tiene
suficiente significación estadística como para considerarr la superioridad
de una o de otra. Nos permite comparar, cepas, razas, variedades bajo
determinados patrones de medio ambiente. Le permite al genetista saber
5
si está trabajando con poblaciones distintas o si las diferencias que
observa son muy pequeñas; lo que le permitirá ajustar métodos de
mejora.
La Media o Promedio aritmético ( x ).- Es una medida de tendencia
central que es fácil de calcular cuando se trata de un número p equeño
de observaciones. Por ejemplo, si deseamos encontrar el promedio
aritmético del peso de diez alumnos de cuarto año de la Facultad de
Agronomía, se sumarán los diez pesos y al dividir entre diez, se obtendrá
el promedio aritmético respectivo; en cambio, cuando se trata de 100 ó
más observaciones, se requiere de organizar los datos en una
distribución de frecuencias, obteniendo las clases, intervalo de clase y
frecuencia de clase a fin de lograr una mejor estimación de los
parámetros requeridos. La media, en cuadros de frecuencia, es la media
aritmética de todas las intensidades presentadas por los individuos
estudiados en la muestra.
La Moda es la clase que contiene el mayor número de individuos, es
decir, la clase que presenta la frecuencia más grande
La mediana, es la intensidad o clase que divide a todos los individuos en
dos grupos del mismo número, de tal modo que la mitad muestre el
mismo o mayor desarrollo en el carácter medido, que la mediana; la otra
mitad, igual o menor desarrollo que ella.
Entre las medidas de la variabilidad que permiten calcular la dispersión
de las observaciones, tenemos a la desviación estándar, variancia y
coeficiente de variabilidad.
Desviación típica (s).- Es la raíz cuadrada de la suma del cuadrado de
las diferencias del valor de cada clase con la media, multiplicada por su
frecuencia y dividida por los grados de libertad (n-1).
Variancia (s 2 ).- Viene a ser la suma de los cuadrados de las
desviaciones de cada variable, dividida entre los grados de libertad (n-1).
Se usa para describir la variabilidad en torno al promedio de un valor.
El Coeficiente de Variabilidad.- Viene a ser el porcentaje que se obtiene
de dividir la desviación típica con la media de la muestra. Esta medida es
útil cuando se van a comparar desviaciones típicas de diferentes
variedades bajo condiciones diversas, ya que permite formar un juicio
más exacto sobre los valores relativos sobre las desviaciones.
VIII MUTACIONES
8.1 DEFINICIÓN.- Mutación es todo cambio súbito o repentino que se produce
en el genotipo de un organismo. El botánico holandés Hugo de Vries (uno
de los que redescubrió el trabajo de Mendel), fue un magnífico observador
y un científico objetivo, que estableció por primera vez la teoría de la
mutación por sus investigaciones en Oenothera lamarckiana, planta
americana que crecía en forma silvestre en Europa. Posteriormente,
fueron Morgan y Muller quienes realizaron grandes aportes a la
profundización del conocimiento sobre mutaciones.
La mutación es otra importante causa de la variabilidad genética y ha
jugado un rol importante en la evolución de las especies; debido a que un
6
gen mutado origina un cambio en el genotipo y fenotipo del individuo en el
cual se ha producido, y es heredable.
8.2 CLASIFICACIÓN DE LAS MUTACIONES
Las mutaciones, se pueden clasificar de diferentes maneras, así tenemos
que por su naturaleza pueden ser:
8.2.1 Mutación espontánea.- Es todo cambio súbito que se produce en el
material genético de un individuo, en forma natural, sin la intervención de
la mano del hombre. Su frecuencia es baja (de 10 -3 a 10 -6 ); pero es más
probable en plantas que en animales. La aparición de la naranja sin pepa
Washington navel y de la manzana Delicius, se debe a mutaciones
espontáneas que felizmente se han podido reproducir vegetativamen te.
La frecuencia mutacional de un gen depende de uno de los siguientes
factores o de la combinación de éstos:
El gen en sí.- se refiere a la estabilidad de un gen. A mayor
estabilidad, menor probabilidad de mutación.
La especie.- Hay especies más propensas a un cambio que otras.
En plantas, Antirrinum es una especie que tiene 10% de frecuencia
de mutación y la mayoría son caracteres benéficos; en Drosophila se
encontró que la frecuencia es 0.005% en caracteres somáticos y
0.18% en genes ligados al sexo. En el hombre, los genes que
producen poliplosis intestinal y distrofia muscular tienen una
frecuencia de 10 -4 y 10 -5 .
