6 Interacción génica

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Interacción génica
Preguntas clave
¿Cómo interactúan los alelos de un gen?
¿Qué son las rutas multigénicas?
¿Cómo interactúan los distintos genes en estas rutas?
¿Qué prueba genética permite detectar la interacción génica?
Esquema
6.1 Interacciones entre los distintos alelos de un único gen: variaciones en la dominancia
6.2 Interacciones de los genes en las rutas metabólicas
6.3 Inferir las interacciones génicas
6.4 Penetrancia y expresividad
Hasta el momento, la idea central del libro ha sido mostrar cómo los genetistas pueden
identificar un gen que afecta a una determinada propiedad biológica mediante el uso de la
genética directa. La labor de un investigador comienza con un conjunto de mutantes con los que
lleva a cabo cruzamientos con individuos de tipo salvaje para determinar si esos mutantes
muestran herencia de un único gen. Los datos recopilados por este tipo de programas de
investigación revelan si un conjunto de genes juega algún papel en el desarrollo de la propiedad
biológica de interés. En algunos casos, se pueden llegar a identificar las funciones bioquímicas
específicas para muchos de estos genes mediante la comparación se sus secuencias con las de
otros organismos. El siguiente paso constituye un reto aún mayor y consiste en determinar cómo
estos genes interactúan entre ellos.
Desde un punto de vista molecular los organismos funcionan, en cierto modo, como una
cadena de montaje de una fábrica, es decir, como una serie de rutas metabólicas donde cada uno
de los pasos se controla mediante el producto de un gen. Existen miles de estas rutas, con más o
menos pasos y conectadas entre sí de diversas formas en redes o sistemas. Los genes que
interaccionan son miembros de la misma ruta o de rutas conectadas entre sí. Pueden distinguirse
entre varios tipos principales, aunque estas
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rutas solapan unas con otras en mayor o menos medida. En primer lugar, existen rutas
biosintéticas, en las cuales una serie de interconversiones catalizadas por enzimas codificadas
por genes dan lugar a una molécula esencial. En segundo lugar, existen rutas de transducción de
señales que transmiten las instrucciones de una señal extracelular, como puede ser un
compuesto químico ambiental o una hormona de otra parte del cuerpo. Esta señal activa una
proteína celular que activa otra y así sucesivamente, en una cascada de activaciones que
generalmente termina en la activación de una proteína reguladora que a su vez activa o
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desactiva la transcripción de un conjunto de genes. En tercer lugar, existen las denominadas
rutas del desarrollo, un conjunto diverso de procesos, muchos de los cuales se controlan
mediante genes que promueven el crecimiento y desarrollo del cuerpo de un organismo. Una
vez que estas rutas sean descubiertas, se estará más cerca de conocer los grupos de genes del
genoma que controlan la propiedad objeto de la investigación.
Utilizaremos el ejemplo del color del pelo de los seres humanos para ilustrar algunos de
los modos de interacción de los genes. El pigmento que da color al pelo y la piel humanos es un
compuesto químico denominado melanina de la que existen dos formas: la eumelanina (tonos
negros y marrones) y la feomelanina (tonos rojos y amarillos). La melanina posee una química
compleja, cuyas reacciones tienen lugar en células de la piel denominadas melanocitos. La
melanina se sintetiza mediante una ruta bioquímica que consta de múltiples etapas, cada una de
las cuales se catalizan por una enzima (recuérdese que uno de los enzimas de esta ruta es la
tirosinasa, codificada por un gen que al ser defectivo provoca albinismo, o lo que es lo mismo,
la ausencia de melanina). La feomelanina es el producto normal de esta ruta que produce el
color de pelo claro y que posee mucha gente en todo el mundo. Sin embargo, la mayoría de la
población mundial posee un color de pelo oscuro; en estas personas la feomelanina se convierte
en eumelanina. Esta transformación requiere de la acción de una hormona proteica codificada
por un gen que se transcribe en la glándula pituitaria, la hormona estimulante de los melanocitos
(MSH). Al llegar al melanocito, la MSH se une al receptor de melanocortina de tipo 1 situado
en la membrana celular. La unión de la hormona al receptor dispara un proceso de transducción
de señal que da como resultado la producción de eumelanina. En este caso práctico, se ha visto
como interaccionan tres diferentes rutas: los melanocitos se diferencian gracias a una ruta del
desarrollo, la melanina se sintetiza mediante una ruta de síntesis y la conversión de la
feomelanina requiere de una hormona iniciadora de una señal de transducción. Todos estos
procesos están controlados mediante genes.
Sobreimpuesta a esta complejidad están las sutilezas de los alelos de genes individuales.
En las poblaciones humanas existen varios alelos de gen del receptor de melanocortina de tipo 1
(mc1r), y sólo uno de esos alelos da lugar a la eumelanina, necesaria para producir el color
oscuro del pelo. El resto de los alelos dan lugar a varias formas de feomelanina que producen el
color pelirrojo (Figura 6-1), el color castaño claro y el rubio. Estas interacciones génicas que
determinan el color del pelo en los seres humanos han sido descubiertas en gran medida gracias
a los estudios de interacción génica en ratones, el principal modelo genético para los mamíferos
en general y para los humanos en particular.
¿Cómo se deducen las interacciones génicas que subyacen a una determinada
propiedad? Una posible aproximación consiste en analizar in vitro las interacciones proteicas;
para ello se utiliza una proteína a modo de “cebo” y se observa cómo se unen a ella otras
proteínas celulares. Es muy probable que las proteínas que se unen entre sí formen parte de una
“maquinaria” celular multiproteica. Otra forma de abordar el problema consiste en estudiar los
transcritos de mRNA. Los genes que colaboran en algunos de los procesos específicos del
desarrollo pueden identificarse gracias al conjunto de transcritos de mRNA presentes cuando el
proceso se está llevando a cabo; en la actualidad puede llevarse a cabo este tipo de análisis
mediante el uso de chips genómicos (véase el Capítulo 13). El objetivo de este capítulo es
deducir la interacción génica a través de un análisis genético directo.
¿Cómo aborda la genética directa el tema de la interacción? Se seguirá la secuencia de pasos
comunes a todos los programas de investigación genética. En primer lugar, tal y como se ha
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descrito en los capítulos anteriores, los mutantes se cruzan con individuos de tipo salvaje para
ver si los mutantes muestran herencia de un único gen. Los patrones de herencia deberían
revelar inmediatamente
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si una mutación es dominante o recesiva. En segundo lugar debe determinarse si se han
producido varias mutaciones en un mismo gen. La pregunta principal debería ser, ¿está alguna
de las mutaciones del conjunto estudiado en el mismo gen? En tercer lugar, las mutaciones han
de estudiarse de dos en dos para ver cómo interactúan mediante la síntesis de mutantes dobles
de los genes en estudio. En el caso de que los genes interactúen, los dobles mutantes mostrarán
un fenotipo diferente del que muestran los individuos que presentan mutaciones individuales.
Los mutantes dobles pueden seleccionarse de entre los individuos de la F2. La proporción de los
diferentes fenotipos en la F2 puede ayudar a identificar los dobles mutantes. Es más, en el caso
de que dos alelos mutantes interactúen, se obtendrá una proporción mendeliana 9:3:3:1
modificada.
6.1 Interacciones entre los distintos alelos de un único gen: variaciones
en la dominancia
Se empezará con una discusión general sobre la naturaleza y la acción de los alelos, ya que
existen miles de formas distintas de alterar la secuencia de un gen y producir una mutación,
aunque sólo algunos de estos alelos mutantes aparecerán en una población real. Los mutantes
conocidos de un gen se denominan alelos múltiples o serie alélica.
Una de las primeras pruebas que se lleva a cabo cuando se descubre un mutante nuevo
es comprobar si es dominante o recesivo. La información sobre la dominancia y la recesividad
resulta útil cuando se trabaja con una nueva mutación y puede servir para profundizar en el
conocimiento de cómo actúa una mutación; como se verá en los siguientes ejemplos. La
dominancia es en realidad un tipo de interacción entre los alelos de un único gen en un
heterocigoto. Los alelos que interactúan pueden ser alelos de tipo salvaje y de tipo mutante
(+/m) o dos alelos mutantes diferentes (m1/m2). De hecho, existen varias clases de dominancia,
cada una de las cuales representa un tipo diferente de interacción entre alelos.
Dominancia completa y recesividad
La forma más simple de dominancia es la denominada dominancia completa. Un alelo
completamente dominante se expresa con tan sólo una copia presente, como en un heterocigoto,
mientras que el alelo alternativo será completamente recesivo. En el caso de la dominancia
completa, el homocigoto dominante no puede diferenciarse del heterocigoto desde un punto de
vista fenotípico A/A = A/a. Como se ha mencionado anteriormente, la fenilcetonuria (PKU) y
otras muchas enfermedades de un único gen que afectan a los humanos son completamente
recesivas, mientras que los alelos de tipo salvaje son dominantes. Otras enfermedades causadas
por mutaciones en un único gen son completamente dominantes, como en el caso de la
acondroplasia, mientras que en otros casos, el alelo de tipo salvaje es recesivo. ¿Cómo pueden
interpretarse estas relaciones de dominancia desde el punto de vista celular?
Un buen modelo general para estudiar las enfermedades recesivas es la enfermedad
PKU. Recuérdese que la PKU está provocada por un alelo defectivo de un gen que codifica la
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enzima hidroxilasa de la fenilalanina (PAH). En ausencia de PAH funcional, la fenilalanina
ingerida con la comida no se metaboliza y se acumula en el organismo. En esas condiciones, la
fenilalanina se convierte en ácido fenilpirúvico que se transporta al cerebro mediante el torrente
sanguíneo e impide su desarrollo normal, lo que provoca retraso mental. Una “dosis” del alelo P
de tipo salvaje produce suficiente PAH para metabolizar la fenilalanina que entra en el cuerpo y
por este motivo el alelo defectivo es recesivo. Se dice que el gen de la PAH es haplosuficiente y
tanto el individuo P/P (dos dosis), como el individuo P/p (una dosis) tienen suficiente actividad
PAH para tener una actividad celular normal. Las personas p/p tienen una dosis nula y no
presentan actividad PAH. La Figura 6-2 ilustra de forma general esta idea.
¿Cómo se explican las mutaciones completamente dominantes? Existen varios
mecanismos moleculares para explicar la dominancia. Uno que suele darse frecuentemente es
cuando el alelo de tipo salvaje de un gen es haploinsuficiente. En la haploinsuficiencia, una
dosis del alelo de tipo salvaje no es suficiente para alcanzar los niveles normales de
funcionamiento. Suponga, por ejemplo, que se necesitan 16 unidades de producto génico para
un funcionamiento normal y que cada alelo de tipo salvaje aporta 10 unidades. Dos alelos de
tipo salvaje producirán 20 unidades de producto,
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bastante más del mínimo necesario. Pero, ¿qué sucedería si una de las mutaciones es una
mutación nula que produce una proteína defectuosa? Una mutación nula en combinación con
un alelo del tipo salvaje producirá 10 + 0 = 10 unidades, bastante por debajo del mínimo. El
heterocigoto es por tanto mutante (salvaje/nulo) y la mutación es, por definición, dominante. El
gen Tbx1 es haplosuficiente en ratones y codifica una proteína reguladora de la transcripción (un
factor de transcripción) que actúan sobre genes responsables del desarrollo de la faringe. El
noqueo de un alelo salvaje provoca que la concentración de la proteína reguladora resulte
inadecuada, lo que conduce a un desarrollo deficiente de las arterias de la faringe. Se cree que
esta misma haploinsuficiencia es responsable del Síndrome de DiGeorge en humanos,
caracterizado por anormalidades craneofaciales y cardiovasculares.
Otra clase importante de mutación dominante es la denominada dominante negativa.
Los polipéptidos que presentan este tipo de mutación actúan como “saboteadores”. En algunos
casos, el producto génico es una proteína homodimérica, es decir, una proteína compuesta de
dos unidades del mismo tipo. En los heterocigotos (+/M), el polipéptido saboteador se une al
polipéptido de tipo salvaje y lo distorsiona o interfiere en su funcionamiento. El mismo tipo de
sabotaje puede entorpecer el funcionamiento de un heterodímero compuesto por polipéptidos de
distintos genes. En otros casos, el producto génico es un monómero; el mutante se une al
substrato, dejando muy poco disponible para que la proteína de tipo salvaje pueda actuar.
La proteína del colágeno proporciona un ejemplo de mutación que puede actuar como
dominante negativa. Algunas mutaciones en este gen dan lugar a que las personas afectadas
presenten un fenotipo denominado osteogénesis imperfecta (enfermedad de los huesos frágiles).
El colágeno es un proteína del tejido conectivo formada por tres monómeros entrelazados (un
trímero). El heterocigoto mutante presenta una proteína anormal que se enrolla alrededor de las
proteínas normales (de una o de ambas) distorsionando el trímero y provocando un mal
funcionamiento del mismo. El colágeno defectuoso actúa, en este sentido, como un saboteador.
La figura 6-3 ilustra la diferencia entre la haploinsuficiencia y la
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acción de un dominante negativo como causa de la dominancia de una mutación.
Mensaje Para muchos genes se necesita una única copia para una expresión completa (estos
genes son haplosuficientes) y sus mutaciones nulas son completamente recesivas. A
menudo, las mutaciones perjudiciales de genes haploinsuficientes son dominantes. Las
mutaciones en los genes que codifican las unidades de los homodímeros o heterodímeros
pueden comportarse como dominantes negativas y actuar a través de proteínas
“saboteadoras”.
Dominancia incompleta
Las plantas del dondiego de noche son nativas del área tropical del continente americano. Su
nombre proviene del hecho de que sus flores se abren a última hora de la tarde. Cuando una
planta de dondiego de noche de pétalos rojos se cruza con una línea pura de pétalos blancos
todos los individuos de la F1 tienen los pétalos rosas. Si se obtiene una F2 mediante la
autofecundación de individuos de la F1 el resultado es:
¼ de las plantas tienen pétalos rojos
1/2 de las plantas tienen pétalos rosas
¼ de las plantas tienen pétalos blancos
La Figura 6-4 muestra estos genotipos. A partir de esta proporción 1:2:1 de la F2 puede
deducirse que el patrón herencia está determinado por dos alelos de un único gen. Sin embargo,
los heterocigotos presentan un fenotipo intermedio (la F1 y la mitad de la F2). Mediante
símbolos alélicos inventados pueden enumerarse los genotipos de de los dondiegos de noche de
este experimento: c+/c+ (rojo), c/c (blanco) y c+/c (rosa). La existencia de fenotipos intermedios
sugiere una dominancia incompleta. Este término se utiliza para describir aquellos casos en los
que el heterocigoto muestra un fenotipo intermedio entre los de los dos homocigotos (en una
escala cuantitativa detectable).
¿Cómo puede explicarse la dominancia incompleta desde un punto de vista molecular?
En los casos en los que existe dominancia incompleta cada alelo de tipo salvaje produce
generalmente una serie de dosis del producto proteico. El número de estas dosis determina la
concentración de un compuesto químico fabricado por la proteína, como por ejemplo un
pigmento. En el caso del dondiego de noche, dos dosis producen la mayor parte de los
transcritos que dan lugar a la mayor cantidad posible de proteína y por tanto la mayor cantidad
de pigmento, suficiente para hacer que los pétalos de las flores sean rojos. Una sola dosis
producirá menor cantidad de pigmento, lo que se traduce en pétalos de color rosa. Si no hay
ninguna dosis no se produce pigmento.
Codominancia
La expresión de los dos alelos de un heterocigoto, la codominancia, es otra posible variante del
tema de la dominancia. Los grupos sanguíneos ABO son un claro ejemplo de este fenómeno en
los seres humanos, ya que existe codominancia de alelos antigénicos. El grupo sanguíneo ABO
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viene determinado por tres alelos de un gen que interactúan de diversas maneras para producir
los cuatro tipos de sangre existentes en el sistema ABO. Los tres alelos principales son i, IA e IB
pero una persona sólo puede portar dos de los tres alelos o dos copias de uno de ellos. El
resultado de estas combinaciones son seis genotipos diferentes: los tres homocigotos y los tres
tipos distintos de heterocigotos como se indica a continuación:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1. Genotipo
2. Grupo sanguíneo
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Los alelos de esta serie alélica determinan la presencia y forma de una molécula de
azúcar compleja localizada en la superficie de los glóbulos rojos de la sangre. Esta molécula de
azúcar es un antígeno, una molécula de la superficie celular que el sistema inmunitario puede
reconocer. Los alelos IA e IB determinan dos formas diferentes de esta molécula de la superficie
celular. Sin embargo, el alelo i provoca que no haya ninguna molécula de este tipo en la
superficie de la célula (es un alelo nulo). Los alelos IA e IB son completamente dominantes sobre
i en el caso de los genotipos IA/i e IB/i. Sin embargo, en el caso del genotipo IA/IB, cada uno de
los alelos produce su propia forma para la molécula de superficie y, por tanto, los alelos A y B
son codominantes.
La anemia falciforme es una enfermedad humana que proporciona un ejemplo
interesante del modo, en ocasiones arbitrario, en que se clasifica la dominancia. El gen en
cuestión codifica la hemoglobina, la molécula responsable del transporte de oxígeno y que
constituye el componente principal de los glóbulos rojos sanguíneos. Existen dos alelos
principales, HbA y HBS y, como se muestra a continuación, los tres posibles genotipos dan lugar
a diferentes fenotipos:
HbA/HbA: normal, los glóbulos rojos no se deforman.
HbS/HBS: anemia grave, a menudo mortal. La hemoglobina anómala provoca que los
glóbulos rojos adopten forma de hoz.
HBA/HBS: Sin anemia; los glóbulos rojos se deforman sólo en condiciones de baja
concentración de oxigeno.
La Figura 6-5 muestra una microfotografía electrónica de células sanguíneas que
incluyen algunas células falciformes. El alelo HBA es dominante en lo que respecta a la anemia.
En un individuo heterocigoto un único alelo HBA produce suficiente hemoglobina funcional para
prevenir la anemia. Existe una dominancia incompleta en lo que respecta a la forma de las
células sanguíneas como muestra el hecho de que en un heterocigoto muchas de las células
tienen una ligera forma de hoz. Finalmente, con respecto a la misma hemoglobina, existe
codominancia. Los alelos HbA y HBS codifican dos tipos diferentes de hemoglobina que difieren
en un único aminoácido y ambas se sintetizan en un heterocigoto. Las formas A y S de la
hemoglobina pueden separarse mediante electroforesis ya que ambas tienen diferente carga
(Figura 6-6). Las personas normales son homocigóticas y sólo tienen un tipo de hemoglobina
(A), mientras que las personas que padecen este tipo de anemia tienen el otro tipo (S) que
muestra una movilidad diferente en un campo eléctrico. El heterocigoto posee ambos tipos de
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hemoglobina, A y S, en otras palabras, existe una codominancia desde el punto de vista
molecular. Los alelos HbA y HBS son un ejemplo fascinante para la genética de poblaciones y
será tratado en el Capítulo 16.
El ejemplo de la anemia falciforme sirve para ilustrar la arbitrariedad de los términos
dominancia, dominancia incompleta y codominancia. El tipo de dominancia inferida depende
del nivel fenotípico en el cual se trabaje: organismo, célula o molécula. Es más, deben tomarse
las mismas precauciones con muchas de las categorías usadas por los científicos para clasificar
estructuras y procesos, ya que estas categorías han sido creadas para facilitar el análisis.
Mensaje Las funciones moleculares de los alelos de un gen y el nivel al que se lleva a cabo
el estudio determinan el tipo de dominancia.
Las hojas del trébol muestran diversas variaciones en lo relativo al tema de la
dominancia. Trébol es el nombre común para las plantas del género Trifolium, del que existen
muchas especies. Algunas de ellas son nativas de Norteamérica mientras que otras fueron
introducidas desde otras áreas geográficas. Se han llevado a cabo muchos estudios genéticos en
el trébol que muestran
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variación interindividual en lo que respecta al curioso dibujo en V, o chevrón, de sus hojas. Los
distintos patrones de las hojas (o la ausencia de los mismos) están determinadas por una serie
alélica. La Figura 6-7 muestra la gran diversidad de posibles interacciones que pueden darse,
incluso en un único gen.
