1 Unidad 2 GENÉTICA MENDELIANA

Mendel estudió varias características fenotípicas de
la planta de chícharo (Pisum sativum)
Genética y Biología
Molecular
Clave 1630
Unidad 2
GENÉTICA MENDELIANA
Genética Mendeliana. Las leyes de la herencia
Fenotipo: Las características observables de un organismo que
son controladas genéticamente.
Mendel estudió varias características fenotípicas en las
flores y frutos de las plantas de chícharo
Forma de la semilla
Color de la semilla
Color de la flor
Forma de la vaina
Color de la vaina
Gregorio Mendel, 1860
Monasterio de Sto. Tomás,
Brünn, República Checa
Posición de la flor
y de la vaina
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La cruza monohíbrida
Conceptos importantes para Genética Mendeliana
Homocigoto: Condición de tener alelos idénticos en un locus dado
Gen R => Flor con pétalos violeta
Heterocigoto: Condición de tener alelos distintos en un locus dado
Gen r => Flor con pétalos blancos
R y r son alelos
Homocigota RR
Cromosomas
homólogos
Homocigota rr
Heterocigota Rr
Generación F1
Se hace una autocruza
de la F1 Rr x Rr
Generación F2
Genotipo:
Generación F2
Homocigoto para el gen P (PP)
Relación fenotípica
plantas violetas:
plantas blancas 3:1
Relación genotípica:
Homocigoto para el gen a (aa)
1 RR: 2Rr: 1rr
Heterocigoto para el gen B (Bb)
La cruza monohíbrida
Mendel utilizó líneas puras, que son poblaciones de plantas que se
mantienen por autofecundación y que muestran un fenotipo consistente.
Gen R => Flor con pétalos violeta
Gen r => Flor con pétalos blancos
Homocigota RR
Pero... ¿cómo se puede distinguir a un individuo heterocigoto
en la generación F2?
R y r son alelos
El fenotipo de los individuos RR y Rr es
idéntico
Homocigota rr
Heterocigota Rr
Generación F1
Las flores son violetas por el fenómeno de Dominancia: un
miembro de un par de alelos se expresa excluyendo al otro par.
El gen R es dominante.
El gen r es recesivo pues es el miembro del par de alelos que no
se expresa cuando el otro miembro (dominante) está presente.
Se hace una cruza con uno de los padres (retrocruza), el que es
homocigoto recesivo (rr)
R
r
r
Rr
rr
r
Rr
rr
Si el resultado de esta cruza es una relación fenotípica 1:1, indica
que el individuo a prueba, es efectivamente un heterocigoto.
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Leyes de Mendel
Primera Ley de Mendel. Principio de la Segregación. En la
formación del gameto los dos alelos del mismo gen segregan de
tal manera que cada gameto recibe solamente un alelo.
En un cruza dihíbrida se genera un heterocigoto
con los dos caracteres fenotípicos dominantes
Verde, lisa
Amarilla, arrugada
Amarilla, lisa
Semillas amarillas/ lisas
“La diferencia entre amarillo y verde está causada por diferencias en factores
hereditarios discretos”
La cruza dihíbrida
Mendel diseñó un experimento, pero ahora estudiando dos caracteres
que se observan en la semilla
Gen R => Semilla lisa
Relaciones fenotípicas y genotípicas resultantes de la cruza
dihíbrida
Gen r => Semilla rugosa
Gen Y => Semilla Amarilla Gen y => Semilla verde
Bases moleculares de las “semillas
rugosas”.
Mutación por inserción en un gen que
codifica para enzima que participa en
la síntesis de almidón. En las semillas
se acumula sacarosa.
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¿Qué pasa si los dos pares de alelos se encuentran en el mismo
cromosoma?
Leyes de Mendel
Segunda Ley de Mendel. Principio de la distribución
independiente.
Los alelos de cada uno de los genes se distribuyen de manera
independiente a los alelos de cualquier otro gen.
y
R
Y
r
y
R
Y
r
y
y
Y
R
r
Y
R
r
y
R
y
R
y
R
Y
r
Y
r
Y
r
y
R
Y
r
Si los genes están en el mismo cromosoma (ligados), no van a
segregar de manera independiente.
y
y
y
y
R
Y
r
R
Y
r
R
Y
Gametos
haploides
y
R
Y
r
Al hacer cruzas y evaluar fenotipos no siempre se obtiene una
relación numérica perfecta de clases fenotípicas 3:1 o 9:3:3:1
etc.
r
Heterocigoto
diploide
R
Esto generalmente depende del número de individuos que se
analizan (tamaños de la muestra).
