Genética mendeliana: herencia

Tema 12: La herencia
¿Cómo sabemos que transmitimos la información?
Genética mendeliana
Antes de la genética mendeliana existía la pangénesis: lo que se transmitía estaba en el semen, y cada parte
del cuerpo cedía algo. El semen agrupaba, por tanto, de todo un poco. Aristóteles, Lamarck, incluso Darwin,
mantuvieron la pangénesis. Weismann distinguió:
• somatoplasma: que formaba el cuerpo.
• plasma germinal: era el que se transmitía a la descendencia. Se formaba en un momento determinado
y ya no se volvía a modificar, ya no se volvía a pedir información a las distintas partes del cuerpo.
Así, se explicaba que aunque un sujeto perdiera, por poner un ejemplo, un dedo, no tenía por ello
hijos sin ese dedo.
Weismann cortó la cola a ratones durante varias generaciones, pero los ratones seguían naciendo con cola.
Así, concluyó que el plasma germinal se formaría en un momento antes del nacimiento del individuo.
Gregor Mendel (1822−1894). Este monje agustino, encargado del huerto de su monasterio, decide estudiar los
guisantes y sus características. Empezó a ver cosas como que cuando plantaba guisantes rugosos nacían
guisantes rugosos, cuando plantaba lisos salían lisos, cuando los cruzaba bien salían rugosos bien salían lisos.
Cruzó los distintos tipos y anotó todas las combinaciones. Seleccionó unos caracteres frente a los otros. Se
fijó, por ejemplo, en la forma del guisante, en el tallo, en el color de las flores. La suerte que tuvo fue que
seleccionó caracteres diferenciales, puros. Cuantificaba todo resultado que obtenía, todo lo expresaba en
números. De sus anotaciones sacó una serie de conclusiones. Estas reglas generales fueron publicadas, pero
pasaron desapercibidas. Hasta más de 60 años después no reprodujeron otros sus experiencias. Algunos
investigadores estudiaron lo mismo y descubrieron que Mendel lo había hecho incluso mejor bastantes años
antes. Las reglas que Mendel aplicó a las plantas son válidas para todas las especies animales y vegetales.
Son, por tanto, leyes generales. Los caracteres que eligió eran cualidades puras, esto era algo que él no sabía.
Primera ley de Mendel
Siempre la primera generación son individuos híbridos que presentan los rasgos de uno solo de los parentales.
A este parental se llamaba rasgo dominante, al otro, rasgo recesivo. Esto ocurría con cualquier rasgo (color,
tamaño, etc.).
A esta primera ley podemos añadir dos excepciones:
• Dominancia incompleta: una planta puede tener flores blancas o flores carmesí. La descendencia de
cruzar ambos tipos las tiene rosadas. Cuando se cruzan miembros de esta primera generación se
obtienen miembros en proporción que no es 3:1, sino 1:2:1.
• Codominancia: el ejemplo típico es el de los grupos sanguíneos. Nosotros podemos tener
características del padre y de la madre al mismo tiempo. No hay sólo dos tipos de grupo sanguíneo,
sino 4. Los 4 tipos (establecidos por el grado de aglutinación de los glóbulos rojos) son fruto de la
combinación de genes del padre y de la madre.
Segunda ley: ley de la segregación
1
Los caracteres reaparecen en la segunda generación. Es decir, los caracteres `enmascarados' (recesivos) en la
primera generación resurgen en la segunda. Esto se demostraba siempre que hablábamos de caracteres puros
(homocigotos). La manera de saber si son homocigotos es sencilla: cruzamos con el carácter que queda
enmascarado en la primera generación. Si es heterocigoto (Aa) dará la mitad de Aa y la mitad de aa. Esta
técnica se llama retrocruzamiento.
Tercera ley de Mendel
Los caracteres se combinan independientemente. Cada pareja alélica es independiente a la hora de combinarse
con otra. Esto se ve claro si tratamos 2 caracteres al mismo tiempo. Por ejemplo: tenemos ratones negros de
pelo corto y ratones castaños de pelo largo, y los cruzamos. Partimos de que sus caracteres son puros.