Alelos letales recesivos
Un alelo letal es aquel que es capaz de causar la muerte de un organismo. Al caracterizar un
conjunto de nuevos alelos mutantes, es posible encontrar mutaciones recesivas que resultan
letales. Esta información es potencialmente muy útil ya que demuestra que el gen recién
descubierto (o de función aún desconocida) es esencial para el funcionamiento del organismo.
Con el uso de las nuevas tecnologías del DNA puede crearse un alelo nulo mutante de un gen de
interés para comprobar si resulta letal en homocigosis y bajo qué condiciones ambientales. Los
alelos letales resultan también muy útiles para determinar la etapa del desarrollo en la que
normalmente interviene un gen. En este caso, los genetistas buscan determinar el momento del
desarrollo en el que el alelo mutante provoca la muerte, es decir, si ocurre antes o después en el
desarrollo del cigoto. El fenotipo asociado con esta mortalidad también puede resultar
informativo en relación con la función génica; si por ejemplo cierto órgano tiene un aspecto
anormal, el gen probablemente se expresará en ese órgano.
¿Cuál es la prueba diagnóstica para la letalidad? Uno de los mejores ejemplos para
ilustrar la letalidad de un alelo es el caso del color del pelaje de los ratones (véase el cuadro de
organismo modelo de la página 228). Los ratones de tipo salvaje presentan un color del pelaje
bastante uniforme y de tono oscuro. Un mutante denominado yellow (pelaje con un color más
claro) muestra un patrón de herencia muy particular: si un ratón yellow se cruza con otro ratón
de tipo salvaje y homocigoto se obtiene siempre una descendencia con una proporción 1:1 de
ratones amarillos y salvajes. Este resultado sugiere que los ratones amarillos son siempre
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heterocigotos para el alelo yellow y que éste es dominante sobre el salvaje. Sin embargo, si se
cruzan dos ratones yellow entre sí, el resultado obtenido es siempre el siguiente:
yellow X yellow 2/3 yellow , 1/3 salvaje
La Figura 6-8 muestra una camada típica de un cruce entre ratones con el fenotipo
yellow.
Fin página 227
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Organismo modelo
Ratón
El ratón de laboratorio en un descendiente directo del ratón doméstico Mus musculus. Las líneas
puras utilizadas hoy en día como estándar derivan de ratones criados en siglos anteriores por
aficionados a la cría del ratón. El ratón es el organismo que posee un genoma más parecido al de
los seres humanos de entre todos los considerados organismos modelo. Su número diploide de
cromosomas es 40 (comparado con los 46 de los seres humanos), su genoma es ligeramente más
pequeño (el genoma humano tiene 3000 Mb) y contiene aproximadamente el mismo número de
genes (estimados actualmente en 25 000). Además, todos los genes de los ratones parecen tener
su homólogo en humanos y un gran porcentaje de ellos se organizan en bloques, exactamente en
las mismas posiciones que los de los seres humanos.
La investigación de la genética mendeliana en los ratones comenzó muy pronto, en el
siglo XIX. Unas de las contribuciones más importantes fue el conocimiento de los genes que
controlan el color del pelaje y su patrón. El control genético del color del pelaje en ratones ha
servido como modelo para todos los mamíferos, incluidos gatos, perros, caballos y ganado.
Buena parte del trabajo científico se ha realizado con mutaciones inducidas mediante compuestos
químicos o radiaciones ionizantes. La investigación genética en ratones ha sido de gran
importancia para la medicina; una gran parte de las enfermedades humanas de origen genético
tienen su contrapartida en ratones y resultan muy útiles de cara a la experimentación (se
denominan “modelos de ratón”). El ratón ha jugado un papel especialmente importante en el
desarrollo del conocimiento de genes relacionados con el cáncer.
El genoma del ratón puede ser modificado mediante la inserción de fragmentos
específicos de DNA en óvulos fecundados o células somáticas. Los ratones que se
muestran en la fotografía poseen insertado un gen de medusa que codifica para una
proteína verde fluorescente (GFP) que provoca que sean de un color verde brillante.
También es posible noquear genes y reemplazarlos.
Una de las limitaciones principales de la investigación genética con ratones es su
coste económico. Mientras que trabajar con un millón de individuos de E. coli o S.
cerevisiae es una cuestión trivial, trabajar con un millón de ratones requeriría un edificio
del tamaño de una nave industrial. Además, a pesar de que se reproducen con rapidez
(comparados con los humanos), no pueden competir con los microorganismos en lo que
al ciclo de vida se refiere. Por ello no es posible realizar búsquedas y selección de
mutantes a gran escala, necesaria para detectar particularidades genéticas poco
frecuentes.
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¿Cómo se explica la proporción de tipo 2:1? Los resultados tienen sentido si se supone
que el alelo yellow es letal en homocigosis. Se sabe que yellow es el alelo de un gen para el
color del pelaje denominado A. Si simbolizamos este alelo como AY, los resultados del cruce
entre dos ratones yellow serán
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1.
2.
3.
4.
Descendencia
Letal
Yellow
Salvaje
Debería observarse la proporción 1:2:1, esperada para los cigotos de un cruzamiento
monohíbrido, pero se ha alterado y convertido en una proporción 2:1 entre la descendencia
observada tras el nacimiento.
Fin página 228
Esto es debido a que los cigotos de genotipo AY/AY no sobreviven y no pueden, por tanto, ser
contabilizados. Esta hipótesis se corrobora al extraer el útero de hembras embarazadas tras un
cruce de tipo yellow X yellow y observar que un cuarto de los embriones está muerto.
El alelo AY produce efectos en dos caracteres diferentes: el color del pelaje y la
supervivencia. No obstante, es muy probable que ambos efectos de este alelo tengan su origen
en una misma causa que produce un cambio en el color del pelaje con una sola dosis y la muerte
cuando se encuentra en doble dosis. En general se utiliza el término pleiotrópico para cualquier
alelo que afecta a varias propiedades de un organismo.
El fenotipo ausencia de cola de los gatos Manx (Figura 6-9) es también debido a un
alelo letal en homocigosis. Un única dosis del alelo Manx ML interfiere gravemente con el
desarrollo normal de la espina dorsal, lo que provoca que los heterocigotos ML/M no tengan
cola. Sin embargo, en el homocigoto ML/ML la doble dosis del alelo provoca una anormalidad
tan severa en el desarrollo de la espina dorsal que hace que el embrión no sobreviva.
Los alelos yellow y ML expresan su propio fenotipo en los heterocigotos, pero muchos
alelos letales recesivos se encuentran silenciados en los heterocigotos. En esos casos, se
determina la existencia de una letalidad recesiva si se observa una mortalidad del 25% entre los
descendientes en alguno de los estadios del desarrollo.
El que un alelo resulte o no letal depende a menudo del medioambiente en el cual el
organismo se desarrolla. Mientras que cierto tipo de alelos son letales en prácticamente
cualquier ambiente, otros son viables en un tipo de ambiente, mientras que resultan letales en
otros. Las enfermedades hereditarias de los seres humanos proporcionan algunos ejemplos. La
fibrosis quística o la anemia falciforme son letales sin el tratamiento adecuado. Además,
muchos de los alelos favorecidos y seleccionados por los agricultores y criadores de animales
serían eliminados, casi con total seguridad, como consecuencia de la competencia con los
individuos procedentes de las poblaciones naturales. Las variedades enanas de grano
suministran también buenos ejemplos; son variedades muy productivas pero sólo con un cultivo
esmerado por parte de los agricultores pueden mantenerse estos alelos.
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Como consecuencia la reducción de la viabilidad provocada por un alelo mutante, los
genetistas se encuentran habitualmente con situaciones en las cuales las proporciones
fenotípicas están constantemente sesgadas en una dirección. En un cruzamiento del tipo A/a X
a/a, por ejemplo, se espera que un 50% de los individuos sean A/a y el otro 50% a/a. Sin
embargo, se observan repetidamente proporciones del tipo 55%:45% o 60%:40%. En estos
casos, se dice que el alelo recesivo es subletal ya que la letalidad se expresa solamente en
algunos pero no en todos los individuos homocigotos. La letalidad puede por tanto variar entre
un 0 y un 100% en función del mismo gen, del resto del genoma y del ambiente.
En este apartado se ha explicado como los alelos letales resultan de gran utilidad para
determinar en qué momento actúa un gen y la naturaleza del defecto fenotípico que provoca la
muerte. Sin embargo, mantener estirpes que porten alelos letales para su uso en el laboratorio
representa un reto importante. Los alelos letales recesivos pueden mantenerse en heterocigosis
en los organismos diploides. En organismos haploides los alelos letales sensibles al calor
resultan también muy útiles y son miembros de una clase especial de mutaciones sensibles a la
temperatura (ts). El fenotipo es salvaje a la temperatura permisiva (a temperatura ambiente
normalmente) pero es mutante a una temperatura restrictiva algo mayor. Se cree que los
alelos sensibles a la temperatura son debidos a mutaciones que hacen que la proteína tienda a
girarse o doblarse a la temperatura restrictiva, adquiriendo una conformación inactiva. Las
líneas para investigación pueden mantenerse fácilmente en condiciones permisivas y los
experimentos con el fenotipo mutante se lleva a cabo sometiendo a los individuos a las
condiciones restrictivas. Las mutaciones letales dominantes sensibles a la temperatura también
resultan útiles ya que este tipo de mutaciones se expresan incluso cuando están presentes en una
sola dosis, pero solamente cuando el investigador somete al organismo a la temperatura
restrictiva.
Fin página 229
Mediante el uso de diversas técnicas de “genética inversa” pueden crearse una serie de
alelos nulos de genes que se han secuenciado. Estas técnicas noquean específicamente las
funciones de genes determinados. En el Capítulo 13 se explica este tema en detalle.
Mensaje Para saber si un gen es esencial, se prueba si el alelo nulo es letal.
6.2 Interacciones de los genes en las rutas metabólicas
Los genes ejercen su función mediante el control de la química celular. Un médico inglés
llamado Archibal Garrod (Figura 6-10) realizó el primer descubrimiento que apoyaba esta teoría
a principios del siglo XIX. Garrod observó que varias de las enfermedades humanas recesivas
mostraban defectos en el metabolismo, el conjunto general de reacciones químicas que tienen
lugar en el organismo. Esto condujo a la noción de que esas enfermedades genéticas eran en
realidad “errores innatos del metabolsimo”. Garrod trabajó en una enfermedad denominada
alcaptonuria (AKU) o enfermedad de la orina negra y determinó que la sustancia responsable
del color negro de la orina era el ácido homogentísico, presente en grandes cantidades y
secretado a la orina en los pacientes con AKU. Sabía que el ácido homogentísico se convierte en
ácido maleilacetoacético en las personas sanas, por lo que propuso que la enfermedad consistía
en un fallo en esta conversión. En consecuencia, el ácido homogentísico se acumula y es
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excretado. Las observaciones de Garrod parecían indicar que un gran conjunto de genes que
interaccionaban controlaban las rutas químicas de las células. No obstante, fue el trabajo
posterior de Beadle y Tatum el que aportó la demostración directa de este control.
Rutas biosintéticas en Neurospora
Los trabajos de George Beadle y Edward Tatum en la década de 40 no sólo clarificaron el papel
de los genes sino que demostraron la interacción de los genes en las rutas biosintéticas. Años
más tarde recibieron el premio Nobel por este trabajo que marcó el principio de la Biología
molecular. Beadle y Tatum realizaron su trabajo con el hongo haploide Neurospora, presentado
en capítulos anteriores. Su objetivo era investigar el control genético de la química celular. Para
ello, en primer lugar irradiaron células de Neurospora para generar mutaciones y, tras el cultivo
de las ascosporas, buscar fenotipos mutantes que resultaran de interés. A su vez, esta
metodología se convirtió en una metodología estándar de la genética directa. Mediante esta
aproximación descubrieron una gran cantidad de mutantes defectivos para distintas funciones
nutricionales: especialmente del tipo de mutantes auxotróficos descritos en el Capítulo 5 para
bacterias. Estos mutantes requieren de un nutriente que ha de ser suplementado, un nutriente que
los hongos de tipo salvaje son capaces de sintetizar por sí mismos, lo que sugiere que el mutante
es defectivo en algún paso sintético común. Beadle y Tatum dedujeron que cada mutación que
generaba un requerimiento nutricional se heredaba como una mutación en un único gen, ya que
producía unas proporción 1:1 cuando se cruzaba con la de tipo salvaje. Si aux representa una
mutación auxotrófica,
AQUÍ VA UNA FIGURA
1. Descendencia
La Figura 6-11 ilustra el procedimiento experimental utilizado por Beadle y Tatum. Sus
estudios se centraron en un grupo particular de líneas mutantes que requieren específicamente
Fin página 230
Fin página 231
el aminoácido arginina para crecer (los mutantes eran auxotróficos para la arginina). Estos
investigadores observaron que estas mutaciones auxotróficas se localizaban en tres loci
diferentes situados en tres cromosomas distintos. Estos tres loci pueden denominarse, por
ejemplo, arg-1, arg-2 y arg-3. Un hallazgo crucial fue que los mutantes auxótrofos para cada
unos los tres loci presentan una respuesta diferente a los compuestos ornitina y citrulina, a pesar
de estar relacionados estructuralmente (Figura 6-12). Los mutantes arg-1 crecen cuando se
suplementa con cualquiera de los tres compuestos; ornitina, citrulina o arginina. El mutante arg2 solamente crece en presencia de arginina o citrulina, pero no en presencia de ornitina. Por
último, el mutante arg-3 crece solo cuando se suplementa con arginina. La Tabla 6-1 resume
estos resultados.
Ya se conocían los enzimas celulares encargados de estas interconversiones entre
compuestos relacionados. Sin embargo, Beadle, Tatum y sus colegas propusieron una ruta
bioquímica para estas interconversiones en Neurospora basándose en las propiedades de los
mutantes arg:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
13
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Enzima X
Enzima Y
Enzima Z
Precursor
Ornitina
Citrulina
Arginina
Esta ruta propuesta explica elegantemente las tres clases de mutantes expuestas en la
Tabla 6-1. Según este modelo, los mutantes arg-1 tienen una enzima X defectuosa, por lo que
son incapaces de convertir el precursor en ornitina en el primer paso de la producción de
arginina. No obstante, sus enzima Y y Z son normales y pueden producir arginina sin se les
suplementa, bien con ornitina o bien con citrulina. Del mismo modo, los mutantes arg-2 no
tienen enzima Y funcional y los mutantes arg-3 no tienen el enzima Z. Se supone por tanto que
una mutación en un gen concreto interfiere con la producción normal de una única enzima, lo
que bloquea la ruta biosintética. Este bloqueo puede evitarse si se suplementa a las células con
el compuesto que se sitúa detrás del paso bloqueado en la ruta biosintética.
En este punto se puede establecer un diagrama más completo del modelo bioquímico:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Arg-1+
Arg-2+
Arg-3+
Enzima X
Enzima Y
Enzima Z
Precursor
Ornitina
Citrulina
Arginina
Este ingenioso modelo, que se conoció en un principio como la hipótesis un gen–una enzima,
fue la base de la primera comprensión de la función de los genes: del algún modo eran
responsables de la función de las enzimas y aparentemente cada gen controlaba una enzima
específica en una serie de pasos interconectados en una ruta bioquímica. Otros investigadores
obtuvieron resultados similares para otras rutas biosintéticas diferentes y la hipótesis consiguió
pronto una aceptación generalizada. Todas las proteínas, tanto si son enzimas como si no lo son,
resultaron estar codificadas por genes y la hipótesis se redefinió para convertirse en la hipótesis:
un gen–un polipéptido. (Recuérdese que un polipéptido es la forma más simple de una
proteína, una simple cadena de aminoácidos). Pronto estuvo claro que un gen codifica la
estructura física de una proteína, lo que en última instancia determina su función. La hipótesis
de Beadle y Tatum es uno de los grandes conceptos unificadores de la biología, ya que
establecía un puente entre dos campos principales de investigación como son la Genética y la
Bioquímica.
AQUÍ VA UNA TABLA (6-1)
Fin página 232
14
(Debe añadirse entre paréntesis que, aunque la gran mayoría de los genes codifican proteínas, se
sabe que algunos codifican RNAs con funciones especiales. Todos los genes se transcriben para
sintetizar RNA. Los genes que codifican proteínas se transcriben a RNA mensajero (mRNA)
que se traduce a proteína. No obstante, una minoría de genes codifica RNA que nunca se
traduce a proteína ya que el mismo RNA tiene una función propia y se les denomina RNAs
funcionales. Los RNAs de transferencia, los RNAs ribosomales y los RNAs pequeños
citoplasmáticos son algunos ejemplos de estos RNAs funcionales de los que se hablará en
capítulos posteriores).
Mensaje La síntesis química en las células se produce mediante rutas metabólicas con pasos
secuenciales catalizados por enzimas. Los genes que codifican las enzimas de una ruta
específica forman un subconjunto funcional interrelacionado dentro del genoma.
Interacción génica en otros tipos de rutas
La idea de que dos genes interactúen en una ruta resulta convincente y además puede aplicarse
en todos los organismos. La ruta de la arginina en Neurospora es un ejemplo de ruta sintética, es
decir, una cadena de conversiones enzimáticas que sintetizan nutrientes esenciales. Esta idea
puede hacerse extensiva a otro caso ya estudiado, la enfermedad denominada fenilcetonuria
(PKU), causada por un alelo autosómico recesivo. La PKU tiene su origen en la incapacidad
para convertir la fenilalanina en tirosina. Como consecuencia de esta incapacidad la fenilalanina
se acumula y se convierte en ácido fenilpirúvico, un compuesto tóxico. El gen de la PKU forma
parte de una ruta sintética similar a la de la arginina en Neurospora, parte de la cual se muestra
en la Figura 6-13. La ilustración recoge también algunas enfermedades provocadas por bloqueos
de pasos en esta misma ruta (incluida la enfermedad investigada por Garrod, la alcaptonuria).
Más allá de la ruta de síntesis meramente intracelular, una extensión de la ruta
bioquímica del sistema de expresión de la PKU cubre los movimientos de productos químicos a
través del cuerpo. La Figura 6-14 muestra que existen muchos pasos intermedios en la ruta que
lleva desde la ingestión de fenilalanina en la dieta hasta el fenotipo del desarrollo cognitivo
afectado. En primer lugar, la cantidad de fenilalanina en la dieta resulta de una importancia
clave ya que la reducción de la ingesta puede aliviar los síntomas de las personas homocigóticas
para la mutación, como ya se explicó en el Capítulo 2. En segundo lugar, la fenilalanina puede
ser transportada a las partes apropiadas de la “factoría química” del cuerpo, el hígado. En este
órgano, la PAH puede actuar junto su cofactor la tetrahidrobiopterina. Puede deducirse que las
mutaciones en otros genes diferentes al de la PAH podrían elevar los niveles de fenilalanina;
como ejemplos pueden citarse el gen necesario para la síntesis de la tetrahidrobiopterina o el
que es necesario para la síntesis del agente que introduce la fenilalanina en el hígado. Puede
también pensarse que mutaciones en otros puntos del genoma pueden evitar que las personas
con PKU muestren un desarrollo cognitivo anormal. Si se producen niveles anormalmente altos
de ácido fenilpirúvico, éste debe
Fin página 233
ser transportado al cerebro a través del torrente sanguíneo y, una vez allí, atravesar la barrera
hematoencefálica para afectar al desarrollo cognitivo. En el interior del cerebro, el desarrollo de
este órgano debe ser sensible a la acción perjudicial del ácido fenilpirúvico. Cada una de los
pasos de esta ruta es un posible punto en el que pueden expresarse alelos mutantes (o la
15
variación ambiental). La interacción génica para el color del pelo de los seres humanos, que se
introdujo anteriormente, muestra una complejidad similar de interacción génica en las rutas intra
e intercelulares.