La prueba estadística χ2 (chi cuadrada) permite determinar si
las diferencias entre lo que se observa y se espera son lo
suficientemente pequeñas para concluir que esta diferencia es
significactiva.
y
r
R
Y
Y
r
Cuatro combinaciones de
alelos en los gametos
χ2 =
Σ (observado – esperado)2
esperado
Los alelos de cada gen segregan de manera
independiente porque se encuentran en
cromosomas separados
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Relaciones fenotípicas y genotípicas resultantes de la cruza
dihíbrida
Si el valor de chi-cuadrada calculado es menor que el valor (0.05), se acepta la hipótesis.
Si el valor de chi-cuadrada calculado es mayor que el valor (0.05), se rechaza la hipótesis.
Ejemplo de una cruza dihíbrida (Pisum sativum) en la
que se obtienen los siguientes fenotipos:
Semillas Redondas / Amarillas
150
Semillas Redondas / Verdes
59
Semillas Rugosas / Amarillas
48
Semillas Rugosas / Verdes
20
... Pero no todo es blanco y negro (o violeta y blanco).
Los alelos de un gen pueden interactuar de distintas maneras a
nivel funcional (proteínas), lo que origina fenotipos distintos a
los esperados en una segregación en la cual hay alelos recesivos
y dominantes.
DOMINANCIA INCOMPLETA. Describe la situación en la cual
el fenotipo de un heterocigoto resulta ser intermedio entre los
dos homocigotos en alguna escala de medida cuantitativa.
La hipótesis que se plantea es:
la relación observada se ajusta a la esperada de
9:3:3:1
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CODOMINANCIA
DOMINANCIA INCOMPLETA
Se altera la relación fenotípica. Se observa cuando hay alelos
múltiples (más de dos alelos).
Ejemplo: Grupos sanguíneos; Sistema ABO
AA
GENOTIPO
aa
El heterocigoto expresa
un fenotipo intermedio
entre los dos padres
homocigotos
IA/IA; IA/i
A
IB/IB; IB/i
B
IA/IB
AB
i/i
O
Aa
1
AA
Aa
Aa
aa
:
2
:
1
TIPO SANGUÍNEO
Hay tres alelos: IA, IB, i => IA, IB son codominantes; i es recesivo
Hay tres fenotipos
Bases bioquímicas de la dominancia incompleta.
El alelo A codifica una enzima que forma el pigmento rojo a partir
de un precursor. El alelo a sí se expresa pero codifica una proteína
no funcional.
La cantidad de pigmento producido depende de la cantidad de
enzima presente, que a su vez depende del número de copias del
alelo A. Efecto de dosis.
Cuatro fenotipos posibles.
Bases moleculares de la genética de los grupos
sanguíneos.
Los alelos A/B codifican
glicosil-transferasas con
distinta especificidad:
A: añade N-acetil galactosamina
Fenotipo
Rojo
Genotipo
Cantidad de
producto génico
B: añade galactosa
O: Hay una deleción que produce
una enzima inactiva.
Rosa
Blanco
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Tambien se puede observar CODOMINANCIA cuando hay dos
alelos.
La hemoglobina S se puede diferenciar de la hemoglobina A por
su corrimiento electroforético
Ejemplo: Anemia falciforme. Alelos de la hemoglobina (Hb)
Genotipo
Fenotipo
HbA/HbA
Hemoglobina normal; glóbulos
rojos no se deforman
HbA/HbS
No hay anemia; los glóbulos rojos
se deforman solamente a bajas
concentraciones de O2
HbS/HbS
Anemia falciforme. Glóbulos rojos
deformados
El cambio en la secuencia del gen de la hemoglobina
La interacción entre genes causa cambios en las relaciones
fenotípicas que se observan.
EPISTASIS.
La presencia de Valina en uno de
las subunidades de la HbS facilita
la formación de fibras compuestas
por los homotetrámeros
Cuando un alelo de un gen (A) enmascara la expresión de
los alelos de otro gen (B) y expresa en su lugar su propio
fenotipo.
La epistasis es indicativa de genes que interactúan en alguna
misma ruta bioquímica o de desarrollo.
Ejemplo. Collinsia parviflora
Requiere a los genes dominantes W y M para tener flores azules.
HbA
HbS
Blanca
W
Magenta
M
Azul
Los individuos heterocigotos
HbA HbS son resistentes a
malaria
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Si se cruza una planta blanca y una planta magenta:
Blanca: w/w; M/M
Magenta: W/W; m/m
X
La producción de pigmento (negro) está controlada por el gen B, mientras
que la producción de pigmento marrón está controlada por el alelo b. El
producto del gen E permite el depósito del pigmento en el pelaje. El alelo
e es no funcional.