Las condiciones ambientales.- Muller encontró que hay una mayor
frecuencia de mutación a temperaturas altas y menor en bajas
temperaturas. La tensión del oxígeno, la alimentación y ciertos
productos químicos también influyen en la frecuencia mutacional.
El sexo.- En Drosophila hay mayor frecuencia mutacional en
espermas que en óvulos y en general las mutaciones ligadas al sexo
ocurren tres veces más en machos que en las hembras. En humanos,
se ha encontrado que la edad de la mujer está correlacionado con el
mutante enano acondroplástico.
Efectos de otros genes.- Hay genes que en presencia de otros, se
vuelven inestables; pero en ausencia de aquellos, su comportamiento
es absolutamente normal. Se ha encontrado en Drosophila y en
maíz.
8.2.2 Mutación Artificial.- Es el cambio que se produce en el material
genético de animales o plantas, con la intervención de la mano del
hombre, utlizando agentes mutagénicos (físicos como las radiaciones X,
ultrvioleta, gamma, etc. y químicos como gas mostaza, fenol, ácido
nitroso, colchicina). Cabe mencionar la importancia del uso de la
colchicina (alcaloide) en los laboratorios para obtener poliploides que
mejoran el tamaño y la apariencia de flores y frutos.
Mediante la inducción de mutaciones el hombre busca incrementar la
variabilidad genética a fin de poder seleccionar los fenotipos de
caracteres deseables con la hipótesis de que un buen fenotipo
representa a un buen genotipo.
7
8.2.3 Mutación Dominante .- Es una mutación poco frecuente y se produce
cuando un gen recesivo muta hacia su alelo dominante. Ejm.: a ------
A. Si esto ocurre así y es una mutación ventajosa será fácilmente
observable desde la primera generación; pero si ha sido desventajosa o
letal, no se podrá observar porque no sobrevivirá el individuo en el cual
ocurrió.
8.2.4 Mutación Recesiva.- Es una mutación que ocurre con mayor
frecuencia y se produce cuando un gen dominante muta hacia su alelo
recesivo o hacia otro alelo de un locus múltiple. Ejm.: A ------- a . En
este caso es difícil detectarlo porque quedará inhibido por su alelo
dominante y recién se observará en la segunda generación, de acuerdo
a la segregación mendeliana, cuando se exprese como homocigota
recesivo (aa).
8.2.5 Mutación Ventajosa.- Es aquella que ofrece algún beneficio para el
hombre. Es poco frecuente, pero se puede incrementar la frecuencia
utilizantes agentes mutagénicos.
8.2.6 Mutación Desventajosa.- Llamada también deletérea; porque no
produce ningún beneficio al hombre; pudiendo llegar a ser a ser Letal si
ocasiona la muerte al individuo en el cual ocurre la mutación.
8.2.7 Mutación Somática.- Es aquella que ocurre en cualquiera de los
cromosomas somáticos del individuo, sin interferir en las células
germinales. La manzana delicius y la naranja sin pepa, son ejemplos de
este tipo de mutación.
8.2.8 Mutación Germinal o Ligada al Sexo.- Es aquella que se produce en
los cromosomas sexuales y que se transmite de generación en
generación. El caso de la aparición de una oveja macho con
extremidades cortas en Massachusetts, permitió generar toda una línea
con animales con dicha característica, que pareció importante entonces.
8.3 APLICACIONES PRÁCTICAS DE LAS MUTACIONES
Como ya se ha mencionado, la mayoría de las mutaciones producen
desventajas en un organismo; además esperar que una mutación
espontánea sea ventajosa es demasiado incierto y fuera de todo control;
sin embargo, la aparición de la naranja sin pepa, la manzana Delicius, la
uva sin pepa, son el resultado de cambios mutacionales que han
mejorado el fruto para el uso y beneficio del hombre.
Las mutaciones en el visón y en otras pieles de animales han
proporcionado variedades que satisfacen los deseos de quienes usan
estos abrigos y son valiosas para quienes las cultivan.
Aunque la posibilidad de mejorar plantas y animales mediante
mutaciones es dudosa e incierta, cada vez se está llegando a
perfeccionar técnicas que permitan mejorar el uso de agentes
mutagénicos que incrementarían la probabilidad y frecuencia de la
ocurrencia de mutaciones.
Una aplicación de las mutaciones inducidas, ha sido mejorar la
producción de penicilina por el Moho Penicillium, al ser irradiadas
8
millones de esporas, se seleccionaron las más eficientes en la
producción del antibiótico
Utilizando rayos gamma, se ha logrado obtener una variedad de durazno
de maduración tardía y actualmente se ha logrado general gran
variabilidad genética en el frijol de grano amarillo, para seleccionar
nuevas líneas superiores a las variedades actuales.
