Cátedra de Genética General y Aplicada F.C.A. - U.N.C. 1 Clase Teórico-Práctica N° 8 Tema: Interacciones génicas. Alelomorfos Múltiples. Genes letales. Herencia ligada al sexo Objetivos: Reconocer las modificaciones de las proporciones fenotípicas mendelianas. Analizar la existencia de más de dos formas alélicas de un gen. Reconocer la existencia de genes con efecto letal. Biliografía: KLUG, W. S. y CUMMINGS, M. R. Conceptos de Genética. INTERACCIÓN GÉNICA Cuando se redescubrieron las Leyes de Mendel, se comenzaron a encontrar segregaciones que no concordaban con éstas. Al analizar estos casos, se comprobó que se debía a distintos comportamientos de los genes, que afectaban en mayor o menor medida la manifestación del genotipo. Si bien, eran excepciones a las leyes formuladas por Mendel, se explicaban perfectamente por la teoría mendeliana. Se llama interacción génica, al efecto mutuo entre los alelos de un gen (intragénica) o entre alelos de distintos genes (intergénica), que actúan sobre un determinado fenotipo. 1-Interacción intragénica Es la que tiene lugar entre los dos alelos del mismo gen. Lógicamente se manifiesta en el heterocigota. Puede ser: 1.1- Dominancia completa Genotipo Fenotipo Ejemplo AA, Aa dominante Rojo aa recesivo Blanca Generalmente sólo uno de los alelos es activo y las clases se agrupan de acuerdo a la presencia o ausencia del carácter. No se puede diferenciar el genotipo en el fenotipo dominante. Son los casos estudiados en herencia mendeliana. 1.2- Dominancia incompleta Genotipo Fenotipo Ejemplo AA dominante Rojo Aa dominante parcial Rojo claro aa recesivo Blanco La dominancia incompleta es una condición en la cual ningún alelo es dominante sobre el otro. La condición es reconocida para heterocigotas que expresan un fenotipo intermedio en relación a los fenotipos paternos. Cátedra de Genética General y Aplicada F.C.A. - U.N.C. 2 1.3 - Codominancia Genotipo Fenotipo Ejemplo A1 A1 grado 1 grupo A A1 A2 grado 1 + grado 2 grupo AB A2 A2 grado 2 grupo B Los dos alelos son activos y en consecuencia en el heterocigota se detectan las actividades de los dos. 1.4-Sobredomínancia Genotipo Fenotipo Ejemplo Aa alto 100 AA normal 70 El heterocigota es superior en grado a los dos homocigotas. aa bajo 50 Cátedra de Genética General y Aplicada F.C.A - U.N.Cuyo 3 La interacción y el método de observación. En algunos casos la interacción intra-alélica puede modificarse al variar el método de observación. Por ejemplo Mendel determinó en arvejas que semilla lisa (R) es dominante sobre semilla rugosa (r), por observación directa de la semilla seca. Pero mediante observación microscópica de los granos de almidón pueden distinguirse en las semillas lisas los de gránulos normales (RR) de los de gránulos defectuosos (Rr). En consecuencia la interacción puede ser correctamente mencionada como dominante o semidominante según el método de observación usado. 2-Interaccion intergénica Hasta ahora se había analizado la herencia de caracteres determinados por un solo gen (herencia monogénica). La proporción fenotípica en F2 se ajustaban en los casos de dominancia a la proporción 3/4 a 1/4 para cada carácter. Si considerábamos dos caracteres en forma simultánea, en la F2 de un dihíbrido, la proporción era 9/16 - 3/16 - 3/16 - 1/16 y las clases se agrupaban teniendo en cuenta los dos caracteres (dos caracteres por dos alternativas es igual a cuatro clases). No obstante hay veces que al estudiar la herencia de un solo carácter, las proporciones de la F2 o de la retrocruza no se ajustan a las esperadas para un solo gen. Es decir, un carácter está determinado por la acción conjunta de dos o más genes (herencia digénica, trigénica, etc.). En general llamamos oligogénica cuando intervienen pocos genes y poligénicas cuando intervienen muchos genes. ¿Cómo interactúan estos genes diferentes en la determinación del fenotipo? Considerando solo dos genes (cada uno con dos alelos con dominancia completa) pueden formarse diferentes números de clases fenotípicas y proporciones, según como interactúan los alelos presentes de los diferentes genes. A estas relaciones se las