Al comenzar este capítulo se describieron brevemente las rutas de transducción de
señales. Una de las rutas de transducción de señales mejor conocidas ha surgido de los análisis
genéticos de la respuesta al apareamiento de la levadura del pan. Recuérdese que para que se
produzca el apareamiento se necesitan dos tipos sexuales opuestos, determinados por los alelos
MATa y MATα. Cuando una célula esta en presencia de otra célula de tipo sexual opuesto se
producen una serie de cambios en la forma y el comportamiento como preparación al
apareamiento. La respuesta al apareamiento se desencadena mediante una ruta de transmisión de
señales que requiere de la acción secuencial de un determinado grupo de genes. Este conjunto
de genes se descubrió gracias a un estudio típico de interacción de mutantes con una respuesta
de apareamiento anormal (muchos eran estériles). Los análisis que se presentan a continuación
permitieron establecer los diferentes pasos de la ruta.
La señal que pone en marcha el sistema es una feromona liberada por el tipo de
apareamiento opuesto; la feromona se une a un receptor de membrana,
Fin página 234
el cual se une a una proteína G en el interior de la membrana y la activa. La proteína G pone en
funcionamiento una serie de fosforilaciones de proteínas denominadas cascada de quinasas. En
última estancia, la cascada activa la transcripción de un conjunto de genes específicos que
permiten a la célula aparearse. Una mutación en cualquiera de estas etapas podría alterar el
proceso de unión.
Las rutas relacionadas con el desarrollo abarcan todos los pasos por los que un cigoto se
convierte en un organismo adulto. Estos pasos pueden incluir la regulación génica, la
transducción de señales y la diferenciación y movimiento tisular. Las rutas implicadas en el
desarrollo serán estudiadas en detalle en el Capítulo 12, pero la interacción de genes en estas
rutas se analiza del mismo modo, tal y como se muestra a continuación.
6.3 Inferir las interacciones génicas
Al comienzo del capítulo se ha descrito como llevar a cabo un análisis genético que revele los
genes que interactúan y contribuyen a una determinada propiedad biológica. A continuación se
describe brevemente la metodología:
Paso 1. Las células se tratan con agentes que provocan mutaciones (mutagénicos), como por
ejemplo la radiación ultravioleta. Este tratamiento produce una gran cantidad de mutantes con
una expresión anormal de la de la propiedad en estudio. Se comprueba que mutante presenta una
herencia de un único gen (proporción mendeliana monohíbrida). Asimismo, se ensaya el efecto
fenotípico de cada mutante en el desarrollo de la propiedad.
Paso 2. Se comprueba cada mutante para determinar el número total de loci génicos que
intervienen en la propiedad y qué mutaciones son alelos de un mismo gen.
16
Paso 3. Se combinan las mutaciones por pares con el fin de crear dobles mutantes y comprobar
si interactúan. A partir del fenotipo doble mutante puede inferirse la interacción génica; que es
en esencia cualquier desviación más allá de la simple combinación de ambos fenotipos
mutantes. Si existe interacción entre los alelos mutantes, puede inferirse que normalmente los
genes de tipo salvaje también interactúan.
Debe determinarse si cada una de las mutaciones está en un locus diferente antes de
comprobar la existencia de interacciones. La búsqueda de mutantes puede haber favorecido
cierto tipo de genes de manera inadvertida. Si es así, en una colección de, digamos, 60
mutaciones independientes, podrían estar representados sólo 20 loci génicos, cada uno los
cuales con tres mutaciones. Se necesita, por tanto, definir el grupo de genes tal y como se
muestra en el siguiente apartado.
Definir el conjunto de genes mediante el uso de la prueba de complementación
¿Cómo es posible decidir si dos mutaciones pertenecen a un mismo gen? Existen varias formas.
En primer lugar, podría cartografiarse cada alelo mutante. Es muy probable que dos mutaciones
estén en dos genes distintos si se localizan en loci cromosómicos diferentes. Sin embargo, se
tarda mucho tiempo en llevar a cabo este tipo de aproximación experimental si se realiza para
un amplio conjunto de mutantes. En estos casos se utiliza un tipo de análisis denominado
prueba de complementación. A pesar de que esta prueba puede aplicarse sólo en el caso de
mutaciones recesivas, es relativamente sencilla y rápida de llevar a cabo, características que la
han convertido en una metodología muy popular.
En un organismo diploide, la prueba de complementariedad consiste, en esencia, en
cruzar dos líneas mutantes homocigóticas para generar un heterocigoto; si el homocigoto es de
fenotipo salvaje las mutaciones deberían estar en dos genes diferentes. En este caso se dice que
las dos mutaciones se han complementado. La prueba de la complementación puede explicarse
mediante el ejemplo de las plantas campanillas (género Campanula). Las flores de tipos salvaje
son de color azul. Supongamos que en una búsqueda de mutantes se
Fin página 235
obtienen tres mutantes de pétalos blancos y que se disponen de líneas puras homocigóticas para
esas mutaciones. Todos parecen iguales y no es posible conocer, a priori, si son iguales desde un
punto de vista genético. Las líneas pueden denominarse $, £ y ¥, para así evitar cualquier
simbolismo que pueda implicar dominancia. Cuando se cruzan estos mutantes con plantas de
tipo salvaje se obtienen los mismos resultados para cada mutante, tanto en la F1 como en la F2.
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1.
2.
3.
4.
5.
Blanca $ X azul
Blanca £ X azul
Blanca ¥ X azul
F1 todas azules
F2 ¾ azul, ¼ blanca
En cada caso, los resultados muestran que la condición de mutante está determinada por el
alelo recesivo de un solo gen. Sin embargo, ¿son tres alelos del mismo gen, de dos genes o de
tres genes distintos? Dado que los mutantes son recesivos, puede responderse a esta pregunta
17
mediante una prueba de complementación que busque si los mutantes se complementan entre sí.
Desde un punto de vista operativo la complementación puede definirse como sigue:
Mensaje La complementación es la aparición de un fenotipo salvaje cuando se reúnen en
una misma célula dos genomas haploides que portan diferentes mutaciones recesivas.
En un organismo diploide, la prueba de complementación se efectúa cruzando los mutantes
homocigóticos recesivos entre sí y comprobando si la descendencia presenta o no el fenotipo
salvaje. Si la descendencia es de tipo salvaje, las dos mutaciones recesivas deberían estar en
diferentes genes, ya que los respectivos alelos salvajes proporcionan una funcionalidad de tipo
salvaje. En este caso, se denominarán a1 y a2 a los genes, según sus alelos mutantes. En función
de si los genes están o no en el mismo cromosoma pueden representarse los heterocigotos como:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1. Cromosomas diferentes
2. El mismo cromosoma (representado en configuración trans)
Si por el contrario la descendencia no es de tipo salvaje, las mutaciones recesivas deberían
ser alelos del mismo gen. Dado que ambos alelos del gen son mutantes, no hay alelo de tipo
salvaje que suministre una funcionalidad de tipo salvaje. Estos alelos pueden denominarse a´ y
a´´; el uso de las “primas” permite distinguir entre dos alelos mutantes diferentes de un mismo
gen y el alelo salvaje que se denota como a+. Ambos alelos mutantes serían defectivos, pero con
mutaciones en diferentes sitios del mismo gen. El heterocigoto a´/a´´ sería:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
Volvamos al ejemplo de la campanilla y crucemos los mutantes para comprobar la
existencia de complementación. Supóngase que los resultados de los cruzamientos entre los
mutante $, £ y ¥ son los siguientes:
Fin página 236
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1. $ blanca × blanca £
2. $ blanca × blanca ¥
3. £ blanca × blanca ¥
F1, todas blancas
F1, todas azules
F1, todas azules
A partir de estos resultados, puede concluirse que los mutantes $ y £ deben estar causados
por alelos del mismo gen (por ejemplo w1), ya que no complementan; sin embargo, ¥ debe estar
causado por un alelo mutante de otro gen (w2), ya que se observa complementación.
¿Cómo funciona la complementación desde el punto de vista molecular? El color azul de las
flores de la campanilla tiene su origen en un pigmento azul denominado antocianina. Los
pigmentos son compuestos químicos que absorben ciertas longitudes de onda del espectro
visible de luz; en el caso de la campanilla, la antocianina absorbe todas las longitudes de onda
excepto la del azul, que se refleja en el ojo del observador. Sin embargo, la antocianina se
18
sintetiza a partir de precursores químicos que no son pigmentos, es decir, no absorben luz de
ninguna longitud de onda concreta y simplemente reflejan la luz blanca del sol a los ojos del
observador, lo que les confiere el color blanco. El pigmento azul es el resultado final de una
serie de conversiones bioquímicas de sustancias que no son pigmentos. Cada paso está
catalizado por una enzima específica codificada por un gen específico. La siguiente ruta podría
explicar los resultados anteriores:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Gen w1+
Enzima 1
Gen w2+
Enzima 2
Precursor 1
Precursor 2
Antocianina azul
Una mutación en homocigosis en cualquiera de los genes llevará a la acumulación de un
precursor, lo que hará que la planta sea blanca. Los mutantes pueden designarse ahora
como:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1. $ w1$/w1$ · w2+/w2+
2. £ w1£/w1£ · w2+/w2+
3. ¥ w1+/w1+ · w2¥/w2¥
En la práctica, pueden obviarse los subíndices y describir los genotipos como:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1. $
2. £
3. ¥
w1/w1 · w2+/w2+
w1/w1 · w2+/w2+
w1+/w1+ · w2/w2
Por tanto, una F1 de $ × £ será:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1. w1/w1 · w2+/w2+
Las plantas de la F1 tendrán dos alelos defectuosos para w1 y el paso 1 de la ruta estará
bloqueado. Aunque la enzima 2 sea completamente funcional, no tiene sustrato sobre el que
actuar, de modo que no se producirá pigmento azul y el fenotipo será blanco.
Sin embargo, las plantas de la F1 de los otros cruzamientos tendrán alelos salvajes para
las dos enzimas necesarias para convertir los intermediarios en el producto final de color azul.
Sus genotipos serán:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
19
1. w1+/w1 · w2+/w2
Fin página 237
Puede comprobarse que la complementación es, en realidad, el resultado de la
interacción cooperativa entre los alelos salvajes de los dos genes. En la Figura 6-15 se resume la
interacción de los mutantes blancos que se complementan y de los que no se complementan
desde un punto de vista genético y celular.
En un organismo haploide, no se puede realizar la prueba de complementación
mediante cruzamientos. En los hongos, una alternativa a la prueba de complementación es
construir un heterocarionte (Figura 6-16) que reúna a los alelos mutantes. Las células de
los hongos
Fin página 238
se fusionan fácilmente y cuando dos líneas se fusionan los núcleos haploides de las diferentes
líneas ocupan una célula, lo que se denomina heterocarionte (del griego, diferentes núcleos).
Generalmente, los núcleos de un heterocarionte no se fusionan. En cierto sentido este estado es
una especie de diploide “simulado”.
Supóngase que, en distintas cepas existen mutaciones en dos genes diferentes que
confieren el mismo fenotipo mutante, por ejemplo la necesidad de arginina. Estos genes pueden
denominarse arg-1 y arg-2 y los genotipos de las dos líneas estarían representados por arg-1 ·
arg-2+ y arg-1+ · arg-2. Estas dos cepas pueden fusionarse para formar un heterocarionte con
los dos núcleos en un citoplasma compartido:
El núcleo 1 es arg-1 · arg-2+
El núcleo 2 es arg-1+ · arg-2
Dado que los productos génicos se crean en un mismo citoplasma, los dos alelos de tipo
salvaje pueden ejercer su efecto dominante y cooperar para producir un heterocarionte de
fenotipo salvaje. En otras palabras, las dos mutaciones se complementan tal y como lo harían en
un diploide. Si las mutaciones hubieran sido alelos del mismo gen la complementación no
habría tenido lugar.
Mensaje Si dos alelos mutantes recesivos obtenidos independientemente y que producen
fenotipos parecidos no complementan, ambos alelos corresponden al mismo gen.
Análisis de dobles mutantes de mutaciones aleatorias
Recuérdese que para saber si dos genes interaccionan es necesario comprobar el fenotipo del
doble mutante para ver si es diferente del que se espera de la combinación de las dos mutaciones
individuales. El doble mutante se obtiene por cruzamientos entre los dos mutantes. La F1 se
obtiene como parte de la prueba de complementación por lo que se supone que se ha observado
el fenómeno de la complementación, lo que sugiere que las mutaciones están en genes
diferentes. Por lo tanto, se realizan cruzamientos endogámicos entre la F1 para obtener una F2.
La F2 debería contener el doble mutante, que puede ser identificado observando las proporciones
mendelianas. Si por ejemplo se obtiene una proporción mendeliana de tipo 9:3:3:1, el fenotipo
20
representado entre la descendencia en una proporción 1/16 será el doble mutante (el “1” en
9:3:3:1). En los casos de interacción génica, el fenotipo del doble mutante puede no ser
distinguible, pero será coincidente con el de uno de los individuos con una única mutación. En
este caso se obtienen proporciones mendelianas modificadas como por ejemplo las de tipo 9:3:4
ó 9:7.
La proporción 9:3:3:1 es el caso más sencillo que se espera cuando no existe interacción
génica y las mutaciones en estudio están en diferentes cromosomas. La proporción 9:3:3:1
constituye la hipótesis nula y cualquier proporción mendeliana alterada que represente una
desviación de esta hipótesis sería informativa, tal y como demostrarán los siguientes ejemplos.
Fin página 239
Ausencia de interacción génica: proporción 9:3:3:1 Como punto de partida comenzaremos
con un caso en el cual dos genes mutantes no interaccionan, una situación en la cual se espera
una proporción de tipo 9:3:3:1. La herencia del color de la piel de la serpiente del maíz sirve
como ejemplo para ilustrar este fenómeno. Como se muestra en la Figura 6-17a, el color natural
consiste en un patrón repetitivo de manchas negras y naranjas que le sirven de camuflaje. El
fenotipo está producido por dos pigmentos distintos, los dos bajo control genético. Se
consideran los alelos o+ (presencia de pigmento naranja) y o (ausencia de pigmento naranja) de
un gen que determina el color naranja. Otro gen determina la presencia o no de pigmento negro,
con los alelos b+ (presencia de pigmento negro) y b (ausencia del mismo). Estos dos genes no
están ligados y el genotipo o+/- ; b+/- da lugar al patrón natural. Una serpiente con el genotipo
o/o ; b+/- es negra ya que carece del pigmento naranja (Fig. 6-17b) y una serpiente o+/o ; b/b es
naranja por carecer de pigmento negro (Figura 6-17c). El doble homocigoto recesivo o/o; b/b es
albino (Figura 6-17d). Obsérvese que el color rosado pálido del albino es consecuencia de la
presencia de otro pigmento, la hemoglobina de la sangre, visible a través de la piel de la
serpiente cuando están ausentes los otros pigmentos. El ejemplar albino muestra claramente que
existe otro elemento que interviene en el patrón de pigmentación de la piel de la serpiente
además de los pigmentos: el motivo repetitivo dentro y alrededor del cual se deposita el
pigmento.
Si se cruzan una serpiente de color naranja y homocigótica con una de color negro y
homocigótica, la F1 resultante es de tipo salvaje (camuflado) lo que demuestra la existencia
de complementación:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1. (naranja)
2. (negro)
3. (camuflado)
En este caso, sin embargo, una F2 muestra una proporción estándar 9:3:3:1
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1.
2.
3.
4.
(camuflado)
(camuflado)
(naranja)
(negro)
21
5. (albino)
Se genera una proporción 9:3:3:1 debido a que los genes de los dos pigmentos actúan
independientemente desde el punto de vista celular.
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1.
2.
3.
4.
precursor
pigmento negro
pigmento naranja
camuflado
Aunque una de las rutas falle por la presencia de uno de los mutantes, la otra ruta
permanece activa y produce el pigmento del otro color. Solamente la presencia de ambos
mutantes provoca que las dos rutas fallen y no se produzca pigmento de ningún color.
Genes en la misma ruta: proporción 9:7 La F2 del cruzamiento de las campanillas presenta
flores azules y blancas en una proporción 9:7. ¿Cómo pueden explicarse estos resultados? La
razón 9:7 es claramente una modificación de la proporción dihíbrida 9:3:3:1
Fin página 240
en la que el 3:3:1 se ha combinado pasando a ser un 7; se puede por tanto inferir algún tipo de
interacción. El cruzamiento entre dos líneas blancas y las subsiguientes generaciones puede
representarse de la siguiente forma:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1. Blanca
2. Azul
En este caso, la única forma de que una proporción 9:7 sea posible es si el mutante doble
tiene el mismo fenotipo que los dos mutantes de un único gen. Las proporciones modificadas
constituyen por tanto una manera de identificar el fenotipo de los dobles mutantes. Además, el
hecho de que el fenotipo sea idéntico en ambos casos sugiere que cada alelo mutante controla
una etapa diferente de la misma ruta. Los resultados muestran que la homocigosis del alelo
mutante en cualquiera de los genes, o en ambos a la vez, provoca que la planta tenga pétalos
blancos. Para obtener el fenotipo azul, es necesario que una planta posea al menos una copia del
alelo dominante de ambos genes ya que son necesarios para completar pasos consecutivos en la
misma ruta. No importa cuál de los dos esté ausente, la misma ruta falla y produce el mismo
fenotipo. Existen por tanto tres clases fenotípicas que dan lugar al mismo fenotipo y en total
sólo aparecen dos fenotipos.
El ejemplo de las campanillas comporta diferentes pasos de una ruta sintética. El caso
de la regulación génica puede presentar resultados muy similares. A menudo, un gen
regulador funciona mediante la producción de una proteína que se une a un sitio regulador
situado aguas arriba del gen en cuestión y facilita la transcripción del gen (Figura 6-18). En
ausencia de la proteína reguladora, el gen se transcribe a niveles insuficientes para las
necesidades celulares. El cruzamiento de una línea pura defectiva para la proteína
reguladora r/r y una línea pura defectiva para la proteína objeto de regulación a/a puede
22
representarse como r/r ; a+/a+ X r+/r+ ; a/a. El dihíbrido mostrará complementación entre
los genotipos mutantes ya que tanto r+ como a+ están presentes, lo que permite la
transcripción normal del alelo salvaje. Cuando se produce un cruzamiento endogámico de la
F1 dihíbrida se obtendrá también una proporción fenotípica entre la F2 de 9:7.
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1.
2.
3.
4.
Proporción genotípica
Genotipo
Proteína a+ funcional
Proporción fenotípica
Mensaje Una proporción 9:7 en la F2 sugiere la existencia de genes que interactúan en una
misma ruta; la ausencia de cualquiera de las funciones génicas conduce a la ausencia del
producto final de la ruta
Fin página 241
Epistasia recesiva: proporción 9:3:4 En la F2, una proporción 9:3:4 sugiere un tipo de
interacción génica denominada epistasia. Esta palabra significa “predominar sobre”, en
referencia a la situación en la cual un doble mutante muestra el fenotipo de una mutación pero
no de la otra. La mutación predominante es epistática mientras que la mutación anulada es
hipostática. La epistasia se produce cuando los genes están en la misma ruta. En una ruta
sintética sencilla, la mutación epistática es portada por un gen que está situado aguas arriba
(antes en la ruta) del gen de la mutación anulada. El fenotipo mutante del gen situado aguas
arriba tiene preferencia y no importa que pase más adelante en la ruta.
Considérese un ejemplo como el de la síntesis del pigmento de los pétalos en la planta
«Mary ojos azules» (Collinsia parviflora). El fenotipo salvaje es de color azul y se dispone
de dos líneas puras mutantes, una de color blanco (w/w) y otra con pétalos de color magenta
(m/m). Los genes w y m no están ligados y la F1 y la F2 serán:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1. Blancas
2. Magenta
3. Azul
Una proporción fenotípica de tipo 9:3:4 en la F2 en indicadora de la existencia de epistasia
recesiva. Al igual que en el caso anterior, la proporción observada indica que fenotipo es el
doble mutante, ya que el componente 4/16 de la proporción debe ser el resultado de combinar la
clase mutante para un solo gen (3/16) con la clase doble mutante (1/16). El doble mutante
expresa, por tanto, sólo uno de los dos fenotipos mutantes; así que por definición, el blanco es
epistático con respecto al magenta (para detectar el doble mutante entre los descendientes del
grupo 4/16 deberían realizarse cruzamientos de prueba con los plantas de color blanco de la F2).