8.4 LAS MUTACIONES Y EL HOMBRE
No se puede considerar al hombre como un material experimental como
se hace con las plantas y animales, por las implicancias graves que ello
significaría; por el contrario se sugiere permanecer fuera del alcance de
los agentes mutagénicos para evitar riesgos innecesarios. No olvidemos
que explosiones atómicas han generado mutaciones negativas
irreversibles como cáncer y leucemia en el hombre.
8.5 MUTACIONES ARTIFICIALES O INDUCIDAS
Son las mutaciones que el hombre produce y sigue intentando producir
utilizando diversos agentes mutagénicos con la finalidad de buscar o
incrementar la variabilidad genética de animales o plantas, a fin de
detectar nuevos caracteres ventajosos, transmisibles a sus
descendientes por vía sexual. Morgan fue el primero en lograr
mutaciones en alas de Drosophila usando radium y Muller usó rayos X
para producir mutantes en Drosophila.
8.6 AGENTES MUTAGENICOS
Los agentes mutagénicos son diversas sustancias físicas o químicas que
el hombre utiliza para producir mutaciones artificiales en animales o
plantas en forma experimental.
Entre los agentes químicos de mayor importancia se puede mencionar al
Metanosulfonato de Etilo (MSE), la Colquicina o colchicina (potente
alcaloide) que es el que se viene utilizando para producir poliploides de
gran importancia económica en plantas.
Entre los agentes físicos, tenemos las radiaciones con rayos X y
actualmente son los rayos gamma los que mejores resultados vienen
proporcionando en la obtención de nuevas variedades en especies
cultivadas como arroz, cebolla, frijol, etc.
Los resultados obtenidos hasta el día de hoy con el empleo de agentes
mutagénicos para la producción de mutaciones favorables son tan
significativos, que refuerzan el criterio de la gran importancia en la
creación de nuevas variedades, más aún si se tiene en cuenta que una
vez producida y detectada la mutación favorable, ésta es de fácil
transmisión natural a la descendencia, vía la reproducción sexual.
9
IX. CITOGENETICA
Es una ciencia moderna que se formó de la fusión de dos ciencias
separadas originalmente: Genética y Citología, que estudia los problemas
basados en la correlación de las características genéticas y citológicas
(especialmente las cromosómicas) que caracterizan el sistema particular que
se investigue. Comprende el estudio del comportamiento cromosómico
durante la meiosis y la mitosis, su origen y relación con la transmisión y
recombinación de los genes.
9.1 CROMOSOMAS.- Los cromosomas son cuerpos coloreados que están
constituidos por una secuencia lineal de información genética (genes),
formados por dos cromatidas hermanas unidas a un centrómero común.
La forma de los cromosomas es constante para todas las células somáticas
y es, por tanto, característica de especie. La forma depende
fundamentalmente de las constricciones que presente el cromosoma y de
su localización en la cromátida. Según la posición del centrómero, los
cromosomas se clasifican en:
De acuerdo a la ubicación del centrómero, el cromosoma puede ser:
a) Telocéntrico.- Cuando el centrómero se encuentra en uno de los
extremos del cromosoma, el cual aparenta tener un solo brazo.
b) Acrocéntrico.- Cuando el centrómero se ubica cerca de uno de los
extremos y divide el cromosoma en dos partes o brazos desiguales.
c) Submetacéntrico.- Cuando el centrómero divide al cromosoma en
dos partes o brazos desiguales.
d) Metacéntrico.- Cuando el centrómero se encuentra en el centro del
cromosoma y lo divide en dos partes o brazos iguales.
e) Acéntrico.- Cromosoma o porción de cromosoma que no tiene
centrómero.
A.
B.
C.
D.
telocéntricos, con el centrómero en un extremo
acrocéntricos, uno de sus brazos es muy corto
submetacéntricos, brazos de diferente longitiud
metacéntricos, brazos de igual longitud
9.2 MODIFICACIONES EN LA ESTRUCTURA CROMOSOMICA:
9.2.1 Variación del tamaño de cromosomas.- Existen unos cromosomas
que se les denomina “gigantes” por su gran tamaño comparado con
los cromosomas de las demás especies en general y son los
cromosomas politénicos y los cromosomas plumulados.
10
Los primeros se encuentran en las glándulas salivales de algunos
dípteros como Drosophila melanogaster que tienen la particularidad
de crecer por aumento de tamaño más que por duplicación de las
células individuales. Se llaman politénicos porque tienen muchos
filamentos, estructuras semejantes a cables, formados por una serie
de bandas, interbandas y protuberancias, ordenadas linealmente a lo
largo del cromosoma, siguiendo un patrón determinado que se repite
en el cromosoma homólogo.