Debemos hacer ahora un cuadro de Punnet:
BR
BBRR
Br
BBrR
bR
bBRR
br
bBrR
BR
Corto y Negro Corto y Negro Corto y Negro Corto y Negro
bBrr
BBrr
bBRr
BBRr
Br
Corto y Negro
BbRR
Corto y
Castaño
BbrR
Corto y Negro
bbRR
Corto y
Castaño
bbrR
bR
Corto y Negro Corto y Negro Largo y Negro Largo y Negro
bbrr
Bbrr
bbRr
BbRr
br
Corto y Negro
Corto y
Castaño
Largo y Negro
Largo y
Castaño
Genotipo: dotación genética.
Fenotipo: manifestación de la dotación genética. Es el resultado de la interacción entre genotipo y ambiente.
Series alélicas múltipes: el pelo de los conejos
Nuestros caracteres no vienen determinados por un solo alelo, sino por muchos. Series alélicas múltiples:
cuando un carácter viene dado por muchos alelos. Ej.: el pelo de los conejos. Se distinguen varios tipos:
C+
CCH
−
CH
Ca
Fenotipo
Salvaje
Chinchilla
Gris
Himalaya
Albino
Genotipo
C+C+, C+CCH, C+CH, C+Ca
CCHCCH
CCHCH
CHCH, CHCa
CaCa
Series alélicas múltiples: el grupo sanguíneo
Otro ejemplo son los grupos sanguíneos. Éstos fueron descubiertos por Landsteiner. El procedimiento es
simple: si dos gotas de sangre mezcladas no precipitan es que son de grupos compatibles.
2
0
A
B
AB
IA
IB
−
i
Donante
0
−
−
−
−
A
+
−
+
−
Fenotipo
A
B
AB
0
B
+
+
−
−
AB
+
+
+
−
Genotipo
IAIA, IAi
IBIB, IBi
IAIB
ii
El grupo sanguíneo funciona por alelismo múltiple. Así funcionan prácticamente todos nuestros caracteres. De
ahí la dificultad para predecir la descendencia.
Enfermedades determinadas genéticamente
Ejemplo: la corea de Huntington. Es una alelo dominante. Se encuentra en un autosoma (es decir, un
cromosoma no sexual). Otro ejemplo: la Fenilcetonuria, es decir, la incapacidad para degradar un
aminoácido: la fenilananina. Es un alelo recesivo. Puede producir retraso mental. Otro ejemplo: la enfermedad
de Tay−Sachs. Un alelo recesivo. A los ocho meses el niño se apático, al año se queda ciego; no suelen
sobrevivir más allá de los 5 años.
Decir que tal o cual psicopatología tiene un componente genético es no decir nada. Habría que decir de qué
tipo son los problemas genéticos que implica (problemas de dominancia, recesividad, codominancia...).
Una creencia falsa, y extendida hace unos años, es que la genética lo explique todo. Muchos creen que todo
está determinado genéticamente, pero al hacer eso olvidan la influencia del ambiente.
La importancia de la genética
Se ha visto que algunas cepas (razas) de ratones de laboratorio son más hábiles en laberintos que otras.
Cuando a los ratones de ambas cepas se les pone en un ambiente restringido (sin compañía, sin manipulación,
sin rueda, sin serrín...) aumenta su número de errores, y es curioso que se igualan. Si se les pone en un
ambiente rico disminuye su número de errores, igualándose también ahora.
Vemos cómo el ambiente influye mucho en la manifestación del genotipo. El híbrido, el individuo
heterocigoto es el mejor dotado para los cambios en el ambiente.
Herencia y cromosomas sexuales
Las leyes de Mendel no explican la herencia de la información ligada a los cromosomas sexuales.