Este tipo de interacción se denomina epistasia recesiva ya que el fenotipo recesivo (blanco)
predomina sobre el otro fenotipo. En el próximo apartado se considera el tema de la epistasia
dominante.
23
La epistasia recesiva en Collinsia se explica desde un punto de vista celular con el siguiente
tipo de ruta (véase también la Figura 6-19):
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1.
2.
3.
4.
5.
Sin color
Gen w+
Magenta
Gen m+
azul
Obsérvese que la mutación epistática se sitúa en la ruta que da lugar al pigmento azul; esta
etapa está situada antes del paso bloqueado por la mutación enmascarada.
Otro caso representativo de la epistasia recesiva es el color dorado del pelaje de los perros
de la raza Labrador. Dos alelos, B y b, dan lugar a los pelajes negro y marrón, respectivamente.
Los dos alelos producen melanina negra y marrón. Existe un alelo e de otro gen que es
epistático sobre ellos y genera un pelaje de color dorado (Figura 6-20). Por lo tanto ambos
genotipos (B/-; e/e y b/b; e/e) provocan un fenotipo dorado,
Fin página 242
mientras que B/- ; E/- y b/b ; E/- dan lugar a fenotipos negros y marrones respectivamente. Este
caso de epistasia no se produce como consecuencia de un bloqueo en un paso anterior de la ruta
que da lugar al pigmento que causa color oscuro. Los perros dorados pueden producir pigmento
negro y marrón, como se aprecia en su nariz y boca. Lo que hace el alelo e es impedir que el
pigmento se deposite en el pelo. En este caso, el gen epistático se encuentra hacia abajo en el
desarrollo; es un requisito del desarrollo que se encuentre en estado E para que pueda
depositarse el pigmento.
Mensaje La epistasia se infiere cuando un alelo mutante de un gen enmascara la expresión
de un alelo mutante de otro gen y expresa su propio fenotipo.
El análisis de las tétradas de los hongos resulta de gran utilidad para detectar un doble
mutante. Un asca que contiene, por ejemplo, la mitad de sus productos con fenotipo salvaje,
debe entonces contener dobles mutantes. Considérese el cruzamiento
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
En una parte de los descendientes los alelos a y b segregaran juntos (un asca ditipo no
parental). Esta tétrada mostrará los siguientes fenotipos:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1. tipo salvaje
2. doble mutante
Por tanto, el doble mutante debe ser de un fenotipo diferente al salvaje y podrá ser
contabilizado como tal. Si el fenotipo es de tipo a, entonces será b la mutación que está siendo
enmascarada; si por el contrario el fenotipo es de tipo b, será a la que está siendo enmascarada.
Si aparecen ambos fenotipos es que no existe epistasia.
24
Epistasia dominante: proporción 12:3:1. Dos genes interactúan en la ruta que determina el
color de los pétalos en la planta dedalera (Digitalis purpurea). Los dos genes no están
ligados. Un gen afecta a la intensidad del pigmento rojo de los pétalos; el alelo d hace que
los pétalos sean del color rojo claro que se observa en las poblaciones naturales de dedalera,
mientras que un alelo D mutante produce un color oscuro (Figura 6-21). El otro gen
determina en que célula se sintetiza el pigmento: el alelo w permite la síntesis del pigmento
en todos los pétalos, como sucede en el tipo salvaje, sin embargo, el alelo mutante W
restringe
Fin página 243
la síntesis de pigmentos a los pequeños puntos interiores de la flor. Si se autofecunda un
dihíbrido D/d ; W/w, la F2 resultante será tal y como se muestra a continuación:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1. blanca con machas
2. rojo oscuro
3. rojo claro
Estas proporciones ponen de manifiesto que el alelo W es epistático y responsable del ratio
12:3:1. El componente 12/16 de la proporción debería incluir la clase del doble mutante (9/16),
claramente con fenotipo blanco, lo que establece la existencia de una epistasia dominante del
alelo W. Ambos genes interactúan en la misma ruta del desarrollo: W impide la síntesis del
pigmento rojo, pero sólo en algunos tipos de células especiales que constituyen el área principal
del los pétalos; no obstante la síntesis si se produce en las manchas interiores de la flor. Una vez
que se produce la síntesis el pigmento, éste puede sintetizarse a altas o bajas concentraciones.
Supresores No resulta sencillo seleccionar y buscar interacciones epistáticas y los casos de
epistasia deben obtenerse mediante un laborioso proceso de combinación a pares de las
mutaciones de interés. No obstante, para el siguiente tipo de interacción génica, un investigador
puede seleccionar fácilmente los alelos mutantes de interés. Un supresor es un alelo mutante de
un gen que elimina el efecto de una mutación ocurrida en otro gen, dando lugar a un fenotipo de
tipo salvaje o casi salvaje. El proceso de supresión implica que normalmente existe interacción
entre los productos génicos. Supóngase por ejemplo que el alelo a+ es el responsable del
fenotipo normal, mientras que el alelo mutante recesivo a genera cierta anormalidad. Un alelo
mutante recesivo s de otro gen suprime el efecto de a, de modo que al genotipo a/a ; s/s le
corresponderá un fenotipo salvaje (tipo a+). En ocasiones, los alelos supresores no tienen ningún
efecto en ausencia de la otra mutación; en este caso el fenotipo de los individuos a+/a+ ; s/s sería
de tipo salvaje. En otras ocasiones, el alelo supresor produce su propio fenotipo alterado.
La búsqueda sistemática de supresores es un proceso bastante sencillo. Comienza con
un mutante en algún proceso objeto de interés al que somete a agentes mutagénicos, como por
ejemplo las radiaciones ionizantes. Más tarde tan sólo hay que buscar entre los descendiente
aquellos que presenten un fenotipo salvaje. En los organismos haploides, como los hongos, la
búsqueda consiste en sembrar en placas de cultivo las células sometidas a agentes mutagénicos
y buscar colonias con fenotipos salvajes. Muchos de los tipos salvajes que surgen en estos casos
consisten en simplemente en la mutación original revertida y se denominan revertientes. No
25
obstante, algunos serán “pseudorevertientes”, es decir, dobles mutantes en los cuales una de las
mutaciones es supresora.
Los revertientes y supresores pueden diferenciarse mediante el cruzamiento apropiado. En
levaduras por ejemplo, ambos resultados se distinguen del siguiente modo:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
revertiente verdadero a+
Fenotipo salvaje estándar a+
Todos a+
Descendencia
Mutante supresor a · s
Fenotipo salvaje estándar a+· s+
Fenotipo salvaje
Mutante original
Fenotipo salvaje (suprimido)
Fin página 244
La aparición del fenotipo mutante original identifica al parental como un mutante
suprimido.
En los organismos diploides, los supresores generan proporciones en la F2 modificadas
que resultan de gran utilidad para confirmar la supresión. Analicemos a continuación un
ejemplo real en Drosophila. El alelo recesivo pd provoca la aparición de ojos de color púrpura
cuando no se encuentra suprimido. Un alelo recesivo su no presenta un fenotipo detectable por
sí mismo, pero suprime la mutación causada por el alelo pd (que no está ligado a su). En
apariencia, un individuo pd/pd ; su/su es de fenotipo salvaje y ojos rojos. El siguiente análisis
sirve para ilustrar el patrón de herencia. Una mosca homocigótica de ojos color púrpura se cruza
con una cepa homocigótico de ojos rojos portador de la mutación supresora.
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1. Púrpura
2. Rojo
3. consigo misma
La proporción total en la F2 es 13 rojos : 3 púrpuras. El componente 13/16 debe incluir al
doble mutante, con un fenotipo claramente de tipo salvaje. Esta proporción es característica de
un supresor recesivo que actúa sobre una mutación recesiva. Existen supresores tanto
recesivos como dominantes y pueden actuar sobre mutaciones recesivas o dominantes, lo
que resulta en una amplia variedad de proporciones fenotípicas.
En ocasiones, la supresión se confunde con la epistasia. Sin embargo, la diferencia
fundamental estriba en que un supresor anula la expresión de un alelo mutante y restablece el
correspondiente fenotipo salvaje. Además, a menudo sólo segregan dos fenotipos (como en
ejemplos precedentes) en vez de tres, como en el caso de la epistasia.
¿Cómo actúan los supresores desde un punto de vista molecular? Existen muchos
mecanismos posibles. Un tipo particularmente útil de supresión se basa en la unión física de
26
productos génicos en la célula, por ejemplo uniones del tipo proteína-proteína. Asúmase
que dos proteínas se unen normalmente para proporcionar algún tipo de función celular.
Cuando una mutación provoca un cambio de conformación en una de las proteínas, no se
produce la unión y por tanto la funcionalidad se pierde (Figura 6-22). Sin embargo, un
cambio de conformación en la segunda proteína que compense al anterior puede restaurar la
interacción y por tanto su función. De este modo, puede deducirse en qué proteínas se
produce la interacción.
Por otro lado, en las situaciones en las cuales una mutación provoca un bloqueo en una ruta
metabólica, el supresor encuentra alguna manera de superar este bloqueo, por ejemplo
redirigiendo hacia la ruta bloqueada intermediarios similares a los que están en un punto
posterior al bloqueo. En el siguiente ejemplo, el supresor suministra un intermediario B para
soslayar el bloqueo.
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1.
2.
3.
4.
Sin supresor
Producto
Con supresor
producto
Fin página 245
Se han encontrado supresores sin sentido en diversos organismos – mutaciones en los
genes del tRNA que genera un anticodón que se une a un codón stop prematuro en una
secuencia codificadora mutante. El supresor permite por tanto que la síntesis proteica avance y
supere el bloqueo previo.
Mensaje Los alelos mutantes denominados supresores cancelan la expresión de un alelo
mutante de otro gen, lo que resulta en un fenotipo salvaje.
Modificadores Como su propio nombre sugiere, una mutación modificadora en un segundo
locus cambia el grado de expresión de un gen mutado en el primer locus. Los genes reguladores
proporcionan una ilustración sencilla. Al igual que en el ejemplo anterior, las proteínas
reguladoras se unen a la secuencia del DNA aguas arriba del sitio de inicio de la transcripción.
Estas proteínas regulan el nivel de la transcripción. En el apartado donde se discutía la
complementación, se consideró una mutación nula de un gen regulador que prácticamente
impedía la transcripción. Sin embargo, algunas mutaciones reguladoras modifican el nivel de
transcripción de un gen diana, por lo que se produce mayor o menor cantidad de proteína. En
otras palabras, una mutación en una proteína reguladora puede atenuar o potenciar el gen
transcrito. Se analizará ahora un ejemplo de una mutación reguladora b que atenúa un gen A de
una levadura. Observamos el efecto de b en una mutación permeable de un gen A, la cual
produce una proteína con una función residual. Si se cruza una mutación permeable a con una
mutación reguladora b:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1. mutación permeable a+ · b+
2. regulador ineficiente a+ · b
27
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Tipo salvaje
Defectivo (bajo nivel de transcripción)
Defectiva (proteína defectiva A)
Extremadamente defectivo (bajo nivel de transcripción de la proteína defectiva)
Descendientes
fenotipo
La acción del modificador se pone de manifiesto con la aparición de dos grados de fenotipos
mutantes entre los descendientes a.
Letales sintéticos En algunas ocasiones, cuando se cruzan dos mutantes viables de un único gen
los dobles mutantes obtenidos resultan ser letales. En una F2 diploide, estos resultados se
manifestarán como una proporción 9:3:3 ya que el doble mutante debería estar ausente (que será
el componente “1” de la proporción). Estos letales sintéticos se pueden considerar una categoría
especial de interacción génica y pueden indicar tipos específicos de interacción entre los
productos génicos. El análisis genómico ha revelado, por ejemplo, que la evolución ha creado
muchos sistemas duplicados dentro de la célula. Una ventaja de estas duplicaciones podría ser
su función de “copias de seguridad”. Si existen mutaciones nulas en los genes de ambos
sistemas duplicados, un sistema defectuoso no tendrá una copia de seguridad y el individuo
afectado perderá una función esencial y morirá. En otro caso hipotético, una mutación
permeable en una de los pasos de una ruta puede provocar que la ruta pierda eficacia, pero
funciona lo suficiente como para permitir la vida. Sin embargo, si se combinan los dobles
mutantes, cada uno con una mutación permeable en un paso distinto, toda la ruta se detiene. Una
variante del último tipo de interacción sería cuando dos mutaciones coinciden en una máquina
proteica tal y como se muestra en la figura 6-23.
La construcción de una máquina proteica es, en parte, una cuestión de las proteínas
integrantes que se encuentran unas a otras por movimientos moleculares aleatorios y se unen
gracias a formas
Fin página 246
complementarias. Sin embargo, el ensamblaje de algunas máquinas proteicas es similar a una
pequeña ruta con pasos que requieren enzimas y energía. La Figura 6-24 ilustra este ejemplo.
Cualquiera de estos componentes que interactúan, ya sean los componentes de la máquina o las
enzimas asociadas, pueden ser diseccionados mediante el análisis de letales sintéticos.
En la discusión anterior del tema de las proporciones mendelianas modificadas, todos
los cruzamientos realizados fueron entre los dihíbridos. A modo de ejercicio, se podría intentar
calcular las proporciones que se producirán en los mismos sistemas si se llevaran a cabo
cruzamientos de prueba en vez de cruzamientos de la F1 consigo misma.
6.4 Penetrancia y expresividad
En los estudios de la herencia de un único gen existe una tendencia natural a escoger mutantes
que produzcan proporciones mendelianas muy claras. En estos casos, puede usarse el fenotipo
para distinguir los genotipos mutantes y salvajes casi con un cien por cien de seguridad. En
estos casos, se dice que la mutación es cien por cien penetrante en el fenotipo. Sin embargo,
muchas mutaciones muestran una penetrancia incompleta, es decir, no todos los individuos con
el genotipo expresan el correspondiente fenotipo. La penetrancia se define por tanto como el
28
porcentaje de individuos con un alelo determinado que exhibe el fenotipo asociado con ese
alelo.
¿Por qué un organismo tiene un genotipo particular y no expresa el correspondiente
fenotipo? Existen varias posibles razones:
1.
La influencia del ambiente. Los individuos con el mismo fenotipo pueden mostrar una
serie de fenotipos diferentes en función del ambiente tal y como se indicó en el Capítulo 1. El
espectro de fenotipos de los individuos de tipo salvaje y mutante puede solapar: el fenotipo de
un individuo mutante que se expresa en determinadas circunstancias puede coincidir con el
fenotipo de un individuo de tipo salvaje que surge en circunstancias diferentes. Cuando se da
esta coincidencia no es posible distinguir el mutante del tipo salvaje.
2.
La influencia de otros genes que interaccionan. Modificadores sin caracterizar, genes
epistáticos o supresores en el resto del genoma pueden prevenir la expresión del fenotipo
estándar.
3.
Las sutilezas del fenotipo mutante. Los sutiles efectos provocados por la ausencia de
una función génica pueden ser difíciles de medir bajo condiciones experimentales.
La figura 6-25 muestra un caso típico de penetrancia incompleta. En esta genealogía
humana se observa un fenotipo dominante que normalmente desaparece en la segunda
generación para reaparecer en la siguiente.
Otra medida para describir la variación de la expresión fenotípica es la denominada
expresividad. La expresividad mide el grado en el cual un alelo determinado se expresa en el
fenotipo, es decir, la expresividad mide la intensidad del fenotipo. Por ejemplo, los animales
“marrones” (genotipo b/b) de diferentes estirpes podrían mostrar intensidades diferentes de
pigmento marrón, desde un tono claro a uno totalmente oscuro. Al igual que la penetrancia, la
expresividad variable puede ser debida a la variación en la constitución alélica del
Fin página 247
resto del genoma o a factores ambientales. La figura 6-26 ilustra la diferencia entre la
penetrancia y la expresividad. En la figura 6-27 se muestra un ejemplo de expresividad variable
en los perros.
Los fenómenos de la penetrancia incompleta y la expresividad variable pueden convertir
cualquier análisis genético en una empresa sustancialmente más difícil, incluyendo el análisis de
genealogías humanas y la predicción en el consejo genético. Es habitual, por ejemplo, que un
alelo que provoca algún tipo de enfermedad no tenga una penetrancia completa; un individuo
puede ser portador del alelo pero no mostrar ningún tipo de síntoma de la enfermedad. En este
caso, es difícil diagnosticar a una persona como genéticamente sana en una genealogía de la
enfermedad (el individuo R en la figura 6-25 por ejemplo). Por otro lado, el análisis de
genealogías puede identificar a personas que no expresan una enfermedad, pero que casi seguro
tienen el genotipo de la enfermedad (el individuo Q en la figura 6-25 por ejemplo). Del mismo
modo, la expresividad variable puede complicar el consejo genético, pues las personas con baja
expresividad pueden ser diagnosticadas erróneamente.
Aunque la penetrancia y la expresividad pueden cuantificarse, representan no obstante
situaciones “difusas”, ya que rara vez es posible identificar los factores específicos que causan
la variación sin laboriosas investigaciones adicionales.
29
Mensaje Los términos penetrancia y expresividad cuantifican las modificaciones que sufre
la expresión de un gen por la influencia del medio ambiente y del fondo genético del
organismo; miden el porcentaje de casos en los que el gen se expresa y la intensidad con
que lo hace, respectivamente.
Resumen
Un gen no actúa sólo; más bien actúa conjuntamente con muchos otros genes del genoma. La
deducción de las complejas interacciones génicas constituye una fase importante de la
investigación en los estudios de genética directa. En primer lugar se comprueban las relaciones
de dominancia de las mutaciones individuales, un tipo de interacción génica. Las mutaciones
recesivas son con frecuencia el resultado de la haplosuficiencia del alelo salvaje, mientras que
las mutaciones dominantes son a menudo el resultado, bien de la haploinsuficiencia del alelo
salvaje o bien de que la mutación actúe como un dominante negativo (un polipéptido
saboteador). Algunas mutaciones provocan efectos graves o incluso la muerte (mutaciones
letales). La letalidad de una mutación recesiva en homocigosis es una manera de comprobar si el
gen es esencial en el genoma.
La interacción de diferentes genes es el resultado de su participación en la misma ruta o
en rutas interconectadas de varios tipos: sintéticas, de transducción de señales o del
Fin página 248
desarrollo. La disección genética de las interacciones génicas comienza cuando el investigador
reúne una serie de mutantes que afectan al carácter de interés. La prueba de complementación
determina si dos mutaciones recesivas diferentes están o no en el mismo gen. Los genotipos
mutantes se reúnen en un individuo de la F1 y si presenta un fenotipo mutante significa que no
se ha producido la complementación y los dos alelos deben serlo del mismo gen. Si el fenotipo
es de tipo salvaje significa que se ha producido la complementación y los alelos deberían estar
en genes diferentes.
La interacción de diferentes genes puede detectarse mediante los dobles mutantes, ya
que la interacción génica implica la interacción de los productos génicos desde un punto de vista
funcional. Algunos de los tipos claves de interacción génica son: epistasia, supresión y letalidad
sintética. La epistasia es la sustitución de un fenotipo mutante producido por una mutación por
un fenotipo mutante causado por otra mutación en otro gen. La existencia de la epistasia sugiere
una ruta del desarrollo o química común. Un supresor es una mutación en un gen que restaura el
fenotipo salvaje de una mutación en otro gen. Los supresores revelan con frecuencia
interacciones físicas de proteínas o ácidos nucleicos. Algunas combinaciones de mutantes
viables resultan letales, fenómeno conocido como letalidad sintética. Los alelos sintéticos
pueden revelar la existencia de una gran variedad de interacciones en función de la naturaleza
de las mutaciones.
Los diferentes tipos de interacciones génicas generan proporciones dihíbridas en la F2
que son modificaciones del ratio estándar 9:3:3:1. La epistasia recesiva, por ejemplo, genera una
proporción 9:3:4.