Cromosomas politénicos de Drosophila melanogaster
Los segundos se encuentran en los ovocitos de anfibios y de otros
vertebrados y se denominan “plumulados” o “plumosos” , se
caracterizan porque a lo largo del eje central de cada uno de estos
cromosomas se encuentra un centenar de cromómeros, de cada uno
de los cuales surge un par de asas laterales, que también siguen un
orden lineal a todo lo largo del cromosoma.
A
specto plumulado de cromosomas de ovocitos de anfibio
La importancia de los cromosomas “gigantes” es que su minucioso
estudio ha servido para demostrar el orden lineal en que se
encuentran los genes en el cromosoma y los análisis químicos han
demostrado que el contenido principal del gen es el ADN que es el
material genético. Además, se ha podido construir mapas genéticos
o
cromosómicos
citológicos,
distinguiendo
sinapsis,
entrecruzamiento, ligamientos, etc. y se puede identificar los cambios
estructurales en los cromosomas.
11
9.2.2 Variaciones del número cromosómico.De acuerdo al número cromosómico, los organismos pueden ser:
Euploides o Aneuploides.
Euploides.- Organismos cuyo número cromosómico o genomio es
múltiplo exacto del haploide (n) o monoploide básico de su especie.
Pueden ser:
a) Haploides.- (n) porque tienen un solo juego cromosómico o
genomio. Ejm. Hongos y bacterias. Aunque generalmente un
organismo haploide es débil, de corta vida y los machos pueden ser
estériles, no es el caso del macho de la abeja y la avispa que son
normales.
b) Diploides.- (2n), los que tienen dos juegos cromosómicos o
genomios. La mayoría de las plantas y animales son diploides. Ejm:
tabaco (2n=48), maíz (2n=20), hombre (2n=46), ratón (2n=40).
c) Triploides.- (3n), los que tienen tres juegos cromosómicos o
genomios. Generalmente se forman de la unión de un gameto
normalmente haploide y otro diploide; por lo que son estériles y son
muy poco comunes en la naturaleza. Sabemos que el endosperma
es triploide.
d) Tetraploides.- (4n), los que tienen cuatro juegos cromosómicos o
genomios. Ejm. Papa (4n=48), algodón (4n=52).
e) Poliploides.- en general son los los que tienen más de dos juegos
cromosómicos o genomios; sin embargo, el término se usa más en
organismos tetraploides. Pueden ser autotetraploides cuando se
han producido por la duplicación de un diploide de su misma
especie, alotetraploides o anfidiploide cuando se han originado
por la hibridación de dos organismos diploides diferentes. Ejm.
Triticum turgidum es un alotetraploide entre T. Monococcum y
otras especie desconocida. T. Vulgare es autotetraploide (n=7).
Aneuploides.- organismos diploides que tienen un número irregular
en su genomio ya sea por exceso o por defecto. Pueden ser:
a) Monosómicos (2n-1).- cuando les falta uno de los cromosomas de
cualquier par.
b) Disómicos (2n-1-1).- cuando les falta un cromosoma de en cada
uno de dos pares diferentes.
c) Nulisómicos (2n-2).- cuando les falta los dos cromosomas de un
mismo par.
d) Trisómico (2n+1).- cuando en alguno de sus pares tiene un
cromosoma extra. En humanos es causa del Síndrome de Down
(mongolismo) por la trisomía en el cromosoma 21. (47, XY, +21) es
un niño con este síndrome.
12
9.2.3 Variaciones morfológicas de los cromosomas.- Conocidas también
como
aberraciones cromosómicas.
a) Deficiencia.- Cuando se ha perdido una porción de cromosoma,
puede ser una porción terminal o intercalar.
b) Duplicación.- cuando una porción de cromosoma, se repite una o
más veces a lo largo de él.
c) Inversión.- cuando una porción intercalar de cromosoma se rompe
y se adhiere inmediatamente a él pero en sentido invertido.
d) Translocación.- cuando se rompe una porción intercalar de
cromosoma y se adhiere a otro cromosoma diferente, en el cual
también ha ocurrido lo mismo, intercambiando porciones no
homólogas.
Estas variaciones en la morfología, originan dificultades durante la
sinapsis y en el entrecruzamiento o recombinación genética; por lo que
se producen configuraciones especiales en cada caso.