Marrón
W/w; M/m => Azul
Cuando se hace una autocruza de esta planta:
X
W/w; M/m
La relación fenotípica en la F2 es:
9 W/_;M/_ => Azul
3 W/_;m/m => Magenta
3 w/w;M/_ => Blanca
1 w/w;m/m => Blanca
W/w; M/m
Dorado
El alelo w enmascara
la expresión de M. La
actividad de M
solamente se
observa en presencia
de W
Efecto de un alelo recesivo en el fenotipo.
Negro
Cruza dihíbrida
Color del pelaje del perro labrador “Golden retriever”
9 negro; 3 marrón; 4 dorados
Relación fenotípica!!
El alelo recesivo (ee) en homocigosis es epistático sobre los
otros dos genes
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Cuando hay genes duplicados, (responsables del mismo carácter),
tampoco se observa la segregación fenotípica esperada.
Genes ligados
Cada cromosoma tiene muchos genes ordenados a lo largo de éste. En
los cromosomas humanos, hay un promedio de 1,300 a 1,700 genes en
cada cromosoma. Hay genes que están contiguos, pero otros están muy
lejanos en un cromosoma, por ejemplo, los genes A y B en el esquema.
Color de flores de
Anthirrinum majus
A y B siempre segregan juntos (ligados) pues están en el mismo
cromosoma.
¿Qué sucede cuando hay
Durante la profase I ocurre
recombinación?
recombinación
(entrecruzamiento) de
Una célula diploide
cromosomas
Tanto el gen A como
el gen B determinan
el color rojo de las
flores.
Replicación
DNA
15 rojas; 1 blanca
Profase I
Al final de la meiosis I, A y B ya
no están ligados en una de las
células resultantes de la división
celular
Al final de la meiosis II, A y B ya
no están ligados en uno de los
gametos. Hay 4 combinaciones
alélicas.
En ausencia de
recombinación
solamente hay
dos
combinaciones
alélicas
rojas
blancas
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¿En cuál de las siguientes opciones es más probable que
ocurra recombinación entre los genes A y B?
Cruza del heterocigoto con el parental recesivo
X
Entonces, la distancia entre dos genes en un cromosoma se puede
medir por la frecuencia de recombinación que exista entre estos
genes.
Es decir, con qué frecuencia segregan dos carácteres siempre juntos
en una población. Esto constituye los principios del mapeo genético.
Silvestre
vest./neg.
Vest.
¿Cuántas moscas
heredaron solamente uno
de los carácteres
asociados a la mutante?
negra
La distancia genética entre dos puntos en un cromosoma es igual al
númeor de entrecruzamientos (recombinaciones) que ocurra entre
ellos.
1 unidad de mapeo = 1% entrecruzamiento
Thomas Morgan / Drosophila melanogaster
vg+ = alas verdaderas
vg = alas vestigiales
b+ = café
b = negras
X
180/1000 = 0.18 = 18% = 18 unidades de mapeo = centimorgan
Cariotipo El set de cromosomas de una célula o
individuo. Durante la metafase los cromosomas se pueden
observar ordenados e identificar por su tamaño desde la
posición del centrómero.
En humanos, el número diploide de cromosomas es 46, de los
cuales 44 son autosómicos y hay 2 cromosomas ligados al sexo:
Femenino:
44A + XX
Masculino:
44A + XY
¿... y los gametos haploides?
Espermatozoides
GAMETO
Ovulos
X
50% X
XX
50% Y
XY
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Cariotipo humano. Cromosomas en metafase.
Se han mapeado genes anormales causantes de enfermedades
Distrofia Muscular
Enf. de Gaucher
Hemofilia
Cáncer de colon
Neurofibromatosis
Retinitis pigmentosa
Esclerosis lateral
Enf. Huntington
Inmunodeficiencia ADA
Poliposis
Hemocromatosis
Hipercolesterolemia
Amiloidosis
Fibrosis cística
Cáncer de mama
Exostosis múltiple
Melanoma maligno
Enfermedad
policística de hígado
Los cromosomas X Y tienen una pequeña de homología muy
corta en sus extremos, pero suficiente para aparearse durante la
meiosis. Se distribuyen de manera igualitaria en los gametos.
Neoplasia endócrina
Enfermedad de
Tay-Sachs
Anemia falciforme
Alzheimer
Fenilcetonuria
Retinoblastoma
Aplicaciones del Mendelismo en humanos.
Enfermedades Autosómicas Recesivas.
Las leyes de Mendel son válidas en otros organismos, incluyendo
humanos.
El tipo de análisis genético en humanos se hace por pedigrí, que
sirve para deducir algunas características de enfermedades
genéticas.