30
Desde un punto de vista más general, la interacción génica y la interacción entre el gen
y el ambiente se ponen de manifiesto con la existencia de la penetrancia variable (la capacidad
de un genotipo de expresarse a sí mismo) y expresividad (el grado cuantitativo de la expresión
de un gen).
Términos clave
alelo letal (P. 227)
alelo pleiotrópico (P. 229)
alelos múltiples (serie alélica) (P. 223)
codominancia (P. 225)
dominancia completa (P. 223)
dominancia incompleta (P. 225)
epistasia (P. 242)
expresividad (P. 247)
heterocarionte (238)
hipótesis un gen-un polipéptido (P. 232)
letal sintético (P. 246)
modificador (P. 246)
mutación dominante negativa (P. 224)
mutación nula (P. 224)
mutaciones sensibles a temperatura (ts) (P. 229)
mutantes dobles (P. 235)
penetrancia (P. 247)
prueba de complementación (P. 235)
revertiente (P. 244)
RNA funcional (P. 233)
serie alélica (alelos múltiples) (P. 223)
supresor (P. 244)
temperatura permisiva (P. 229)
temperatura restrictiva (P. 229)
31
Problemas resueltos
Problema resuelto 1 Muchas genealogías muestran que la polidactilia (Fig. 2-33) se hereda
como un rasgo autosómico dominante, pero las genealogías de algunas familias no se ajustan al
patrón esperado para ese tipo de herencia. La siguiente figura muestra una genealogía de este
tipo (las cifras en los rombos establecen el número de personas no afectadas,
independientemente de su sexo).
a. ¿Qué irregularidad muestra esta genealogía?
b. ¿Qué fenómeno genético ilustra esta genealogía?
c. Sugiera un mecanismo concreto de interacción genética que pudiera producir esta genealogía
y muestre los genotipos de los miembros relevantes de la familia.
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
Fin página 249
SOLUCIÓN
a. Lo que cabe esperar de un rasgo autosómico dominante es que cada individuo afectado tenga
un progenitor afectado, pero esta premisa no se cumple en esta genealogía, lo que resulta
extraño. ¿Cómo puede explicarse esta situación?
¿Podrían existir algunos casos de polidactilia ocasionados por disfunciones en un gen diferente,
por ejemplo en un gen dominante ligado al sexo? Esta posibilidad no resulta demasiado útil, ya
que aún quedaría sin explicar la ausencia de la condición en los individuos II-6 y II-10. Por otra
parte, sugerir un tipo de herencia recesiva, sea autosómica o ligada al sexo, requeriría que
muchos de los individuos del árbol fueran heterocigotos, lo cual no concuerda con la baja
frecuencia con que aparece la polidactilia.
b. Se ha concluido hasta el momento que la polidactilia no siempre presenta una penetrancia
completa. En este capítulo, hemos aprendido que algunos individuos que tienen el genotipo
correspondiente a un determinado fenotipo no lo expresan. En esta genealogía los individuos II6 y II-10 parecen pertenecer a esta categoría; parece claro que poseen el alelo de la polidactilia,
heredado de I-1, ya que lo transmiten a sus descendientes.
c. En este capítulo se ha visto como la penetrancia incompleta de un alelo puede surgir mediante
la supresión de su expresión, bien por influencias ambientales o por la interacción con los alelos
de otros genes. Para dar una explicación genética se debe formular una hipótesis genética. ¿Qué
es necesario explicar? La clave se encuentra en que el individuo I-1 transmite el alelo a dos
tipos de descendientes: uno está representado por el individuo II-1, que sí expresa el carácter; y
el segundo tipo está representado por los individuos II-6 y II-10, que no lo hacen (a partir de
esta genealogía no es posible saber si los descendientes de I-1 han recibido o no el alelo de la
polidactilia). ¿Está operando un fenómeno de supresión génica? I-1 no posee un alelo supresor
ya que expresa la polidactilia. La única persona que podría transmitir un alelo supresor es I-2.
Además, I-2 debiera ser heterocigótica para dicho alelo supresor; porque al menos uno de sus
descendientes expresa la polidactilia. Hemos formulado una hipótesis por la que el
apareamiento inicial debió ser:
32
(I-1) P/p · s/s × (I-2) p/p · S/s
donde S es el alelo supresor y P es el alelo responsable de la polidactilia. Con esta hipótesis,
podemos predecir que los descendientes estarán comprendidos en las siguientes cuatro
categorías (si los genes segregan independientemente):
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Genotipo
Fenotipo
Ejemplo
normal (suprimido)
polidactilia
normal
En el caso de que S sea poco frecuente, los descendientes de II-6 y II-10 serán probablemente de
alguna de las clases siguientes:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1. Genotipo
2. Ejemplo
No se puede descartar la posibilidad de que II-2 y II-4 tengan el genotipo P/p · S/s y que, por
azar, ninguno de sus descendientes se vea afectado.
Problema resuelto 2 Los élitros (alas anteriores endurecidas que sirven como protección) de
una especie de escarabajo puede ser de color verde, azul o turquesa. Se seleccionaron hembras
vírgenes de una población polimórfica de laboratorio y se cruzaron para determinar el modo de
herencia del color de los élitros. Los cruzamientos y sus resultados son los siguientes:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
Cruzamiento
Parentales
Descendientes
azul × verde
azul × azul
verde × verde
azul × turquesa
todos azules
3/4 azules : 1/ 4 turquesas
3/4 verdes : 1 4 turquesas
1/2 azules : 1/ 2 turquesas
3/4 azules : 1/ 4 verdes
1/2 azules : 1/ 2 verdes
1/2 azules : 1/ 4 verdes
1/4 turquesas
todos turquesas
turquesa × turquesa
a. Averigüe la base genética del color de los élitros en esta especie.
33
b. Indique los genotipos de todos los parentales y los descendientes de la forma más completa
posible.
SOLUCIÓN
a. A simple vista, los datos parecen complicados pero la forma de herencia se deduce enseguida
si se consideran los cruzamientos de uno en uno. Como hemos visto, un principio general para
resolver este tipo de problemas es comenzar con una mirada general a todos los datos y
agrupando los cruzamientos para tratar de establecer un patrón.
Una pista que se descubre al mirar globalmente los datos es que todas las proporciones
corresponden a una situación monogénica; no hay ninguna prueba de que estén implicados dos
genes distintos. ¿Cómo explicar con un solo gen la variabilidad observada? La respuesta obvia
es que hay una variación en el propio gen, es decir, alelismo múltiple. Puede que existan tres
alelos, así que llamemos w a este gen (por el color del ala, del inglés wing) y representemos a
los alelos como wg, wb y wt. Tenemos ahora un problema adicional, establecer la dominancia
entre estos alelos.
El cruzamiento 1 ofrece información sobre la dominancia, ya que la descendencia de un
cruzamiento azul × verde es toda de color azul; por tanto, el color azul parece dominante sobre
el verde. Esta conclusión se apoya en el cruzamiento 5, en el que el determinante verde debe
haber estado presente en los parentales para aparecer en la descendencia. El cruzamiento 3 da
información acerca de los determinantes para el color turquesa, que deben haber estado
presentes en los parentales, aunque sin expresarse, ya que se manifiestan en la descendencia. El
color verde por tanto es dominante sobre el turquesa. Con estos datos se puede establecer un
modelo en el que la dominancia sea: wb>wg>wt. De hecho, el resultado del cruzamiento 7,
donde aparecen descendientes color turquesa de un
Fin página 250
cruzamiento azul × verde, apoya la posición asignada al alelo wt al final de la serie de
dominancia.
b. Ahora es una simple cuestión de deducir los genotipos específicos. Observe que el problema
establece que los parentales se han obtenido a partir de una población polimórfica; esto significa
que pueden ser homocigóticos (por ejemplo, wb/wb) o heterocigóticos (wb/wg o wb/wt). Aquí se
requiere un poco de ensayo y error y sentido común, pero la pregunta ha sido ya prácticamente
contestada y todo lo que queda es «poner los puntos sobre las íes». Los siguientes genotipos
explican los resultados. El signo del guión indica que el genotipo puede ser tanto homocigótico
como heterocigótico, para tener un alelo inferior en la serie alélica.
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1. Cruzamiento
2. Parentales
3. Descendientes
Problema resuelto 3 Las hojas de la piña o ananá pueden clasificarse en tres tipos: espinosas
(S, del inglés spiny), de punta espinosa (ST, del inglés spiny tip) y sin espinas (P, del inglés
piping). En cruzamientos entre varias líneas puras seguidos de cruzamientos endogámicos de la
F1 se obtuvieron los siguientes resultados:
34
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1. Fenotipos
2. Cruzamientos
3. Parentales
a. Defina los símbolos genéticos con letras y explique los resultados en términos de los
genotipos obtenidos y sus proporciones.
b. Usando el modelo de la parte a, determine las proporciones fenotípicas esperadas al cruzar:
(1) la descendencia F1 del cruzamiento «sin espinas» × «espinosa» con la línea parental
«espinosa» y (2) la descendencia F1 del cruzamiento «sin espinas» × «espinosa» con la F1 del
cruzamiento «espinosa» × «punta espinosa».
Solución
a. Analice primero las proporciones de la F2. Se observan claramente proporciones 3:1 en los
cruzamientos 1 y 2, lo que es indicativo de segregaciones monogénicas. Sin embargo, el
cruzamiento 3 muestra unas proporciones que seguramente corresponden a una segregación
12:3:1. ¿Cómo sabemos esto? Simplemente porque no existen muchas segregaciones genéticas
complejas y por ensayo y error llegamos rápidamente a la proporción 12:3:1. En un número
total de 128 descendientes esperaríamos los números 96:24:8, y los números reales obtenidos se
corresponden bastante bien con los esperados.
Uno de los principios básicos de este capítulo es que las proporciones mendelianas
modificadas revelan la existencia de interacciones genéticas. El resultado del cruzamiento 3 da
una F2 en la que se observa una proporción mendeliana dihíbrida modificada, así que estamos
probablemente ante una interacción entre dos genes. Este parece el punto de partida más
prometedor para empezar. Volveremos a los cruzamientos 1 y 2 y trataremos de explicar los
resultados.
Cualquier proporción dihíbrida se basa en las proporciones fenotípicas 9:3:3:1. En la
modificación que se ha hecho se agrupan de la siguiente manera:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1. sin espinas
2. punta espinosa
3. espinosa
Así que, sin preocuparnos del nombre de este tipo de interacción génica (de hecho no se
pregunta) podemos ya definir nuestros tres fenotipos de hoja en función de las parejas de alelos
definidas A/a y B/b:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1. sin espinas
2. punta espinosa
3. espinosa
4. A/- (B/b irrelevante)
¿Qué puede decirse acerca de los parentales del cruzamiento 3? El parental espinoso debe
35
ser a/a ; b/b, y como se necesita el gen B para producir individuos de punta espinosa en la F2, el
parental sin espinas debe ser A/A ; B/B (recuerde que el problema dice que todos los parentales
son líneas puras homocigóticas). Por tanto, la F1 debe ser A/a ; B/b.
Los razonamientos anteriores son suficientes para describir el cruzamiento 1 de la siguiente
forma:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
Lo mismo ocurre con el cruzamiento 2, que se puede representar usando los mismos
símbolos arbitrarios, que son:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
Sabemos que la F2 del cruzamiento 2 muestra segregación monogénica y parece que
está implicado el par alélico A/a. Pero el alelo B es necesario para producir el fenotipo de punta
espinosa, por lo que todos los individuos deben ser homocigóticos B/B:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
Fin página 251
Observe que las dos segregaciones monogénicas de los cruzamientos 1 y 2 no demuestran que
los genes no estén interactuando. Lo que se observa es que la interacción entre los dos genes no
se revela en estos cruzamientos; sólo se revela en el cruzamiento 3, cuya F1 es heterocigótica
para ambos genes.
b. Ahora es una simple cuestión de aplicar las leyes mendelianas de la segregación y la
transmisión independiente para predecir la descendencia.
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1.
2.
3.
4.
5.
6.
sin espinas
punta espinosa
espinosa
sin espinas
punta espinosa
espinosa
Problemas
PROBLEMAS BÁSICOS
1.
La galactosemia es una enfermedad que provoca retraso mental en los seres humanos a una
edad temprana. La lactosa (el azúcar de la leche) se descompone en galactosa y glucosa.
Normalmente la enzima galactosa-1-fosfato uridiltransferasa (GALT) descompone la
galactosa. Sin embargo, en los pacientes con galactosemia la GALT es inactiva, lo que
lleva a la acumulación de altos niveles de glucosa que afectan al cerebro y provocan el
retraso mental. ¿Cómo proporcionaría una curación secundaria para la galactosemia?
¿Esperaría que el fenotipo de esta enfermedad fuera dominante o recesivo?
36
2.
La PKU (fenilcetonuria) es una enfermedad que en los humanos la causa una enzima
ineficiente en el paso A de la reacción del esquema detallado más adelante. Por otro lado,
la AKU (alcaptonuria) la provoca un enzima ineficaz en uno de los pasos denominado B en
este mismo esquema.
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1. Fenilalanina
2. Tirosina
Una persona que sufre de AKU se casa con una persona que también padece la
enfermedad. ¿Qué fenotipos se esperan para sus hijos? ¿Todos normales, todos enfermos
de PKU solamente, todos padeciendo solo la AKU, todos enfermos de AKU y PKU o
algunos con AKU y otros con PKU?
3.
El gen autosómico recesivo bw provoca en Drosophila que el color del ojo sea marrón
oscuro. Por otro lado, el gen independiente autosómico recesivo st da lugar a un color rojo
escarlata. Un homocigoto para ambos genes es de ojos blancos, por lo que se obtienen las
siguiente correspondencias entre el genotipo y el fenotipo:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1.
2.
3.
4.
Ojo rojo (salvaje)
Ojo marrón
Ojo escarlata
Ojo blanco
Diseñe una ruta biosintética hipotética que muestre como el producto génico interactúa y
por qué las diferentes combinaciones de mutantes tienen diferentes fenotipos.
4.
Se aíslan varios mutantes y todo ellos requieren de un compuesto G para poder crecer. Se
conocen los compuestos de la ruta sintética que lleva hasta G (de A a E) pero se desconoce
el orden de los mismos. Se comprueba la capacidad de cada compuesto para permitir el
crecimiento de cada uno de los mutantes (1 a 5). La siguiente tabla muestra si se produce
(+) o no (-) el crecimiento de los distintos mutantes.
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1. Compuesto probado
2. Mutante
a. ¿Cuál es el orden correcto de los compuestos en la ruta (de A a E)?
b. ¿En qué punto de la ruta se localiza el bloqueo para cada mutante?
c. ¿Crecería un heterocarionte compuesto de los dobles mutantes 1,3 y 2,4 en un medio
mínimo? ¿Y en los dobles mutantes 1,3; y 3,4 y 1,4? ¿Y en 1,2 y 2,4 y 1,4?
5.
El color normal de los pétalos de cierta especie de plantas es púrpura. Dos mutaciones
recesivas surgen en diferentes plantas y en cromosomas diferentes. La mutación 1 (m1)
confiere un color azul a los pétalos cuando está en homocigosis (m1/m1). Por su parte, la
37
mutación 2 (m2) hace que los pétalos sean de color rojo cuando está en homocigosis
(m2/m2). Los bioquímicos que trabajan en la síntesis de los pigmentos florales en esta
especie ya han descrito una ruta:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1.
2.
3.
4.
5.
Compuesto incoloro (blanco)
Enzima A
Pigmento azul
Enzima B
Pigmento rojo
Fin página 252
a. ¿Qué mutante esperaría que fuera deficiente para la actividad de la enzima A?
b. ¿Qué fenotipo esperaría de una planta con genotipo M1/m1 ; M2/m2?
c. Si se autofecunda la planta del apartado b ¿Qué colores esperaría entre la descendencia y
en qué proporciones?
d. ¿Por qué son recesivos estos mutantes?
6.
En el guisante de olor (Lathyrus odoratus), la síntesis de antocianina (pigmento de color
púrpura) en los pétalos está controlada por dos genes denominados B y D. La ruta de la
síntesis es la siguiente:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1.
2.
3.
4.
5.
Intermediario blanco
Enzima del gen B
Intermediario azul
Enzima del gen D
Antocianina (púrpura)
a. ¿Qué color de pétalos esperaría en una planta procedente de una línea pura incapaz de
catalizar la primera reacción?
b. ¿Qué color de pétalos esperaría en una planta procedente de una línea pura incapaz de
catalizar la segunda reacción?
c. Si se cruzan las plantas de los apartados a y b, ¿de qué color serán los pétalos de las
plantas de la F1?
d. ¿Qué proporción de plantas púrpuras:azules:blancas esperaría en la F2?
7.
8.
Si un hombre del grupo sanguíneo AB se casa con una mujer del grupo A cuyo padre
pertenecía al grupo O, ¿a qué grupos sanguíneos se espera que pertenezcan los hijos de este
hombre y esta mujer?
Las plumas de los gallos erminette son en su mayoría de color pálido, pero algunas son
negras, lo que les da un aspecto moteado. Un cruzamiento entre dos individuos de esta raza
produjo 48 descendientes, de los cuales 22 eran erminette, 14 negros y 12 completamente
38
9.
blancos. ¿Qué sugieren estos datos acerca de la base genética del fenotipo erminette?
¿Cómo comprobaría su hipótesis?
Los rábanos pueden ser largos, redondos u ovalados. Al mismo tiempo pueden ser rojos,
blancos o de color violeta. Si se cruza una variedad larga y de color blanco con otra
redonda y roja se obtiene una F1 uniforme ovalada y violeta. La F2 muestra 9 clases
fenotípicas distribuidas de la siguiente forma: 9 largos, rojos; 15 largos, violeta; 19
ovalados, rojos; 32 ovalados, violeta; 8 largos, blancos; 16 redondos, violeta; 8 redondos,
blancos; 16 ovalados, blancos y 9 redondos, rojos.
a. Encuentre una explicación genética para estos resultados. Defina los genotipos y muestre
la constitución genética de los parentales, de la F1 y de la F2.
b. Prediga las proporciones genotípicas y fenotípicas en la descendencia de un cruzamiento
entre una línea de rábanos largos y violetas y otra línea de rábanos ovalados y violetas.
10. En la serie alélica múltiple que controla el color del pelaje de los conejos, C+ determina
agutí, Cch chinchilla y Ch, Himalaya. La serie de dominancia sigue el orden C+ > Cch > Ch .
En un cruzamiento de C+/Cch × Cch/Ch, ¿qué proporción de los descendientes será
chinchilla?
11. Negro, sepia, crema y albino son colores del pelaje del conejillo de Indias. Se cruzaron
entre sí individuos (no necesariamente líneas puras) que presentaban dichos colores; los
resultados se muestran en la tabla adjunta, donde se usa la abreviatura A para representar el
fenotipo albino, B para el negro, C para el crema y S para el sepia:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1. Cruzamientos
2. Fenotipos parentales
3. Fenotipos de la descendencia
a. Deduzca el modo de herencia de estos colores del pelaje y escoja sus propios
símbolos genéticos. Indique los genotipos de todos los parentales y los descendientes.
b. Si se cruzan entre sí los descendientes negros de los cruzamientos 7 y 8, ¿qué
proporciones se obtendrían según su modelo?
12. En un centro de maternidad han confundido a cuatro recién nacidos de forma accidental. Se
sabe que los tipos ABO de los cuatro bebés son O, A, B y AB. Se analizan entonces los
tipos ABO de las cuatro parejas de padres. Indique qué bebé pertenece a cada pareja de
padres, que son: (a) AB × O, (b) A × O, (c) A × AB, y (d) O × O.
13. Considere dos tipos de polimorfismos de grupos sanguíneos que poseemos los humanos,
distintos del sistema ABO. Los alelos LM y LN determinan los grupos sanguíneos M, N y
MN. El alelo dominante R de otro gen, provoca que las personas que lo contienen
presenten el fenotipo Rh+ (rhesus positivo), mientras que los homocigotos para el alelo
recesivo r son Rh- (rhesus negativo). Dos varones disputan un caso de paternidad ante el
juez, reclamando ambos ser el padre de tres hijos. Los grupos sanguíneos de los dos
varones, de los hijos y de la madre son los siguientes:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1. Persona
2. Grupo sanguíneo
39
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Marido
Amante de la esposa
Esposa
Hijo 1
Hijo 2
Hijo 3
¿Puede establecerse la paternidad de los hijos a partir de estos datos?