X. LAS BASES QUIMICAS DE LA HERENCIA
10.1 NATURALEZA QUIMICA DE CROMOSOMAS Y GENES
Los cromosomas constan de cuatro macromoléculas: ácido
desoxirribonucleico (ADN); ácido ribonucleico (ARN); histonas, que son
proteínas de bajo peso molecular, y unas proteínas más complejas
llamadas proteínas residuales. Además contiene lípidos, sales de calcio
y magnesio y la enzima ADN-polimerasa. El ADN más las histonas
forman las nucleo-proteínas que componen entre el 60 al 90% del
volumen del cromosoma.
En las proteínas, los aminoácidos forman cadenas de péptidos, los que
se eslabonan para formar el polipéptido que constituye la molécula de
proteína. En los ácidos nucleicos la molécula consta de una cadena de
nucléotidos eslabonados para formar un polinucleótido.
Un nucléotido consta de una molécula de fosfato, una azúcar pentosa y
una base nitrogenada. En el ADN el azúcar pentosa es la desoxirribosa
y en el ARN es la ribosa. Las bases nitrogenadas son las purinas y
pirimidinas. Las Purinas del ADN son la adenina y la guanina, y las
pirimidinas son la citosina y la timina. Las purinas del ARN son también
la adenina y la guanina, pero las pirimidinas son la citosina y el uracilo.
La molécula de ADN consta de dos cadenas de nucleótidos formando
una configuración helicoidal, una cadena está unida a la otra cadena
por enlaces de hidrógeno formando una conexión horizontal entre
ambas cadenas. Este enlace es altamente específico ya que las purinas
de una cadena se unen con las pirimidinas de la cadena
complementaria: A=T y G=C.
13
10.2
LA REPLICACION DEL MATERIAL GENETICO (ADN).La teoría de replicación del ADN fue propuesta por Watson y Crick.
La molécula del ADN tiene función autocatalítica relacionada con la
síntesis de otra molécula de ADN que es copia fiel y exacta de la
original. Durante la replicación del ADN, la doble cadena que compone
la molécula se desenrolla de su configuración helicoidal y se rompen
los enlaces débiles de hidrógeno que unen las bases nitrogenadas
entre una y otra cadena. Aparentemente una endonucleasa causa
rompimiento en las cadenas simples de ADN posiblemente en sitios
determinados. Esto permite el desenrollamiento de la molécula de ADN.
A la vez que se van rompiendo los enlaces de hidrógeno, cada una de
las cadenas que componen la molécula, sirve de molde para la síntesis
de una nueva cadena complementaria en todas sus partes a la cadena
original.
Replicación semi conservativa del ADN
Por ejemplo, si una porción de una de las cadenas originales tiene las
bases nitrogenadas de los nucléotidos que la componen en la
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secuencia de AATCGTCTATTG, la nueva cadena que se sintetiza será:
TTAGCAGATAAC.
En este proceso, participan activamente y en forma integrada por lo
menos tres enzimas: endonucleasa, ADN-polimerasa y ADN-ligasa.
La replicación del ADN ocurre en la Interfase, unas tres horas antes
del inicio de la Profase.
10.3 FUNCION GENETICA. SINTESIS DE PROTEINAS. CLAVE
GENETICA
La función que cumple el ADN y los ácidos ribonucleicos (ARN), en la
síntesis de proteínas ha quedado ampliamente demostrada y se refiere
en forma resumida a que el ADN cromosómico es el que dirige
indirectamente la síntesis de proteínas que se realiza en el citoplasma
utilizando al ARNm como mediador.
Al replicarse la molécula del ADN, no sólo sirve de molde para la
síntesis de una nueva molécula de ADN, sino que también sirve de
molde para la formación del ARNm que recibe el mensaje genético en
clave; este proceso se llama transcripción en el cual el ADN transcibe
la clave genética al ARNm para la síntesis de una determinada
proteína. Esta clave genética está compuesta por tripletes de bases
nitrogenadas. La enzima ARN-polimerasa es la que cataliza la síntesis
de la cadena de ARN sobre el molde que reemplaza y suple una de las
cadenas de ADN.
El ARNm sale del núcleo con el mensaje codificado y llega a los
ribosomas, donde se realiza la síntesis de proteínas. Cada molécula de
ARNm se pega a varios ribosomas (polirribosoma o polisoma). Cada
ribosoma con el ARNr (ribosómico) “lee” la información contenida en el
ARNm y forma una cadena de polipéptidos de acuerdo con esa
información que responde a la secuencia de las bases nitrogenadas y
determina la secuencia de aminoácidos en la proteína.
El ARNt (transferencia) actúa como accesorio del ARNm en la síntesis
de proteínas. Por cada una de las veinte clases de aminoácidos existe
un tipo de ARNt , cuya función en transferir los aminoácidos libres que
van a formar el polipéptido, de todas partes del citoplasma, al ribosoma.