denomina interacción intergénica. Teniendo en cuenta la hipótesis un gen-una enzima, podemos representar los casos de interacción génica (con dos genes), en el supuesto de que las dos parejas alélicas consideradas (A,a y B,b) afectan a pasos distintos de una misma ruta metabólica, en la que a partir de un precursor (P) se obtiene por medio de cierta actividad enzimática, determinada por alguno de los alelos A o a, un producto intermedio (I) que, al servir de sustrato a la nueva actividad enzimática determinada por la otra pareja alélica B o b, se transforma en un producto final (PF). Cátedra de Genética General y Aplicada F.C.A - U.N.Cuyo 4 B A A-BA-bb I1 Prod.Final 1 Prod.Final 2 b Precursor B a aaBaabb I2 Prod.Final 3 Prod.Final 4 b A continuación veremos algunos ejemplos bien conocidos en los que intervienen solamente dos genes, ya que en general en las rutas metabólicas intervienen muchos genes, por lo que los casos de interacción son múltiples y complejos TIPOS DE INTERACCION 2.1-Aparición de nuevos fenotipos. En este caso no se modifica la proporción fenotípica 9:3:3:1 y aparecen en F2 cuatro fenotipos sobre el mismo carácter. Por ejemplo: En gallinas existen diferentes tipos de cresta: roseta, guisante, nuez y simple. El genotipo R- P- produce cresta nuez El genotipo R- pp produce cresta roseta El genotipo rr P- produce cresta guisante El genotipo rr pp produce cresta simple. 2.2.-Epistasis simple recesiva Un gen se denomina epistático cuando suprime la expresión de otra pareja alélica. El gen que no puede manifestarse se denomina hipostático. La interacción por epistasis simple recesiva se produce cuando en un locus, el genotipo homocigota recesivo impide que se manifiesten los miembros de otra pareja alélica. Ejemplo: En ratas: C_ determina la producción de una enzima, que al oxidar el cromógeno produce color cc impide la producción de la enzima R_ determina que el color sea negro Cátedra de Genética General y Aplicada F.C.A - U.N.Cuyo rr 5 produce color crema Son posibles de acuerdo a las diferentes combinaciones genotípicas los siguientes fenotipos: C_R_ color negro C_rr color crema ccR_ y ccrr Albinas por estar el par epistático cc La segregación fenotípica en F2 es: 9 : 3 : 4 2.3- Epistasis simple dominante La interacción se produce cuando en un locus, el alelo dominante actúa como epistático y suprime la acción de la otra pareja alélica. Únicamente cuando el individuo es homocigota recesivo para el locus epistática pueden expresarse los alelos del locus hipostático. Ejemplo: En una especie del género Cucurbita, el alelo A (epistático) impide la acción de los alelos B y b que producen fruto de color. A- B- y A-bb Fruto blanco por la presencia de A aa B- fruto amarillo, el genotípo aa permite que se exprese B aa bb fruto verde por la expresión del alelo b La segregación fenotípíca de una F2 corresponde a la proporción 12:3:1. 2.4 - Genes complementarios (Epistasis doble recesiva) En este tipo se interacción, para que se manifieste un determinado carácter se requiere la presencia simultánea en el genotipo de los alelos dominantes de cada pareja alélica. Ejemplo: En Lathyrus odoratus el color de la flor puede ser púrpura o blanca. En cada pareja alélica el alelo recesivo bloquea la producción de pigmento, dando flores blancas. A- B- flores púrpura A- bb flores blancas aa B- flores blancas aa bb flores blancas En F2 la segregación fenotípica corresponde a la proporción 9:7 2.5 - Epistasis doble dominante y recesiva Se produce cuando el alelo dominante de una pareja alélica suprime el efecto del alelo dominante de la otra pareja. Ejemplo: Cátedra de Genética General y Aplicada F.C.A - U.N.Cuyo 6 En gallinas I_ inhibe la expresión del alelo C que determina color en plumaje ii permite que se exprese C C_ produce plumaje coloreado cc determina plumaje blanco Solo son posibles dos fenotipos I-C- plumaje blanco, por presencia de I I-cc plumaje blanca iiC- plumaje coloreado iicc plumaje blanco por el genotipo cc En F2 la proporción fenotípica es 13:3. 