Fin página 253
14. En un rancho de zorros de Wisconsin surge una mutación que confiere color platino al
pelaje. Este color resulta muy apreciado por los compradores de pieles de zorro, pero el
criador no consigue establecer una línea pura de color platino. Cada vez que cruza dos
individuos de color platino, aparecen descendientes normales. Así, tras repetidos
cruzamientos del tipo indicado, se produjeron un total de 82 individuos de color platino y
38 normales, siendo éste un resultado típico de esta tipo de cruzamientos. Establezca una
hipótesis genética concisa que dé cuenta de estos hechos.
15. Hans Nachtsheim investigó durante varios años una anomalía hereditaria de los leucocitos
de la sangre en los conejos. Esta anomalía, denominada anomalía de Pelger, supone
normalmente la detención de la segmentación que se da en los núcleos de ciertos
leucocitos, y no parece que resulte grave para los conejos.
a. Cuando cruzó conejos con la anomalía típica de Pelger con conejos de una línea pura
normal, Nachtsheim contó 217 descendientes con la anomalía de Pelger y 237 normales.
¿Qué base genética parece tener esta anomalía?
b. Al cruzar dos conejos con la anomalía de Pelger, Nachtsheim encontró 223
descendientes normales, 439 con la anomalía de Pelger y 39 muy anómalas. Estos últimos
no sólo mostraban leucocitos defectuosos, sino que presentaban deformidades muy graves
en el sistema esquelético; casi todos murieron poco después del nacimiento. En términos
genéticos, ¿qué se supone que representan estos individuos extremadamente anómalos?
¿Por qué cree que sólo aparecieron 39?
c. ¿Qué nuevas pruebas experimentales podría obtener para apoyar o rechazar la respuesta
dada en el apartado b?
d. En Berlín, alrededor de 1 de cada 1000 personas muestran una anomalía de los
leucocitos muy similar a la descrita en los conejos. La anomalía se hereda de una manera
dominante simple, pero en este caso no se ha observado el tipo homocigótico. ¿Puede
sugerir una explicación, permitiéndose la analogía con el caso de los conejos?
e. Utilizando otra vez la analogía de los conejos, ¿qué situación genética cabría esperar
entre los hijos de un varón y una mujer, ambos con la anomalía de Pelger?
(El problema 15 se ha tomado de A.M. Srb, R.D. Owen y R.S. Edgar, General Genetics,
2.a ed. W.H. Freeman and Company, 1965)
16. Se han cruzado dos moscas del vinagre de aspecto normal y en la descendencia aparecen
202 hembras y 98 machos.
a. ¿Qué es inusual en estos resultados?
b. Ofrezca una explicación de esta anomalía.
c. Indique una forma de contrastar su hipótesis.
17. Ha recibido una hembra virgen de Drosophila y observa que las quetas de su tórax son más
cortas de lo normal. La cruza con un macho normal (de quetas largas) y obtiene la siguiente
40
descendencia F1: 1/3 son hembras de quetas cortas, 1/3 son hembras de quetas largas y 1/3
machos de quetas largas. Un cruzamiento entre hembras F1 de quetas largas y sus hermanos
produce una F2 exclusivamente de quetas largas. Un cruzamiento entre hembras F1 de
quetas cortas y sus hermanos produce 1/3 de hembras de quetas cortas, 1/3 de hembras de
quetas largas y 1/3 de machos de quetas largas. Ofrezca una explicación genética que dé
cuenta de todos estos resultados, indicando los genotipos de cada cruzamiento.
18. En Drosophila, el alelo dominante H reduce el número de quetas corporales, produciendo
el fenotipo «sin quetas». H es letal en homocigosis. El alelo S de un gen independiente y
dominante no tiene efecto sobre el número de quetas, excepto en presencia de H, en cuyo
caso una única dosis de S suprime el fenotipo «sin quetas» y restablece la condición
normal. Sin embargo, S es también letal en homocigosis (S/S).
a. ¿Qué proporción de individuos con quetas e individuos sin quetas encontraría entre la
descendencia viable de un cruzamiento entre dos moscas con quetas, portadoras ambas del
alelo H en su condición suprimida?
b. Si la descendencia sin quetas del apartado anterior se cruza de nuevo con una mosca
parental, ¿qué proporciones fenotípicas esperaría en la descendencia viable?
19. Tras la irradiación de células de tipo salvaje de Neurospora (un hongo haploide), un
genetista encontró dos mutantes auxotróficos dependientes de leucina. Al combinar los dos
mutantes en un heterocarionte descubrió que el heterocarionte era prototrófico.
a. ¿Estaban las dos mutaciones de los dos auxotróficos en el mismo gen de la ruta de
síntesis de leucina o en dos genes diferentes de esa ruta? Explique su respuesta
b. Escriba los genotipos de las dos cepas de acuerdo con su modelo.
c. ¿Qué descendientes y en qué proporción predice del cruzamiento de dos mutantes
auxotróficos? (Asuma segregación independiente de ambos genes)
20. Un genetista que estudia las levaduras irradia células haploides de un mutante auxotrófico
dependiente de adenina, cuyo origen es una mutación en el gen ade1. Se siembran millones
de células irradiadas en medio mínimo. Un pequeño número de células se divide y forma
colonias prototróficas. Estas colonias se cruzan individualmente con cepas de tipo salvaje.
Se obtienen dos tipos diferentes de resultados:
(1) Prototrófico X salvaje :
todos los descendientes prototróficos
(2) Prototrófico X salvaje :
75% de los descendientes prototróficos, 25% mutantes
auxotróficos dependientes de adenina.
Fin página 254
a. Explique las diferencias entre estos dos tipos de resultados
b. Escriba los genotipos de los mutantes prototróficos en cada caso
c. ¿Qué fenotipos y proporciones predice entre la descendencia de un cruzamiento entre un
prototrófico de tipo 2 con el mutante original auxotrófico ade1?
21. La síntesis del pigmento rojo de las rosas se lleva a cabo mediante una ruta de dos pasos tal
y como se detalla a continuación:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1. Intermediario incoloro
2. Gen P
3. Intermediario magenta
4. Gen Q
5. Pigmento rojo
41
a. ¿Cuál será el fenotipo de una planta homocigótica para una mutación nula del gen P?
b. ¿Cuál será el fenotipo de una planta homocigótica para una mutación nula del gen Q?
c. ¿Cuál será el fenotipo de una planta homocigótica para las mutaciones nulas de los
genes P y Q?
d. Escriba los genotipos de las tres cepas de los apartados a, b y c.
e. ¿Qué proporción genotípica se espera en la F2 del cruzamiento entre las plantas de los
apartados a y b? (Suponga segregación independiente)
22. La planta Antirrhinum (boca de dragón) produce el pigmento antocianina y por ello sus
pétalos son de color violeta rojizo. Se han obtenido dos líneas puras de Antirrhinum que no
producen ese pigmento, una en California y la otra en Holanda. Parecen idénticas en cuanto
a que carecen completamente del pigmento y, por tanto, sus flores son blancas (fenotipo
albino). Sin embargo, si se mezclan extractos de pétalos de ambas líneas en un mismo tubo
de ensayo, la muestra incolora se vuelve gradualmente de color rojo.
a. ¿Qué experimentos deben llevarse a cabo como control antes de seguir con otros
análisis?
b. ¿Cómo podría explicar la producción de pigmento rojo en el tubo de ensayo?
c. De acuerdo con su respuesta en el apartado b, ¿cuáles serán los genotipos de las dos
líneas puras?
d. Si se cruzan las dos líneas puras, ¿cómo esperaría que fueran los fenotipos de la F 1 y la
F2?
23. El gallo «ensortijado» es muy admirado por los aficionados a las aves. Recibe ese nombre
por la forma peculiar en que se curvan sus plumas, que dan la impresión (en las
memorables palabras del genético animal F. B. Hutt) de «haber sido rizadas, pasándolas
por un agujero practicado en un trozo de madera». Desgraciadamente, el gallo ensortijado
no es una línea pura: al cruzar un macho y una hembra de ese fenotipo, siempre aparecen
un 50% de individuos ensortijados, un 25% de individuos normales y un 25% de
individuos con plumas de un aspecto lanudo peculiar que pronto se pierden, dejando al ave
desnuda.
a. Ofrezca una explicación genética de estos resultados, indicando los genotipos de todos
los fenotipos citados e una explicación de cómo funciona su hipótesis.
b. Si quisiera producir gallos ensortijados en grandes cantidades, ¿qué progenitores serían
los mejores?
24. Los pétalos de la planta Collinsia parviflora son normalmente azules, de aquí su nombre
común en inglés, blue-eyed Mary (María de ojos azules). Se obtuvieron dos líneas puras a
partir de variaciones en el color encontradas en la naturaleza. La primera línea tenía pétalos
rosas y la segunda pétalos blancos. Se realizaron los cruzamientos entre las líneas puras
que se muestran a continuación, con los resultados siguientes:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Parentales
F1
F2
azul × blanco
azul
101 azul, 33 blanco
azul × rosa
42
8. 192 azul, 63 rosa
9. rosa × blanco
10.272 azul, 121 blanco, 89 rosa
a. Dé una explicación genética de estos resultados. Defina los símbolos alélicos que vaya a
utilizar y muestre la constitución genética de los parentales, la F1 y la F2.
b. Un cruzamiento entre cierta planta F2 azul y cierta planta F2 blanca generó una descendencia
en la que 3/8 eran de color azul, 1/8 de color rosa y 1/2 de color blanco. ¿Cuáles deben ser los
genotipos de estas dos plantas?
Problema 24 paso a paso
1. ¿Cuál es el carácter en estudio?
2. ¿Qué es el fenotipo salvaje?
3. ¿Qué es una variante?
4. ¿Cuáles son las variantes en este problema?
5. ¿Qué significa «en la naturaleza»?
6. ¿De qué manera se han encontrado las variantes en la naturaleza? (Describa el escenario).
7. ¿En qué etapas de los experimentos se usarían las semillas?
8. ¿Significaría lo mismo describir un cruzamiento como «azul × blanco» (por ejemplo) que
hacerlo como «blanco × azul»? ¿Esperaría los mismos resultados? ¿Por qué sí o por qué no?
9. ¿En qué difieren las dos primeras filas de la tabla de la tercera fila?
10. ¿Qué fenotipos son dominantes?
11. ¿Qué es la complementación?
12. ¿De dónde surge el color azul en el cruzamiento rosa × blanco?
13. ¿Qué fenómeno genético representa la producción de una F1 azul a partir de parentales de
color blanco y rosa?
14. Enumere cualquier proporción que pueda observar.
15. ¿Existen proporciones monohíbridas?
Fin página 255
16. ¿Existen proporciones dihíbridas?
17. ¿Qué le indica la observación de proporciones monohíbridas y dihíbridas?
18. Enumere cuatro modificaciones de las proporciones mendelianas que tenga presente.
19. ¿Existe alguna desviación de las proporciones mendelianas en el problema?
20. ¿Qué indican normalmente las desviaciones de las proporciones mendelianas?
21. ¿Qué indica la desviación (o desviaciones) de las proporciones mendelianas representada en
el problema?
22. Dibuje con cromosomas un esquema representando las meiosis de cada parental en el
cruzamiento blanco × azul, y la meiosis de la F1 de dicho cruzamiento.
23. Repita el punto 22 para el cruzamiento azul × rosa.
25. Una mujer propietaria de una perra caniche albina de raza pura (un fenotipo autosómico
recesivo) pretendía cruzarla para obtener una camada de cachorros blancos. Llevó el perro
a un criador, que le dijo que cruzaría a la hembra con un semental macho albino, también
43
de raza pura. Cuando nacieron 6 cachorros, todos eran negros, por lo que la mujer denunció
al criador, quejándose de que había cambiado al semental macho por un perro negro,
proporcionándole una camada que no era la deseada. Imagine que le llaman como testigo
experto y la defensa le pregunta si es posible que aparezcan descendientes negros a partir
de dos padres albinos de raza pura. ¿Qué testificaría?
26. Una planta de la especie Antirrhinum, homocigótica para el color blanco de los pétalos, se
cruza con otra planta homocigótica de pétalos de color púrpura. Todos los individuos de la
F1 tienen pétalos blancos. Se cruza la F1 consigo misma y aparecen tres fenotipos distintos
en la F2, en la que se obtienen los resultados siguientes:
blanco
240
púrpura liso
61
púrpura moteado 19
Total
320
a. Proponga una explicación de estos resultados, indicando los genotipos de todas las
generaciones (invente y explique sus propios símbolos).
b. Se cruza una planta F2 blanca con otra planta F2 de color violeta liso y se obteniene la
siguiente descendencia:
blanco
púrpura liso
púrpura moteado
50%
25%
25%
¿Cuáles eran los genotipos de las dos plantas F2 que se cruzaron?
27. La mayoría de los escarabajos de la harina son negros, pero se conocen diversas variantes
de color. Se han hecho varios cruzamientos entre distintas líneas puras para producir la F1 y
el cruzamiento de los individuos de cada F1 entre sé ha producido las proporciones de la F2
indicadas a continuación. Los fenotipos se han abreviado de la siguiente forma: Bl, negro;
Br, marrón; Y, amarillo, y W, blanco.
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1. Cruzamiento
2. Parentales
a. A partir de estos resultados, averigüe y explique el modo de herencia de estos colores.
b. Escriba los genotipos de los individuos parentales, de la F1 y de la F2 de cada
cruzamiento.
28. Se casan dos individuos albinos y tienen cuatro hijos normales. ¿Cómo es esto posible?
29. En la planta japonesa «gloria de la mañana» (Pharbitis nil) pueden aparecer flores de color
púrpura debido a la presencia de un alelo dominante en uno de dos genes distintos (A/- ·
b/b o a/a · B/-). A/- · B/- produce pétalos azules y a/a · b/b, pétalos escarlata. Deduzca los
genotipos parentales y la descendencia de los siguientes cruzamientos:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
44
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
Cruzamiento
Parentales
Descendientes
azul × escarlata
1/4 azules : 1/2 púrpura : 1/4 escarlatas
púrpura × púrpura
1/4 azules : 1/2 púrpura: 1/4 escarlatas
azul × azul
3/4 azules : 1/4 púrpura
azul × púrpura
3/8 azules : 4/8 púrpuras : 1/8 escarlatas
púrpura × escarlata
1/2 púrpura : 1/2 escarlatas
30. Los criadores del maíz han obtenido líneas puras cuyos granos, expuestas al sol, se tornan
de color rojo brillante, rosa, escarlata o naranja (los granos normales permanecen de color
amarillo si se exponen al sol). Algunos cruzamientos entre estas líneas produjeron los
resultados que aquí se indican. Los fenotipos se han abreviado así: O, naranja; P, rosa; Sc,
escarlata; SR, rojo brillante y Y, amarillo.
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Fenotipos
Cruzamientos
Parental
F1
F2
todos SR
todos SR
todos O
Todos Y
Analice los resultados de cada cruzamiento y ofrezca una hipótesis unificadora que dé
cuenta de todos los resultados (Explique todos los símbolos que utilice).
31. Muchos animales salvajes muestran el patrón de color agutí, en el que cada pelo tiene
una banda amarilla alrededor.
a. En los ratones y otros animales negros la banda amarilla está ausente, y el pelo es
totalmente negro. Esta ausencia del patrón salvaje agutí se denomina no agutí. Cuando se
cruza una línea pura de ratón agutí con una no agutí,
Fin página 256
toda la F1 es agutí y en la F2 aparece una proporción de 3 agutí:1 no agutí. Represente
mediante un diagrama este cruzamiento tomando A para representar el alelo agutí y a para
45
el alelo no agutí. Indique los genotipos y los fenotipos de los parentales, de sus gametos, de
la F1, de sus gametos y de la F2.
b. En otra variación de color heredable de los ratones, el marrón sustituye al negro del
tipo salvaje. Estos ratones agutíes marrones se denominan canela. Si cruzamos ratones
salvajes con ratones canela, la F1 es salvaje y en la F2 se produce una proporción de 3
salvajes:1 canela. Represente mediante un diagrama este cruzamiento tomando B para
representar al alelo salvaje negro y b el alelo marrón canela.
c. Si se cruzan líneas puras de ratones canela y no agutí (negro), la F1 es toda salvaje.
Haga un diagrama genético para explicar este resultado.
d. En la F2 del cruzamiento descrito en el apartado c, además de los colores parentales
canela y no agutí y del color salvaje de la F1, aparece un cuarto color denominado
chocolate. Los ratones de este tipo muestran un color marrón oscuro denso. ¿Cuál es la
constitución genética de los ratones chocolate?
e. Suponiendo que las parejas alélicas A/a y B/b segregan independientemente una de otra,
¿cuál sería la frecuencia relativa esperada para cada tipo de color en la F 2 descrita en el
apartado d? Realice un diagrama del cruzamiento de los apartados c y d que muestre los
genotipos y fenotipos (incluyendo los gametos).
f. ¿Qué fenotipos y en qué proporciones se esperan si se cruzan los ratones F1 descritos en
el apartado c con la línea parental canela?¿Y con la línea parental no agutí (negro)? Diseñe
un diagrama con estos retrocruzamientos.
g. Diseñe un cruzamiento prueba para la F1 descrita en el apartado c. ¿Qué colores
resultarían y en qué proporciones?
h. Los ratones albinos (blancos, con los ojos de color rosa) son homocigóticos para el alelo
recesivo de una pareja alélica, C/c, que segrega independientemente de las parejas A/a y
B/b. Suponga que posee cuatro líneas albinas con las que se han realizado sucesivos
cruzamientos endogámicos (y por tanto son presumiblemente homocigóticas). Se cruza
cada una de estas líneas con una línea pura salvaje y se obtiene una F2 numerosa de cada
cruzamiento. A partir de los fenotipos F2 que se muestran en la tabla, ¿qué genotipos
asignaría a las cuatro líneas albinas?
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Fenotipos de la descendencia
F2 de la línea
Salvaje
Negro
Canela
Chocolate
Albino
(El problema 26 está adaptado de A.M. Srb, R.D. Owen y R.S. Edgar, General Genetics,
2d. ed. W.H. Freeman and Company, 1965)
32. El color amarillo de las ratas está determinado por un alelo A que no es letal en
homocigosis. El alelo R de un gen que segrega independientemente produce un pelaje de
color negro. Juntos, A y R, producen un color gris, mientras que a y r producen un color
blanco. Un macho gris se cruza con una hembra amarilla y la F1 es 3/8 amarilla, 3/8 gris,
1/8 negra y 1/8 blanca. Determine el genotipo de los parentales.
46
33. En el gallo, el genotipo r/r ; p/p produce cresta sencilla, R/- ; P/- produce cresta en forma
de nuez, r/r ; P/- en forma de guisante y R/- ; p/p en forma de rosa (véanse las
ilustraciones). Asuma segregación independiente.
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1.
2.
3.
4.
Sencilla
Forma de nuez
Guisante
Rosa
a. ¿Qué tipos de crestas aparecerán en la F1 y F2 y en qué proporciones, si se cruzan aves de
cresta sencilla con una línea pura de aves de cresta tipo nuez?
b. ¿Cuáles son los genotipos parentales de un cruzamiento nuez × rosa, cuya descendencia
fue 3/8 crestas rosas, 3/8 crestas tipo nuez, 1/8 crestas tipo guisante y 1/8 sencillas?
c. ¿Cuáles son los genotipos parentales de un cruzamiento nuez × rosa, cuya descendencia
fue toda de tipo nuez?
d. ¿Cuántos genotipos producen un fenotipo de tipo nuez?
34. El alelo dominante A es necesario para la producción del pigmento rojo del ojo de
Drosophila. El alelo dominante P de otro gen distinto hace que el pigmento sea de color
púrpura, mientras que su alelo recesivo mantiene el color rojo del pigmento. Una mosca
que no produce pigmento alguno tiene los ojos blancos. Se han cruzado dos líneas puras,
con los siguientes resultados:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1.