Las moléculas de ARNt se alinean a lo largo de la molécula de ARNm y
se produce la “traducción” de la clave genética y se produce
automáticamente el alineamiento de los aminoácidos en la secuencia
determinada por la clave. A esto le sucede la formación de la cadena
de polipéptidos y de la molécula de proteína.
La clave genética consiste en tripletes de nucleótidos que en
determinada secuencia codifican la formación de un aminoácido. A este
trío o triplete del ARNm se le llama codón y al trío o triplete
complementario del ARNt se llama anticodón; por lo que se forma un
complejo codón – anticodón para facilitar el mecanismo de
apareamiento de las bases nitrogenadas, que es el que determina la
secuencia de aminoácidos en la proteína.
Podemos comparar la relación ADN-ARNm-ARNt-proteína con el
alfabeto y el diccionario. La clave genética formada por los tripletes de
nucléotidos es el “diccionario” usado por las células para traducir la
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información escrita en una clave de cuatro letras (ATCG) a un lenguaje
de 20 letras (los aminoácidos) que forman 64 codones que son
suficientes para codificar los 20 aminoácidos. Por ejemplo, las bases
AAC, CGA y GCA codifican para asparagina, arginina y alanina,
respectivamente.
XI. INGENIERÍA GENETICA – GENETICA MOLECULAR
12.1 DEFINICIÓN
La Ingeniería Genética (IG) es una rama de la genética que se concentra en
el estudio del ADN, pero con el fin de su manipulación. En otras palabras, es
la manipulación genética de organismos con un propósito predeterminado.
ENZIMAS DE RESTRICCIÓN.
Como ya se dijo, la IG consiste la manipulación del ADN. En este proceso son
muy importantes las llamadas enzimas de restricción, producidas por
varias bacterias. Estas enzimas tienen la capacidad de reconocer una
secuencia determinada de nucleótidos y extraerla del resto de la cadena. Esta
secuencia, que se denomina Restriction Fragment Lenght Polymophism o
RLPM, puede volver a colocarse con la ayuda de otra clase de enzimas, las
ligasas. Análogamente, la enzima de restricción se convierte en una "tijera de
ADN", y la ligasa en el "pegamento". Por lo tanto, es posible quitar un gen de
la cadena principal y en su lugar colocar otro.
VECTORES.
En el proceso de manipulación también son importantes los vectores: partes
de ADN que se pueden autorreplicar con independencia del ADN de la
célula huésped donde crecen. Estos vectores permiten obtener múltiples
copias de un trozo específico de ADN, lo que proporciona una gran cantidad
de material fiable con el que trabajar. El proceso de transformación de una
porción de ADN en un vector se denomina clonación. Pero el concepto de
clonación que "circula" y está en boca de todos es más amplio: se trata de
"fabricar", por medios naturales o artificiales, individuos genéticamente
idénticos.
ADN POLIMERASA.
Otro método para la producción de réplicas de ADN descubierto
recientemente es el de la utilización de la enzima polimerasa. Éste método,
que consiste en una verdadera reacción en cadena, es más rápido, fácil de
realizar y económico que la técnica de vectores.
12.2. APLICACIONES
La Ingeniería genética tiene numerosas aplicaciones en campos muy
diversos, que van desde la medicina hasta la industria. Sin embargo, es
posible hacer una clasificación bastante simple bajo la cual se contemplan
todos los usos existentes de estas técnicas de manipulación genética:
aquellos que comprenden la terapia génica, y aquellos que se encuentran
bajo el ala de la biotecnología.
1) Usos de la terapia génica.
El primer intento de utilizar la IG como terapia génica fue en 1989, cuando en
norte américa se trasplantaron genes entre humanos con cáncer terminal.
Aunque las víctimas de cáncer murieron, la transferencia de genes fue un
éxito.
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Hoy el desafío de los científicos es, mediante el conocimiento del Genoma
Humano, localizar "genes defectuosos", información genética que provoque
enfermedades, y cambiarlos por otros sin tales defectos.
La ventaja quizá más importante de este método es que se podrían identificar
en una persona enfermedades potenciales que aún no se hayan manifestado,
para o bien reemplazar el gen defectuoso, o iniciar un tratamiento preventivo
para atenuar los efectos de la enfermedad. Por ejemplo, se le podría
descubrir a una persona totalmente sana un gen que lo pondría en
un riesgo de disfunciones cardíacas severas. Si a esa persona se le iniciara
un tratamiento preventivo, habría posibilidades de que la enfermedad no
llegue nunca.