Teoría cromosómica de la herencia. A primeros de siglo se conocían ya la genética mendeliana y las
divisiones celulares: mitosis y meiosis. Combinando estos conocimientos se llegó a la conclusión de que la
información está en los cromosomas, en los genes que éstos contienen. Los genes se transmiten a la
descendencia al azar. Si tenemos un cromosoma:
3
Que en los gametos halla la mitad de cromosomas indica que el reparto es equitativo. Pero a veces un par
cromosómico va completo en un gameto y deja al otro gameto sin él. Se habla entonces de no disyunción. El
síndrome de Down es un ejemplo de esta alteración. Tener mucha información, como en estos casos, también
es problemático. Más información no se traduce en mejora. Por ejemplo: las mujeres con trisomía XXX son
estériles. Mucha información repetida no es buena; pero unas pocas repeticiones en diversas partes del
cromosoma, partes a las que recurrimos continuamente, son muy interesantes. Nuestra especie tiene
informaciones repetidas en diversas partes de los cromosomas.
Los genes están en los cromosomas. En los cromosomas sexuales también hay genes. Éstos son los llamados
genes ligados al sexo.
Objeción a las leyes de Mendel: cromosomas sexuales (Morgan)
Morgan estudiaba la mosca de la fruta. Éstas se caracterizan por tener los ojos naranjas (rojos). Pero Morgan
observó que algunas de ellas presentaban ojos blancos. Quiso explicar por qué. Para ello cruzó una mosca de
ojos naranjas con otra de ojos blancos. Se incumplía lo que cabría esperar según la genética mendeliana:
Morgan pensó que esta característica de los ojos tendría que estar ligada al sexo. Estaba en lo cierto:
Bridges siguió esta mutación. Vio que 1 de cada 2000 individuos era una hembra de ojos blancos. Sólo pudo
explicar que aparecieran hembras de ojos blancos hablando de la no disyunción de los cromosomas X. A un
gameto le iban los 2 cromosomas X, al otro ninguno. Sacó en conclusión además que el gen del color de los
ojos estaba ligado al cromosoma X, y no al Y.
Esta conclusión permitió comprender por qué algunas enfermedades son transmitidas de la madre a la
descendencia y éstas sólo se manifiestan entre los individuos del género masculino y no entre los del
femenino. Hay genes ligados al cromosoma X y genes ligados al cromosoma Y. El Y es muy pequeño, y se
llegó a pensar de él que no contenía ninguna información.
Pero todas estas reglas sobre los genes ligados al sexo no sirven para todas las especies. En algunas el
careotipo XY determina el sexo femenino (p. ej. en las aves) y XX es un varón. También hay que poner el
ejemplo del sexo según el número de cromosomas. Por ejemplo, en las abejas, las obreras son diploides y los
zánganos haploides. Hay un gusano marino en el que el sexo se determina de forma singular: si la larva queda
flotando sola será hembra, si queda fijada a una hembra adulta se masculinizará.
Genes letales
En el cromosoma X de drosophila puede haber un gen letal que mata a todos los machos. Clasificación
• Letales ! el individuo muere en el 100% de los casos
• Semiletales ! el individuo muere en el 50% de los casos
• Subvitales ! el individuo muere en el 25% de los casos
• Cuasinormales ! el individuo muere en el 10% de los casos
En los cuatro casos hay que decir que el gen letal está presente, otra cosa es la mortalidad que causa.
Expresividad y Penetración
«Expresividad» es la fuerza con que se va a manifestar un gen. Las alas de drosophila están determinadas por
un gen; pueden ser largas o cortas. Que sean uno u otro va a depender de la temperatura a la que se
desarrollen. Como vemos, la expresividad va a depender del ambiente.
4
Polidactilia la tienen las personas que cuentan con más de cinco dedos en cada mano. La polidactilia puede ir
desde el tener 6 dedos hasta tener 5 (con una anomalía sólo observable en radiografía), pasando por tener 5 y
un muñón.
«Penetración» es el tanto por ciento con que un gen se manifiesta en el fenotipo (p. ej. el albinismo).