F1
2.
3.
4.
5.
6.
7.
hembra de ojos rojos × macho de ojos blancos
hembras de ojos púrpura
machos de ojos rojos
tanto machos como hembras:
3/ 8 ojos púrpura
3/8 ojos rojos
2/8 ojos blancos
Explique este modo de herencia, indicando el genotipo de los parentales, de la F1 y de la F2.
35. En el cruzamiento de una línea pura de perros de color marrón con otra línea pura blanca,
todos los cachorros de la F1 fueron blancos. La descendencia F2 de varios cruzamientos F1
× F1 estaba compuesta, en conjunto, por 118 cachorros blancos,
Fin Página 257
32 negros y 10 marrones. ¿Cuál es la base genética de estos resultados?
36. Las cepas salvajes del hongo haploide Neurospora pueden sintetizar su propio triptófano.
Un alelo anormal, td, hace que hongo sea incapaz de fabricar su propio triptófano. Un
47
individuo con el genotipo td crece sólo si se añade triptófano al medio de cultivo. El alelo
su segrega de forma independiente al alelo td, siendo su único efecto conocido suprimir el
fenotipo debido a td. Por lo tanto, las cepas que llevan tanto td como su no requieren la
presencia de triptófano en el medio para crecer.
a. Si se cruza una cepa td ; su con otra cepa genotípicamente salvaje, ¿qué genotipos se
esperan entre los descendientes y en qué proporciones?
b. ¿Cuál será la proporción entre los descendientes dependientes de triptófano y los no
dependientes de triptófano en el cruzamiento del apartado a?
37. Se cruzan ratones de genotipo A/A ; B/B ; C/C ; D/D ; S/S con otros de genotipo a/a ; b/b ;
c/c ; d/d ; s/s. Los descendientes se cruzan entre sí. ¿Qué fenotipos aparecerán en la F2 y en
qué proporciones? (Los símbolos alélicos se definen como: A = agutí, a = sólido (no agutí),
B = pigmento negro, b = pigmento marrón, C = pigmentado, c = albino, D = sin diluir, d =
diluido (color lechoso), S = sin motas, s = motas pigmentadas sobre un fondo blanco)
38. Considere los siguientes genotipos de dos líneas de pollo: la línea pura Mottled Hondan es
i/i ; D/D ; M/M ; W/W y la línea pura Leghorn I/I ; d/d ; m/m ; w/w. A continuación se
detalla el significado de cada símbolo:
I = plumas blancas, i = plumas de color
D = cresta doble, d = cresta sencilla
M = con papada, m = sin papada
W = piel blanca, w = piel amarilla
Los cuatro genes segregan de forma independiente. Empezando con estas dos líneas puras,
¿cuál es la manera más rápida y cómoda de generar una línea pura de aves con plumas de
color, cresta sencilla, piel amarilla y sin papada? Asegúrese que indica:
a. El pedigrí de los cruzamientos.
b. El genotipo de cada animal utilizado.
c. El número de huevos que se deben incubar de cada cruzamiento y la razón de ese
número.
d. Por qué su esquema de cruzamientos es el más rápido y cómodo.
39. El pedigrí adjunto corresponde a un fenotipo dominante gobernado por un gen autosómico.
¿Qué sugiere este pedigrí sobre dicho fenotipo y qué puede deducirse sobre el genotipo del
individuo A?
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
40. La coloración de los pétalos de la planta dedalera está determinada por tres genes. El alelo
M codifica una enzima que sintetiza antocianina, el pigmento púrpura que se ve en los
pétalos; un planta m/m no produce pigmento, lo que da lugar al fenotipo albino con motas
amarillentas. D es un intensificador de la antocianina que da como resultado un pigmento
más oscuro; d/d no intensifica. En un tercer locus, w/w permite que el pigmento se acumule
en los pétalos, pero W impide la acumulación del pigmento en los pétalos salvo en las
48
motas, lo que da lugar a un fenotipo moteado. Considere los siguientes cruzamientos:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Cruzamiento
Parentales
Descendientes
púrpura oscuro × blanco con manchas amarillas
1/2 púrpura oscuro: 1/2 púrpura claro
blanco con manchas amarillas × púrpura claro
1/2 blanco con manchas púrpura : 1/4 púrpura oscuro: 1/4 púrpura claro
Indique los genotipos de los parentales y de los descendientes de cada cruzamiento, con
respecto a los tres genes indicados.
41. En cierta especie de Drosophila, las alas normales presentan una forma redondeada, pero
se han obtenido dos líneas puras, una de las cuales presenta alas ovaladas y la otra tiene
alas con forma de hoz. Los cruzamientos entre las diferentes estirpes arrojan los resultados
que se muestran a continuación:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Parentales
F1
Hembra
Macho
Hoz
Redondeado
Ovalado
a. Proponga una hipótesis genética que explique estos resultados y defina todos los
símbolos alélicos.
b. Si las hembras de fenotipo ovalado de la F1 del cruzamiento 3 se cruzasen con los
machos de fenotipo redondeado de la F1 del cruzamiento 2, ¿qué proporciones fenotípicas
cabría esperar entre los descendientes de cada sexo?
42. Los ratones muestran normalmente una sola banda amarilla en cada uno de sus pelos, pero
existen variantes donde aparecen dos o tres bandas. Una hembra con una sola banda se
cruzó con un macho de tres bandas (ninguno de los animales pertenecía a una línea pura).
La descendencia fue:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Hembras
1/2 una banda
½ tres bandas
Machos
½ una banda
½ dos bandas
a. Provea una explicación clara del modo de herencia de estos fenotipos.
49
b. Según su modelo, ¿cuáles serían los resultados de un cruzamiento entre una hembra de
tres bandas y un macho de una banda si ambos son hermanos procedentes del cruzamiento
previo?
Fin página 258
43. Los visones de fenotipo salvaje tienen un pelaje casi negro. Los criadores han desarrollado
muchas líneas puras de variantes en el color para la industria peletera. Dos líneas puras de
este tipo son las de color platino (gris azulado) y diamante (gris metálico). Estas líneas se
utilizaron para realizar cruzamientos, con los siguientes resultados:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Cruzamiento
Parentales
salvaje X platino
salvaje
18 salvaje, 5 platino
27 salvajes, 10 diamante
salvaje X diamante
platino X diamante
133 salvajes
41 platino
46 diamante
17 zafiro (nuevo)
a. Proporcione una explicación genética para estos resultados. Muestre los genotipos de los
parentales, de la F1 y de la F2 de los tres cruzamientos, asegurándose de que indica los
alelos de cada gen en todos los individuos.
b. Realice una predicción de los fenotipos de la F1 y la F2 en cruzamientos de líneas puras
zafiro × platino y zafiro × diamante.
44. Un gen autosómico determina la forma de las quetas en Drosophila. El alelo B determina
quetas rectas, mientras que el alelo b produce quetas curvadas. En otro autosoma, hay otro
gen cuyo alelo dominante I inhibe la formación de quetas, de forma que la mosca carece
por completo de ellas (el alelo i no tiene ningún efecto fenotípico conocido).
a. Si se cruza una mosca de una línea pura de quetas rectas, con otra perteneciente a una
línea pura sin quetas pero en la que se conoce que está inhibida la formación de quetas
curvadas, ¿cuáles serán los genotipos y fenotipos en las generaciones F1 y F2?
b. ¿Qué cruzamiento daría una proporción 4 sin quetas : 3 rectas : 1 curvadas?
45. En el pedigrí adjunto se muestra la herencia del fenotipo del ojo en los escarabajos del
género Tribolium. Los símbolos negros representan ojos negros, los símbolos blancos
representan ojos marrones, mientras que los símbolos señalados con una cruz
corresponden a individuos sin ojos.
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
a. Deduzca el modo de herencia de los tres fenotipos a partir de los datos.
b. Muestre el genotipo del escarabajo II-3 utilizando símbolos alélicos bien definidos.
46. Se cree que una planta es heterocigótica para el par alélico B/b (B determina el color
amarillo y b el color bronce). Esta planta se autofecundó y entre la descendencia hubo 280
individuos de color amarillo y 120 de color bronce. ¿Apoyan estos resultados la hipótesis
de que la planta es B/b?
50
47. Se cree que una determinada planta es heterocigótica para dos genes independientes (P/p ;
Q/q). Cuando se autofecundó, generó la descendencia que se muestra a continuación:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
¿Corroboran estos resultados la hipótesis de que la planta era de genotipo P/p ; Q/q?
Una planta de un determinado fenotipo “1” se autofecundó y generó 100 individuos del
mismo fenotipo y 60 de otro fenotipo alternativo “2”. ¿Son compatibles estos valores con
las proporciones 9:7, 13:3 y 3:1? Formule una hipótesis genética basada en sus propios
cálculos.
49. Cuatro líneas homocigóticas recesivas de Drosophila melanogaster (marcadas de 1 a 4)
mostraban una coordinación anormal de las patas que les hacia caminar de modo errático.
Se realizaron cruzamientos entre estas líneas y los fenotipos de las moscas de la F 1 se
muestran en la siguiente tabla en la cual el signo “+ “presenta el fenotipo salvaje para el
modo de caminar y el signo “–“ el modo anormal.
48.
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
a. ¿Qué tipo de prueba representa este análisis?
b. ¿Cuántos genes diferentes han mutado para dar lugar a estas cuatro líneas?
c. Invente símbolos para representar el genotipo de los individuos salvajes y mutantes y
detalle los genotipos de las cuatro cepas y de todas las moscas de la F1.
d. ¿Nos dicen los datos si los genes están o no ligados? En caso negativo, ¿cómo podría
comprobarse el ligamiento?
e. ¿Nos dicen los datos el número total de genes implicado en la coordinación de las patas
de este animal?
50. Se aíslan por separado tres mutantes dependientes de triptófano de una levadura haploide,
denominados trpB, trpD y trpE. Se siembra una suspensión celular de cada cepa en una
placa con medio suplementado con triptófano en la cantidad justa para permitir un
crecimiento muy débil de una cepa trp. Se siembran los cultivos siguiendo un patrón
triangular de manera que no haya contacto entre ellos. Se observa un crecimiento mucho
mayor
Fin página 259
en los bordes de las bandas del cultivo trpE y en uno de los bordes de la banda de siembra
que corresponde al cultivo trpD (véase la figura adjunta)
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
a. ¿Cree que la complementación puede jugar un papel en este caso?
b. Explique brevemente el patrón de crecimiento que se produce en los bordes
c. ¿En qué orden están las etapas de la ruta de síntesis del triptófano en las cuales son
defectivos los mutantes trpB, trpD y trpE?
d. ¿Por qué es necesario añadir una pequeña cantidad de triptófano al medio para que se
muestre este patrón de crecimiento?
PROBLEMAS PARA PENSAR
51
51. Una línea pura de calabacín que produce frutos en forma de disco se cruza con una línea
pura que produce frutos alargados (véase la figura adjunta). La F1 da frutos en forma de
disco pero en la F2 aparece un fenotipo nuevo, el fruto esférico. Los datos de la F2 son los
siguientes:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1. Alargado
2. Esférico
3. Disco
32 Alargados
178 esféricos
270 disco
Proponga una explicación para estos resultados y muestre los genotipos de las generaciones
P, F1 y F2. (Figura de P. J. Russell, Genetics, 3d. ed., Harper-Collins, 1992)
52. El síndrome de Marfan es una enfermedad del tejido conjuntivo fibroso que se caracteriza
por muchos síntomas, incluyendo dedos largos y finos, defectos oculares, cardiopatías y
extremidades largas. (Flo Hyman, famosa estrella norteamericana de voleibol sufría de
síndrome de Marfan y murió a causa de la rotura de la aorta.)
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
desconocido, presuntamente normal
examinado, normal
desplazamiento del cristalino
cardiopatía congénita
dedos largos en manos y pies
dedos muy largos y finos en manos y pies
afectado dudoso
a. Use la genealogía mostrada en la figura adjunta para proponer el modo de herencia del
síndrome de Marfan.
b. ¿Qué fenómeno genético ilustra esta genealogía?
c. Especule sobre las posibles causas de ese fenómeno.
(Figura de J.V. Neel y W.J. Schull, Human Heredity. University of Chicago Press, 1954)
Fin página 260
53. Tres alelos dominantes, llamados A, C y R, deben estar presentes en el maíz para que se
produzcan semillas coloreadas. Los genotipos A/- ; C/- ; R/- son coloreados; todos los
demás son incoloros. Una planta coloreada se cruza con tres plantas de prueba, de genotipo
conocido. Con la planta de prueba a/a ; c/c ; R/R, la planta coloreada produce un 50% de
semillas coloreadas; con la planta a/a ; C/C ; r/r, produce un 25% de semillas coloreadas y
con A/A ; c/c ; r/r produce un 50% de semillas coloreadas. ¿Cuál es el genotipo de la planta
coloreada?
54. La aparición de pigmento en la cubierta externa de las semillas de maíz requiere que cada
uno de los tres genes que segregan de forma independiente, A, C y R, estén representados
por al menos un alelo dominante, tal y como se especifica en el problema 53. El alelo
dominante Pr de un cuarto gen independiente es necesario para convertir un precursor
52
bioquímico en un pigmento púrpura y su alelo recesivo pr hace que el pigmento sea de
color rojo. Las semillas de las plantas que no producen pigmento son de color amarillo.
Considere el cruzamiento entre una variedad de genotipo A/A ; C/C ; R/R ; pr/pr y otra de
genotipo a/a ; c/c ; r/r ; Pr/Pr.
a. ¿Cuáles son los fenotipos de las dos variedades parentales?
b. ¿Cuál será el fenotipo de la F1?
c. ¿Qué fenotipos y en qué proporción aparecerán en la descendencia de un cruzamiento
prueba de la F1?
55. El alelo B confiere a los ratones su color negro y el alelo b su color marrón. El genotipo
e/e, de otro gen que segrega independientemente, impide la expresión de B y b y hace que
el color del pelaje sea beige, mientras que el genotipo E/- permite la expresión de B y b.
Ambos genes son autosómicos. En el pedigrí adjunto, los símbolos en negro indican pelaje
de color negro, los símbolos en rosa pelaje marrón y los símbolos en blanco pelaje beige.
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
a. ¿Qué nombre recibe el tipo de interacción génica que aparece en este ejemplo?
b. ¿Cuáles son los genotipos de los individuos del pedigrí? (Si en algún caso hay más de
una alternativa, indíquelas.)
56. Un investigador cruza dos líneas de flores blancas de la planta Antirrhinum y obtiene los
siguientes resultados:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1.
2.
3.
4.
5.
Línea pura 1
Línea pura 2
Todas blancas
131 blancas
29 rojas
a. Averigüe el modo de herencia de estos fenotipos, empleando símbolos claramente
definidos. Indique el genotipo de los parentales, de la F1 y de la F2.
b. Realice una predicción del resultado del cruzamiento de la F1 con cada una de las líneas
parentales.
57. Suponga que el color normal de los pétalos de las petunias (púrpura) se debe a la mezcla de
dos pigmentos, uno rojo y otro azul. Como se muestra en las dos filas superiores del
diagrama adjunto, cada pigmento se sintetiza mediante una ruta metabólica distinta.
«Blanco» significa un compuesto sin color (la carencia total de pigmento da lugar a pétalos
blancos). El pigmento rojo se forma a partir de un compuesto intermedio de color amarillo,
cuya concentración normal es demasiado baja para dar color a los pétalos.
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1.
2.
3.
4.
ruta I
blanco1
azul
ruta II
53
5.
6.
7.
8.
9.
10.
blanco2
amarillo
rojo
ruta III
blanco3
blanco4
Una tercera ruta metabólica, cuyos compuestos no contribuyen a la coloración de los
pétalos, no afecta normalmente a la formación de los pigmentos rojo y azul, pero si uno de
sus intermediarios (blanco3) alcanza una concentración alta, se convierte en el compuesto
intermedio amarillo de la ruta del pigmento rojo.
Las letras A-E del diagrama representan enzimas; los genes correspondientes, ninguno de
los cuales está ligado, pueden representarse con las mismas letras.
Suponga que los alelos salvajes son dominantes y determinan enzimas activas, mientras
que los alelos recesivos determinan falta de actividad enzimática. Averigüe qué genotipos
parentales de líneas puras deben cruzarse para que en la F2 aparezcan las proporciones
fenotípicas siguientes:
a. 9 púrpura : 3 verde : 4 azul.
b. 9 púrpura : 3 rojo : 3 azul : 1 blanco.
c. 13 púrpura : 3 azul.
d. 9 púrpura : 3 rojo : 3 verde : 1 amarillo.
(Nota: el azul mezclado con el amarillo da verde; suponga que ninguna mutación es letal)
Fin página 261
58. Las flores de la planta «capuchina» (Tropaeolum majus) pueden ser sencillas (S), dobles
(D) o «super-dobles» (Sd). Las super-dobles son flores femeninas estériles, que proceden
de una variedad de flores dobles. Varios cruzamientos entre variedades han producido los
descendientes que se indican en la tabla siguiente, en la que pura significa que la línea es
homocigótica.
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Cruzamiento
Parentales
Descendencia
S pura X D pura
Todos S
F1 del cruzamiento 1 X F1 Cruzamiento 1
D Pura X Sd
S pura X Sd
D pura X descendientes Sd del cruzamiento 4
D pura X descendientes S del cruzamiento 4
Empleando sus propios símbolos genéticos, proponga una explicación de los resultados,
indicando
a. los genotipos de todos los individuos que aparecen en cada una de las seis filas de la
tabla.
54
b. el origen propuesto para la variedad super-doble.
59. En cierta especie de mosca, el color normal de los ojos es rojo (R). Se han encontrado
cuatro fenotipos anormales para el color de los ojos: dos eran amarillos (Y1 y Y2), uno era
marrón (B) y otro era naranja (O). Se obtuvo una línea pura de cada fenotipo y se cruzaron
en todas las combinaciones posibles. Las moscas F1 de cada cruzamiento se cruzaron entre
sí para obtener la F2. La siguiente tabla muestra las distintas F1 y F2; las líneas puras se
indican en los márgenes.
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1.
2.
3.
4.
Todos Y
Todos R
Todos B
Todos O
a. Defina sus propios símbolos e indique los genotipos de las cuatro líneas puras.
b. Indique cómo se producen los fenotipos de la F1 y las proporciones fenotípicas de la F2.
c. Proponga una ruta bioquímica que explique los resultados genéticos, señalando qué gen
controla cada enzima.
60. El color de los granos del trigo común, Triticum aestivum, está determinado por múltiples
genes duplicados, cada uno con un alelo R y un alelo r. La presencia de cualquier alelo R
produce un fenotipo rojo y la ausencia completa de alelos R un fenotipo blanco. La F2 de
un cruzamiento entre una línea pura roja y una línea pura blanca estaba compuesta por
63/64 descendientes rojos y 1/64 blancos.
a. ¿Cuántos genes R están segregando en este cruzamiento?
b. Indique los genotipos de los parentales, de la F1 y de la F2.
c. Se utilizan distintas plantas F2 en cruzamientos prueba con el parental blanco. Indique
ejemplos de genotipos que en el cruzamiento prueba producirían descendientes en las
siguientes proporciones fenotípicas: (1) 1 rojo : 1 blanco, (2) 3 rojos : 1 blanco, (3) 7 rojos :
1 blanco.
d. En estos sistemas, ¿cuál es la fórmula general que relaciona el número de genes que
están segregando con la proporción de individuos rojos de la F2?
61. La siguiente genealogía muestra la herencia del carácter sordomudez.
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
a. Proponga una explicación del modo de herencia de esta rara condición en las
generaciones I y II de cada una de las familias e indique el genotipo del mayor número
posible de individuos. Utilice sus propios símbolos.
b. Ofrezca una explicación al hecho de que todos los individuos de la generación III sean
normales y asegúrese de que es compatible con su respuesta anterior.
62. La genealogía adjunta se refiere a los caracteres esclerótica azul (presencia de una fina
película azulada que cubre el ojo) y huesos frágiles.