A través de una técnica de sondas genéticas, se puede rastrear la cadena de
ADN en busca de genes defectuosos, responsables de enfermedades
genéticas graves.
Si bien la información del Genoma Humano fue recientemente descubierta,
ya se han localizado los "locus" de varias enfermedades de origen genético.
He aquí algunas de ellas:
Hemofilia – Alcoholismo – Corea de Huntigton – Anemia Falciforme – Fibrosis
quística – Hipotiroidismo Congénito – Retraso Mental – Miopatía de
Duchenne – Maníacodepresión – Esquizofrenia – Síndrome de Lesch Nyhan
– Deficencia de ADA – Hidrocefalia – Microcefalia – Labio Leporino – Ano
Imperfecto o Imperforación – Espina Bífida.
2) Biotecnología.
Las biotecnologías consisten en la utilización de bacterias, levaduras y células
animales en cultivo para la fabricación de sustancias específicas. Permiten,
gracias a la aplicación integrada de los conocimientos y técnicas de
la bioquímica, la microbiología y la ingeniería química aprovechar en el plano
tecnológico las propiedades de los microorganismos y los cultivos celulares.
Permiten producir a partir de recursos renovables y disponibles en
abundancia gran número de sustancias y compuestos.
Aplicadas a escala industrial, las tales biotecnologías constituyen la
bioindustria, la cual comprende las actividades de la industria química:
síntesis
de
sustancias
aromáticas
saborizantes,
materias
plásticas, productos para la industria textil; en el campo energético la
producción de etanol, metanol, biogas e hidrógeno; en la biomineralurgia la
extracción de minerales. Además, en algunas actividades cumplen una
función motriz esencial: la industria alimentaria (producción masiva de
levaduras, algas y bacterias con miras al suministro de proteínas,
aminoácidos, vitaminas y enzimas); producción agrícola (donación
y selección de variedades a partir de cultivos de células y tejidos, especies
vegetales y animales transgénicos, producción de bioinsecticidas); industria
farmacéutica (vacunas, síntesis de hormonas, interferones y antibióticos);
protección del medio ambiente (tratamiento de aguas servidas,
transformación de desechos domésticos, degradación de residuos peligrosos
y fabricación de compuestos biodegradables).
Los procesos biotecnológicos más recientes se basan en las técnicas de
recombinación genética descritas anteriormente.
A continuación se detallan las aplicaciones más comunes.
Industria Farmacéutica.
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Obtención de proteínas de mamíferos.
Una serie de hormonas como la insulina, la hormona del crecimiento, factores
de coagulación, etc. tienen un interés médico y comercial muy grande. Antes,
la obtención de estas proteínas se realizaba mediante su extracción directa a
partir de tejidos o fluidos corporales.
En la actualidad, gracias a la tecnología del ADN recombinante, se clonan los
genes de ciertas proteínas humanas en microorganismos adecuados para su
fabricación comercial. Un ejemplo típico es la producción de insulina que se
obtiene a partir de la levadura Sacharomces cerevisae, en la cual se clona el
gen de la insulina humana.
Obtención de vacunas recombinantes.
El sistema tradicional de obtención de vacunas a partir de microorganismos
patógenos inactivos, puede comportar un riesgo potencial.
Muchas vacunas, como la de la hepatitis B, se obtienen actualmente por IG.
Como la mayoría de los factores antigénicos son proteínas lo que se hace es
clonar el gen de la proteína correspondiente.
Agricultura.
Mediante la ingeniería genética han podido modificarse las características de
gran cantidad de plantas para hacerlas más útiles al hombre, son las
llamadas plantas transgénicas. Las primeras plantas obtenidas mediante
estas técnicas fueron un tipo de tomates, en los que sus frutos tardan en
madurar algunas semanas después de haber sido cosechados.
Recordando que la célula vegetal posee una rígida pared celular, lo primero
que hay que hacer es obtener protoplastos.
Entre las técnicas indirectas cabe destacar la transformación de células
mediada por Agrobacterium tumefaciens.
Esta bacteria puede considerarse como el primer ingeniero genético, por su
particular mecanismo de acción: es capaz de modificar genéticamente la
planta hospedadora, de forma que permite su reproducción. Esta bacteria es
una auténtica provocadora de un cáncer en la planta en la que se hospeda.
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Las técnicas directas comprenden la electroporación, microinyección,
liposomas y otros métodos químicos.
Entre los principales caracteres que se han transferido a vegetales o se han
ensayado en su transfección, se mencionan a: Resistencia a herbicidas,
insectos y enfermedades microbianas.