Fenocopias
Manifiestan algo que no está determinado genéticamente. Podemos inhibir el efecto de ciertos genes en el
desarrollo de un individuo, lo cual da un fenotipo que no se corresponde con el genotipo. Ej.: la talidomina
(un medicamento que combatía el dolor de cabeza), administrada a mujeres gestantes, hacía que el niño
naciera con anomalías tales como la carencia de manos. Sin embargo, estos niños eran genotípicamente
normales, y su deficiencia se debía a dicho medicamento.
¿Por qué hay todavía genes recesivos?
Esto lo estudiaron un matemático y un médico (Hardy y Weinberg). Dicen que no desaparecen porque las
poblaciones se pueden mantener en equilibrio. Para que una población se mantenga en equilibrio es necesario
que:
• No haya mutaciones.
• No haya inmigración ni emigración.
• La población tiene que ser lo suficientemente grande para que se pueda aplicar la probabilidad.
• Los emparejamientos serán al azar.
• Los 2 alelos tiene que ser viables.
Si se cumpliera todo esto, habría tanta probabilidad de que un individuo tuviera A como a.
p+q=1
Al cuadrado sigue siendo igual:
(p+q)2=1 ! p2+2pq+q2=1
AA Aa aa
Recordemos que esto sólo se da cuando se cumplen las citadas 5 condiciones. Sin embargo, en las poblaciones
existen factores que rompen éstas:
• Se producen mutaciones. Estas mutaciones son las que producen la variabilidad.
• El flujo alélico, producido por la emigración, también las rompe. La inmigración/emigración está
rompiendo la actuación de la selección natural.
• Deriva génica, cambios en la influencia de los genes (en pequeñas poblaciones afecta, en grandes
poblaciones no). Ej.: alta frecuencia de la enfermedad de Tay−Sachs entre los judíos. Ej.: los Amish
de Pennsylvania se caracterizan (dada la consanguinidad) por una homocigosis recesiva; por esa razón
se producen muchos casos de polidactilia, de enanismo...
• La reproducción selectiva también rompe esta condición de equilibrio.
Con la fórmula de Hardy y Weinberg podemos calcular las proporciones de los alelos. Ejemplo: En una
población en equilibrio, el alelo dominante A aparece en un 60% de los casos. Calcular las proporciones de
la descendencia de dos individuos heterocigotos para ese caracter (Aa).
5
7
Redondo " Redondo
AA Aa aA aa
Redondo X Rugoso
!
AA
aa
Aa
Aa
!
P
F1
F2
Redondos
Rugosos
Carmesí X Blanca
!
RR
rr
Rosada " Rosada
Rr
Rr
!
Proporción 1:2:1
RR Rr rR rr
Rosada
6
P
F1
F2
Blanca
Carmesí
Corto y Negro
Largo y Castaño
P
F1
BB
RR
rr
bb
!
!
BR
br
X
!
BbRr " BbRr
Corto
Negro
Corto
Negro
!
!
7
BR, Br, bR, br
BR, Br, bR, br
9:3:3:1
R
e
c
e
p
t
o
r
E
R
R
O
R
E
S
Rico
Normal
Pobre
AMBIENTE
A
A
A
Según las leyes de Mendel no cabría esta proporción
8
R
B
x
R
R
"
½
R
B
½
P
F1
F2
#
ø
ø
ø
X
X
X
Y
x
ø
ø
R
B
9
R
R
B
#
ø
"
#
ø
ø
ø
ø
ø
#
ø
R
R
B
#
ø
ø
ø
X
X
X
Y
x
10
ø
øø
ø
ø
#
ø
#
ø
ø
ø
ø
ø
ø
#
R
R
B
B
R
Aa X Aa
AA aa Aa aA
36%
16%
48%
p+q=1
p=0.6
11
q=1−p=0.4
AA ! p2=0.36 ! 36%
aa ! q2=0.16 ! 16%
Aa ó aA ! 2pq=0.48 ! 48%
12