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1. esclerótica azul
55
2. huesos frágiles
a. ¿Se deben estas dos anomalías al mismo gen o a genes distintos? Exprese
claramente su respuesta.
Fin página 262
b. El gen (o genes), ¿es autosómico o ligado al sexo?
c. ¿Proporciona el pedigrí alguna prueba de penetrancia incompleta o expresividad? Si es
así, calcule los valores correspondientes de la forma más precisa posible.
63. Las abejas obreras de la línea conocida como Brown (marrón en inglés, pero que no alude
al fenotipo de las abejas) muestran un comportamiento conocido como «higiénico»; es
decir, las obreras destapan los compartimientos de la colmena que contienen pupas muertas
y las retiran. Este comportamiento impide la expansión de bacterias infecciosas por toda la
colonia. Las obreras de la línea de abejas Van Scoy no llevan a cabo ese trabajo y, por
tanto, se dice de ellas que son «antihigiénicas». Al cruzar una abeja reina de la línea Brown
con zánganos de la línea Van Scoy, la F1 fue antihigiénica. Zánganos de la F1 se utilizaron
para inseminar una reina de la línea Brown y el comportamiento de los descendientes fue
como sigue:
1/4 higiénicos
1/4 habrían los compartimientos, pero no retiraban las pupas.
1/2 antihigiénicos
No obstante, al estudiar los individuos antihigiénicos con más detalle, se observó que si se
destapaban manualmente los compartimientos de las pupas muertas, alrededor de la mitad
de dichos individuos retiraban las pupas, en tanto que la otra mitad no lo hacía.
a. Proponga una hipótesis genética para explicar estos patrones de comportamiento.
b. Discuta los datos en términos de epistasia, dominancia e interacciones ambientales.
(Nota: las abejas obreras son estériles y todas las abejas de una misma línea tienen los
mismos alelos.)
64. El color normal de los pétalos en el género Antirrhinum es rojo. Se han obtenido algunas
líneas puras que muestran variaciones respecto al color de la flor. Se obtuvieron los
siguientes resultados al cruzar estas líneas puras (véase la tabla adjunta):
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
Cruzamiento
Parentales
naranja X amarillo
naranja
3 naranja : 1 amarillo
rojo X naranja
rojo
3 rojo : 1 naranja
rojo X amarillo
3 rojo : 1 amarillo
rojo X blanco
3 rojo : 1 blanco
amarillo X blanco
9 rojo : 3 amarillo : 4 blanco
56
15. naranja X blanco
16. 9 rojo : 3 naranja : 4 blanco
17. 9 rojo : amarillo : 4 blanco
a. Explique el modo de herencia de estos colores.
b. Escriba los genotipos de los parentales, de la F1 y de la F2.
65. Considere los siguientes individuos de la F1 en diferentes especies y las correspondientes
proporciones de la F2 generadas por autofecundación.
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Proporciones fenotípicas de la F2
crema
naranja
negro
rojo
12/16 crema 3/16 negro
1/16 gris
9/16 naranja 7/16 amarillo
13/16 negro
3/16 blanco
9/16 rojo sólido 3/16 rojo jaspeado
4/16 motas rojas
Si se realiza un cruzamiento de prueba con las diferentes F1, ¿qué proporciones fenotípicas
se observarían ente los descendientes de estos cruzamientos?
66. Ciertas mutaciones recesivas obtenidas en el nematodo Caenorhabditis elegans ayudan a
entender la base de su sistema de locomoción. Estas mutaciones hacen que el gusano se
mueva de forma ineficaz con rápidas oscilaciones, en lugar de su manera habitual de
desplazamiento mediante deslizamiento. Presumiblemente, estas mutaciones afectan a los
sistemas nervioso y muscular. Se cruzaron entre sí doce mutantes homocigóticos y se
examinó a los híbridos de la F1 para comprobar si oscilaban. Los resultados se muestran a
continuación. Un signo “+” significa que el híbrido muestra fenotipo salvaje (deslizante),
mientras que una “w” denota un fenotipo mutante oscilatorio.
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
Fin página 262
a. Explique lo que se pretendía comprobar con este experimento.
b. Utilice la misma lógica para asignar genotipos a cada uno de los 12 mutantes.
c. Explique por qué los híbridos F1 entre los mutantes 1 y 2 presentan un fenotipo distinto
al que presentan los híbridos F1 obtenidos del cruzamiento entre los mutantes 1 y 5.
67. Un genetista que trabaja con un hongo haploide realiza un cruzamiento entre dos mutantes
de crecimiento lento denominados mossy y spider (en referencia a la forma anormal que
adoptan las colonias)
Las tétradas de los cruzamientos resultaron ser de tres tipos distintos (A, B y C), pero dos
de ellas contienen esporas que no germinan
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
57
1.
2.
3.
4.
5.
Espora
Salvaje
Spider
No germina
Mossy
Diseñe un modelo para explicar estos resultados genéticos y proponga una base molecular
para su modelo.
58
Pies de Foto
Página 221
La interacción de varios genes determina el color de los pimientos. Un alelo Y promueve la
eliminación temprana de la clorofila (un pigmento verde) mientras que el alelo y no lo hace. El
alelo R determina el color rojo de los pigmentos carotenos mientras que el alelo r determina el
color amarillo. Los alelos c1 y c2 provienen de dos genes diferentes que atenúan la cantidad de
carotenos, lo que provoca ligeras graduaciones de color. El color naranja es el color rojo
atenuado, el marrón es la suma del color verde más el rojo y el amarillo pálido proviene del
amarillo atenuado. (Anthony Griffiths).
Página 228
Embriones de ratón genéticamente modificados de color verde brillante. Se ha insertado una
proteína de medusa en los cromosomas de los ratones brillantes. Los ratones normales son de
color púrpura (Kyodo News).
Página 236
Flor de la campanilla, del género campanula. (Gregory G. Dimijian/Photo researchers)
Figuras
(T) Pelo pelirrojo
Figura 6-1 La condición del cabello pelirrojo se hereda como un gen autosómico recesivo, pero
un estudio más detallado revela que requiere de la interacción de muchos otros genes (Copyright
Delaware Art Museum, Wilmington, USA/Samuel and Mary R. Bancroft Memorial/The
Bridgeman Art Library)
(T) Las mutaciones de los genes haplosuficientes son recesivas
1. Homocigoto de tipo salvaje
2. Heterocigoto
3. Homocigoto recesivo mutante
4. Funcional
5. Defectivo
6. Proteína
59
7. mRNA
8. Cromosoma
Figura 6-2 La copia de tipo salvaje genera suficiente proteína funcional para generar un
fenotipo salvaje en el heterocigoto, incluso aunque la copia mutante del gen produzca una
proteína defectuosa.
(T) Dos modelos de dominancia de una mutación
1. Haploinsuficiencia
2. Dominancia negativa
3. 2 “dosis” de producto
4. Dímero
5. 0 “dosis”
6. Una “dosis” (insuficiente)
Figura 6-3 Una mutación puede ser dominante debido a que un único gen de tipo salvaje no
produce suficiente producto proteico para un adecuado funcionamiento (izquierda) o bien
debido a que el alelo mutante actúa como un dominante negativo que produce un producto
proteico que “sabotea” el funcionamiento normal.
(T) Dominancia incompleta
Figura 6-4 Las flores de plantas heterocigóticas del dondiego de noche son de color rosa,
intermedio entre el color de los dos homocigotos rojo y blanco. La existencia del heterocigoto
rosa demuestra la dominancia incompleta (R. Calentine/Visuals Unlimited)
(T) Glóbulos rojos sanguíneos normales y falciformes
Figura 6-5 Las células falciformes tienen su origen en una única mutación en el gen de la
hemoglobina (Meckes/Ottawa/Photo Researchers).
(T) Los heterocigotos pueden tener ambos las dos proteínas procedente de ambos alelos
1. Fenotipo
2. Genotipo
3. Posiciones a las que se desplaza la hemoglobina
60
4. Origen
5. Tipos de hemoglobina presentes
6. Portador de la anemia
7. Anemia falciforme
8. Normal
9. S y A
10. Migración
Figura 6-6 Electroforesis de hemoglobinas mutantes y normales. Se muestran los resultados
obtenidos al analizar un individuo portador de anemia falciforme (heterocigoto), un individuo
con anemia falciforme y una persona sana. Las manchas marcan las posiciones a las migran las
hemoglobinas en un gel de almidón.
(T) Siete alelos y sus interacciones determinan el patrón de las hojas del trébol
Figura 6-7 El patrón de manchas de las hojas del trébol está determinado por múltiples alelos.
Debajo de cada planta se muestra su genotipo. Existe variedad en las interacciones de la
dominancia (Según una fotografía de W. Ellis Davies).
(T) El color amarillo del pelaje, un alelo letal recesivo
Figura 6-8 Camada de ratones procedentes de un cruzamiento entre dos parentales
heterocigotos para el alelo dominante que determina el color del pelo. El alelo es letal en
homocigosis. No todos los descendientes son visibles. (Anthony Griffiths)
(T) un alelo letal recesivo en los gatos determina el fenotipo sin cola
Figura 6-9 Un gato Manx. Un alelo dominante para el carácter ausencia de cola es letal en
homocigosis. Los ojos de diferente color es un fenotipo que no está relacionado con la falta de
cola. (Gerard Lacz/NHPA)
(T) El descubridor de los defectos innatos en el metabolismo
Figura 6-10 El físico británico Archibald Garrod (1857-1936)
(T) Aislamiento de mutantes auxotróficos de arginina
1. Rayos X
61
2.
3.
4.
5.
6.
Tipo salvaje
Conidios mutados
Cruzamiento con fenotipo salvaje de tipo sexual opuesto
Cuerpos fructíferos
Se diseccionan las ascosporas microscópicas y se transfieren una a una a tubos de
cultivo
7. Cientos de tubos con medio completo se inoculan con ascosporas individualizadas
8. Medio completo
9. Las conidios de cada uno de los tubos (esporas asexuales) se prueban en medio
mínimo
10.
11. Medio mínimo
12. La ausencia de crecimiento en medio mínimo delata la existencia de un mutante
nutricional
13. Los conidios de aquellos tubos con medio mínimo en los que no hubo crecimiento
se prueban en varios medios suplementados.
14. Mínimo (control)
15. Mínimo + amino ácidos
16. Mínimo + vitaminas
17. Completo (control)
18. Glicina
19. Alanina
20. Leucina
21. Isoleucina
22. Valina
23. Metionina
24. Fenilalanina
25. Tirosina
26. Triptófano
27. Prolina
28. Arginina
29. Lisina
30. Histidina
31. Ácido glutámico
32. Ácido aspártico
33. Glutamina
34. Asparragina
35. Serina
36. Treonina
37. Cisteína
38. La adición de arginina al medio mínimo restaura el crecimiento
Figura 6-11 Aproximación experimental usada por Beadle y Tatum para la generación de un
gran número de mutantes en Neurospora. Este estudio muestra en concreto el aislamiento de un
mutante arg- (según P.J. Russell, Genetics segunda edición, Foresman).
(T) La arginina y sus análogos
62
1. Ornitina
2. Citrulina
3. Arginina
Figura 6-12 La estructura química de la arginina y de dos compuestos relacionados
estructuralmente, la critulina y la ornitina.
(T) Una ruta sintética y las enfermedades asociadas
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
Proteínas de la dieta
Fenilalanina (Phe)
[Phe] alta
Ácido fenilpirúvico
Hidroxilasa de la Phe
PKU
Albinismo
Cretinismo
Tirosina (Tyr)
Melanina
Tiroxina
Tyr aminotransferasa
Ácido hidroxifenilpirúvico (HPA)
Oxidasa del HPA
Tirosinosis
Ácido homogentísico
Oxidasa de HA
Alcaptonuria
Ácido Maleilacetoacético
CO2 + H2O
Figura 6-13 Una parte de la ruta metabólica de la fenilalanina de los humanos, incluidas las
enfermedades asociadas con bloqueos enzimáticos. La PKU está causada por un mal
funcionamiento de la enzima hidroxilasa de la fenilalanina. La acumulación de la fenilalanina
produce un incremento de ácido fenilpirúvico que interfiere con el desarrollo del sistema
nervioso (según I.M. Lerner y W.J. Libby, Heredity, Evolution and Society, 2ª ed. Copyright
1976 por W.H. Freeman and Company).
(T) Algunas rutas en la PKU
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Desarrollo del cerebro
Barrera hematoencefálica
Ácido fenilpirúvico
Fenilalanina
Hígado
Productos normales
Proteínas de la dieta
63
8.
9.
10.
11.
Hidroxilasa de la fenilalanina
Tetrahidrobiopterina (cofactor THB)
“Gen de la PKU”
Genes de las rutas biosintéticas para la THB
Figura 6-14 La expresión de la enfermedad PKU implica toda una serie compleja de pasos
distintos. Los rectángulos rojos indican pasos en las que es posible el bloqueo o la variación.
(T) Bases moleculares de la complementación genética
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
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10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
Tipo salvaje
Gen w1
Gen w2
Mutante $
Mutante £
Mutante ¥
Sin complementación
Complementación
Sin substrato
Enzima 2
Enzima 1
Precursor incoloro 1
Sin precursor 2
Blanco
Precursor incoloro 1
Precursor incoloro 2
Azul
Bloqueo (sin enzima 1)
Mutación en distintos genes
Mutación en el mismo gen
Blanca $ X Blanca £
Blanca £ X Blanca ¥
Figura 6-15 Se cruzan entre sí tres mutantes fenotípicamente idénticos ($,£ e ¥) de campanillas
blancas. La mutaciones del mismo gen (como las mutaciones $ y £) no pueden complementarse
ya que la F1 tienen un gen con dos alelos mutantes. La ruta se bloquea y las flores son blancas.
Cuando las mutaciones están en diferentes genes (como en el caso de £ e ¥), existe
complementación de los alelos salvajes de cada gene en la F1 de los heterocigotos. Se produce la
síntesis del pigmento y las flores son azules (¿cuál cree que será el resultado del cruzamiento
entre $ e ¥?).
(T) Prueba de complementación mediante el uso de un heterocarionte
1. Las células arg-1 son defectivas para un enzima específico de la ruta sintética de la
arginina
64
2. Las células arg-2 son defectivas para un enzima diferente de la ruta sintética de la
arginina
3. Fusión
4. El heterocarionte crece sin arginina
Figura 6-16 Un heterocarionte de Neurospora u hongos similares mimetiza un estado diploide.
Cuando dos células vegetativas se fusionan, los núcleos haploides comparten el mismo
citoplasma en el heterocarionte. En el ejemplo mostrado, los núcleos haploides con mutaciones
en diferentes genes de la ruta sintética de la arginina se complementan para producir una
Neurospora que ya no requiere arginina.
(T) Pigmentos sintetizados y heredados de forma independiente
Figura 6-17 La combinación de pigmentos naranjas y negros determina los cuatro fenotipos de
la serpiente del maíz que se muestran. (a) La serpiente tipo salvaje con fenotipo camuflado
negro y naranja sintetiza ambos pigmentos, naranja y negro. (b) Una serpiente negra no sintetiza
el pigmento naranja. (c) Una serpiente naranja no sintetiza el pigmento negro. (d) Una serpiente
albina no sintetiza ninguno de los dos pigmentos, ni el naranja no el negro (Anthony Griffiths).
(T) Interacción entre una proteína reguladora y su diana
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Gen regulador
Gen regulado
Normal
Mutación en el gen que codifica la proteína reguladora
Proteína reguladora no funcional
Mutación en el gen que codifica la proteína estructural
Mutación en ambos genes
Figura 6-18 EL gen r+ codifica una proteína reguladora y el gen a+ codifica una proteína
estructural. Ambos deben ser normales para que se sintetice una proteína estructural funcional
(activa).
(T) Modelo para la epistasia recesiva
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Dihíbrido
Autofecundación
Ambas enzimas bloqueadas
Enzima 1
Enzima 2
Bloqueo en la segunda enzima
Bloqueo en la primera enzima
Sin sustrato
65
Figura 6-19 Los alelos salvajes de dos genes (w+ y m+) codifican enzimas que catalizan etapas
sucesivas en la síntesis de un pigmento azul de los pétalos. Las plantas homocigóticas m/m
producen flores magenta y las homocigóticas w/w flores blancas. Los mutantes dobles w/w ;
m/m también producen flores blancas, lo que indica que el color blanco es epistático sobre el
magenta.
(T) Epistasia recesiva debida a una mutación en el gen del color del pelaje
Figura 6-20 Tres colores diferentes del pelaje en los labradores. Dos alelos B y b de un gen que
controla el color del pigmento determinan el color negro (a) y marrón (b) respectivamente. Un
gen diferente E permite que se deposite el pigmento en la cubierta del pelo y e/e impide que se
produzca este depósito, lo que da lugar al fenotipo dorado (c). La parte c ilustra un caso de
epistasia recesiva (Anthony Griffiths).
(T) Epistasia dominante debida a una mutación que confiere el color blanco
Figura 6-21 En la planta dedalera, los alelos D y d provocan pigmentos de tonos oscuros y
claros respectivamente, mientras que el alelo epistático restringe el pigmento a las motas
interiores.
(T) Un mecanismo molecular para la supresión
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Fenotipo salvaje
Complejo proteico activo
Primera mutación
Inactivo
La segunda mutación actúa como supresor
Complejo proteico activo
Sólo la mutación supresora
Figura 6-22 Una primera mutación altera el sitio de unión de una de las proteínas, por lo que no
se puede volver a unir a su complementaria. Una mutación supresora en la proteína
complementaria altera el sitio de unión de manera que ambas proteínas pueden unirse de nuevo.
(T) Modelo de letalidad sintética
1.
2.
3.
4.
Tipo salvaje
Mutante A
Mutante B
Doble mutante
unión completa; completamente funcional
unión parcial; funcional
unión parcial; funcional
unión imposible; defectuosa
Figura 6-23 Dos proteínas que interaccionan llevan a cabo alguna función esencial en algún
sustrato, como por ejemplo en el DNA, pero primero debe unirse a él. Una capacidad de unión
66
reducida de cualquiera de las dos proteínas permite que algunas funciones se lleven a cabo, pero
una capacidad de unión reducida de ambas proteínas resulta letal.
(T) Interacciones en el ensamblaje de una máquina proteica
1. Factor catalítico de ensamblaje
2. Membrana, proteína filamentosa o ácido nucleico
3. Complejo muy ajustado
Figura 6-24 La fosforilación activa un factor de ensamblaje que permite a la máquina proteica
ensamblarse in situ en una membrana, filamento o ácido nucleico (B. Alberts, “The Cell as a
Collection of Protein Machines”, Cell 92, 1998, 291-294)
(T) Inferencia de penetrancia incompleta
Figura 6-25 En esta genealogía humana de un alelo dominante que no tiene una penetrancia
completa, la persona Q no muestra el fenotipo pero transmite el alelo dominante al menos a 2
descendientes. Dado que el alelo no tiene una penetrancia completa, no es posible saber si el
otro descendiente (por ejemplo R) ha heredado el alelo dominante.
(T) Comparación entre penetrancia y expresividad
Figura 6-26 Supóngase que todos los individuos muestran el mismo alelo (P) para el pigmento
y que poseen el mismo potencial para producir el pigmento. Los efectos del resto del genoma y
del ambiente pueden eliminar o modificar la producción del pigmento en cualquiera de los
individuos. El color indica el nivel de expresión.
(T) Expresividad variable
Figura 6-27 Diez grados de aparición de manchas tipo picazo en perros de la raza beagle. Cada
uno de estos perros tiene el alelo SP, responsable de la aparición de este tipo de manchas en los
perros (Según Clarence C. Little, The Inheritance of Coat Color in Dogs. Cornell University
Press, 1957; y Giorgio Schreiber, J. Hered. 9, 1930, 403).
TABLAS
Tabla 6-1 Crecimiento de mutantes arg en repuesta a diferentes suplementos
1. Suplemento
2. Mutante
3. Ornitina
67
4. Citrulina
5. Arginina
Nota: un signo más indica crecimiento y un signo menos ausencia de crecimiento.