Ya se dispone de semillas de algodón, que son insensibles a herbicidas. Para
la resistencia a los insectos se utilizan cepas de Bacillus thuringiensis que
producen una toxina (toxina - Bt) dañina para las larvas de muchos insectos,
de modo que no pueden desarrollarse sobre las plantas transgénicas con
este gen. Respecto a los virus se ha demostrado que las plantas transgénicas
con el gen de la proteína de la cápsida de un virus, son resistentes a la
invasión de dicho virus.
Incremento del rendimiento fotosintético.
Para ello se transfieren los genes de la ruta fotosintética de plantas C4 que es
más eficiente.
Mejora en la calidad de los productos agrícolas.
Tal es el caso de la colza y la soja transgénicas que producen aceites
modificados, que no contienen los caracteres indeseables de las plantas
comunes.
Síntesis de productos de interés comercial.
Existen ya plantas transgénicas que producen anticuerpos animales,
interferón, e incluso elementos de un poliéster destinado a la fabricación
de plásticos biodegradables
Asimilación de nitrógeno atmosférico.
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Aunque no hay resultados, se ensaya la transfección del gen nif responsable
de la nitrogenasa, existente en microorganismos fijadores de nitrógeno, y que
permitiría a las plantas que hospedasen dicho gen, crecer sin necesidad de
nitratos o abonos nitrogenados, aumentando la síntesis de proteínas de modo
espectacular.
Proyecto HUGO
El Proyecto Genoma Humano es una investigación internacional que busca
seleccionar un modelo de organismo humano por medio del mapeo de la
secuencia de su ADN. Se inició oficialmente en 1990 como un programa de
quince años con el que se pretendía registrar los 80.000 genes que codifican
la información necesaria para construir y mantener la vida. Tres años entes
del cincuentenario del descubrimiento de la estructura de la doble hélice por
parte de Watson & Crick (1953), se produjo el mapeo del genoma humano.
El conocimiento del Genoma Humano permitirá identificar y caracterizar los
genes que intervienen en las principales enfermedades genéticas, lo que hará
posible el tratamiento mediante terapia génica a casi todas las enfermedades
que tengan un posible origen genético.
ANÁLISIS DE LAS IMPLICANCIAS
Siempre que los avances científicos y tecnológicos se producen con rapidez,
el entusiasmo por seguir adelante no deja lugar a un análisis sobre los pro y
los contras que puede provocar.
Un caso histórico es la Revolución Industrial. En la vorágine de construir las
mejores máquinas, los científicos de la época dejaron de lado el
factor contaminación ambiental, ignorando que, un siglo más tarde, el haber
utilizado máquinas a vapor inició un proceso prácticamente irreversible
de calentamiento global y contaminación atmosférica.
Otro caso más que clásico es la fórmula de la Teoría de la Relatividad, que
abrió camino a dos aplicaciones bien polarizadas y antagónicas: el uso de la
medicina atómica para salvar vidas, y la construcción de bombas atómicas
para destruirlas.
Y parece ser que el hombre no aprende de sus errores, porque en el afán de
ver "hasta dónde podemos llegar", los genetistas y otros científicos de hoy
anuncian día a día orgullosamente sus nuevas hazañas, sin tener en cuenta
las consecuencias no sólo ambientales, sino también éticas y morales.
En el caso de la IG orientada al agro, por ejemplo. Las cosechas transgénicas
ya son abundantes en el mundo, pero no son probadas y comprobadas
correctamente las posibles consecuencias ecológicas que pudiesen causar.
Esto provocó el levantamiento de los organismos ecológicos no
gubernamentales, que han elaborado una extensa lista de faltas cometidas
por las distintas compañías. Esta acción, a su vez, creó una concepción
negativa de los organismos transgénicos. Se lo ve como algo completamente
nocivo para la salud, a la vez que se desconoce de qué se trata. Está en el
conocimiento popular que cualquier ser, planta o animal, genéticamente
modificado es sinónimo de veneno o tóxico. Este miedo irracional fue utilizado
por ciertas organizaciones protectoras del medio ambiente para aumentar
este temor popular.
La ciencia se puede usar tanto para el bien como para el mal. Depende de
nosotros el uso que le demos. Sería una lástima que una ciencia tan
prometedora como esta fuera desperdiciada para fines inmorales o
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puramente económicos. Es el deber de los hombres de hoy tomar una
decisión fundamental: aprender del pasado histórico del mundo, o seguir
caminando a ciegas, con los ojos tapados y sin mirar atrás.
XII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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México. Centro Regional de Ayuda Técnica. AID.
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Síntesis. Madrid.
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