Gametos del padre
Gametos
de la
madre
Se emplean símbolos universales para elaborar el pedigrí:
• Hombres y mujeres tienen la misma posibilidad de estar
afectados.
• Los padres (heterocigotos) son acarreadores y no están
afectados.
• El riesgo de tener un hijo(a) afectado(a) es del 25%
• Matrimonios entre parientes incrementa el riesgo.
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Pedigrí de una enfermedad autosómica recesiva.
Ej. Fenilcetonuria.
Defecto en hidroxilasa de fenilalanina. Acumulación de
fenilalanina que se convierte en ácido fenilpirúvico.
Enfermedades Autosómicas Dominantes.
Gametos del padre
Gametos
de la
madre
Por lo general, la condición de
homocigosis (DD) de este
tipo de enfermedades es letal
Pedigrí de una enfermedad autosómica dominante.
Enfermedad de Huntington:
Acumulación de huntingtina. El gen afectado es más largo pues
tiene repetido el codón CAG hasta 40 veces. La huntingtina
afecta células del sistema nervioso central.
Enfermedades dominantes asociadas al cromosoma X
Cuando un gen responsable de una enfermedad está en el
cromosoma X, se dice que la enfermedad está asociada a X.
El patrón hereditario difiere de la herencia autosómica.
Sigue el patrón de segregación de los cromosomas X Y en la
meiosis y la fertilización. Tanto el padre como la madre pueden
aportar el cromosoma con la mutación.
Caso 1. Padre afectado (XA Y), Madre normal (X X)
• Hombres y mujeres tienen la misma posibilidad de estar
afectados.
• El riesgo de tener un hijo(a) afectado(a) es del 50%.
Gametos del padre
Gametos
de la
madre
El padre no transmite la patología a los HIJOS
Todas las HIJAS de un padre afectado tendrán la enfermedad
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Caso 2. Padre Normal (X Y), Madre afectada (XA X)
Gametos del padre
También hay enfermedades recesivas ligadas a X
Caso 1: Padre afectado (XAY); Madre normal (XX)
Gametos
de la
madre
La probabilidad de heredar la enfermedad a una HIJA es del 50%
La probabilidad de heredar la enfermedad a un HIJO es del 50%
La enfermedad es más severa en varones que en mujeres. ¿Por qué?
Gametos del padre
Gametos
de la
madre
Todas las hijas son portadoras.
Los hijos no son afectados.
Caso 2: Madre afectada (XXA); Padre normal (XY)
Gametos del padre
Gametos
de la
madre
Enfermedades dominantes asociadas al
cromosoma X
X
Abuelo afectado (XAY)
Baja estatura, crecimiento lento, pobre desarrollo del sistema
oseo.
Mutación en el gen PHEX
La mitad de las hijas
portadoras
Pedigrí de una enfermedad recesiva ligada a X
Ejemplo: Raquitisimo-hiposfatemia.
Baja reabsorción de fósfato
La mitad de los hijos
afectados.
Madre
heterocigota
(portadora;
XXA)
Lo transmite a su hijo (XAY)
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Enfermedades recesivas asociadas al cromosoma X:
Hemofilia
Mutación: Se genera una
proteína truncada con
baja/nula actividad.
Distrofia muscular de Duchenne
Hay algunas enfermedades (miopatías) que solamente son
transmitidas por la madre, por lo que muestran un pedigrí con
estas características:
Mutación en el gen DMD que
codifica la distrofina.
¿Cómo se puede explicar este tipo de herencia?
La distrofina se asocia a proteínas
del citoesqueleto y de la
membrana plasmática.
Hay pocas enfermedades asociadas
al cromosoma Y. Es un cromosoma
muy pequeño y contiene pocos
genes.
La mitocondria tiene su propio genoma. En el genoma
mitocondrial se encuentran los genes de algunas proteínas
involucradas en la fosforilación oxidativa (COX, ATP) y de RNAr,
RNAt, así como de proteínas ribosomales.
Carácter holándrico se refiere a
que está controlado por un locus en
el cromosoma Y. Involucra
transmisión de padre a HIJO.
El genoma mitocondrial humano se ha reducido durante la
evolución (17 kpb). Está sujeto a mutaciones.
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El gameto femenino tiene unas 100,000 copias de DNA mitocondrial,
mientras que los espermatozoides solamente unas 100 copias, que
probablemente se “diluyen” durante la fertilización.
Las proporciones de mitocondrias defectuosas pueden variar después de
varias divisiones, lo que genera variabilidad y grados de severidad en
las patologías asociadas.
El nivel de
afectación
depende del
número de
mitocondrias con
la mutación que
se heredan.
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