2.6- Genes duplicados (Epistasis doble dominante) Se denomina así al tipo se interacción que ocurre cuando cualquiera de los alelos dominantes de cada pareja alélica, o los dos en conjunto, producen el mismo fenotipo. Ejemplo: En Capsella bursa-pastoris, la forma de la silicua puede ser triangular u ovoide de acuerdo a los siguientes genotipos: A- B-, A-bb y aaB- silicua triangular aa bb silicua ovoide La proporción fenotípica en F2 para este tipo de interacción es 15:1 2.7-Genes duplicados con efecto acumulativo La presencia en el genotipo de un alelo dominante de cualquiera de los dos genes (A ó B), produce el mismo fenotipo. El genotipo donde existe por lo menos un alelo dominante de cada pareja alélica (A- B-) determina un fenotipo diferente a los anteriores, por efecto acumulativo de la acción de cada dominante. El genotipo doble homocigata recesivo (aa bb) tiene lógicamente un fenotipo distinto a los anteriores. Ejemplo: En trigo R-C- determina semilla color rojo rrC- determina semilla color café R-cc determina semilla color café rrcc determina semilla color blanca En una F2 la proporción fenotípica es 9:6:1. Cátedra de Genética General y Aplicada F.C.A - U.N.Cuyo 7 La segregación fenotípica en una F2 corresponde a la proporción 10:3:3. Resumen de los tipos vistos de interacción entre dos genes Tipos de Interacción AABB-AABb AaBB-AaBb Aabb-AAbb aaBb-aaBB aabb Proporción de la Segregación fenotípica Interacción con cuatro fenotipos en F2 9 3 Epistasis simple recesiva 9 3 Epistasis simple dominante Epistasis doble recesiva 3 9 3 15 9 1 7 13 Interacción debida a genes duplicados 1 4 12 Interacción con inhibidor Interacción debida a genes duplicados en efecto acumulativo 3 1 6 1 Cátedra de Genética General y Aplicada F.C.A - U.N.Cuyo 8 ACTIVIDADES 1-En cebolla un alelo I- inhibe la coloración de las catáfilas (incoloras). Su ausencia (ii) permite la expresión de R- (catáfilas rojas) o rr (catáfilos amarillas). Se cruzan dos líneas de cebolla: RRii por rrII. ¿Cuál es la proporción fenotípica esperada en F2 y en retrocruza por el padre blanco? 2 -Los granos de arroz al cocinarse pueden presentar aroma fuerte, mediano o ausente. Estas características están determinadas por la presencia de dos pares de alelos dominantes, de efecto acumulativo. Escriba la lista de genotipos posibles y sus respectivos fenotipos. 3 -Dos líneas de poroto chaucha, con hilo, originaron una F1 sin hilo. En la F2 se encontró que en el 56,25% las chauchas no presentaban hilo. ¿Qué hipótesis genética se ajusta a estos resultados? 4 -En sorgo se cruzó una semilla color pardo por una blanca. La F1 dio color pardo. En F2 12/16 fueron pardos, 3/16 amarillas y 1/16 blanca. a) Interprete genotipos y fenotipos de los padres, F1 y F2. b) Interprete los resultados esperados de la retrocruza por el padre recesivo. c) Elabore un esquema metabólico que represente la síntesis de la coloración de la semilla. 5 -En el siguiente esquema se representa la vía metabólica de la síntesis de cianuro en Trifolium repens. E1 E2 Precursor --------> Glucósido ---------> Cianuro Donde la enzima E1 está determinada por el alelo A (a ausencia de E1), y la enzima E2 está determinada por el alelo B. (b ausencia de E2) Se cruzaron líneas sin cianuro y la F1 dio alto contenido. ¿Qué genotipo era el de esas líneas? ¿Qué proporciones fenotípicas deben esperarse en F2, si: a- Si se mide sólo la presencia o ausencia de cianuro? b- Si además de la presencia de cianuro se investiga la del glucósido intermedio? Cátedra de Genética General y Aplicada F.C.A - U.N.Cuyo 9 ALELOMORFOS MULTIPLES El término de gen se desarrolló en los inicios de la genética para referirse a la unidad que se identificaba mediante la expresión de un carácter. Para poder localizarlo es necesario al menos dos variantes, que suelen corresponder a un tipo salvaje (común), y el cambiado (mutado), generalmente más raro. El término de alelo se aplicó a cada una de esas alternativas que puede presentar el gen. El de locus, (en plural loci), para indicar el lugar en el cromosoma que ocupa un determinado gen. Los miembros alelos, en consecuencia, ocupan un mismo locus, por lo que en un mismo cromosoma no pueden estar simultáneamente dos alelos. Cuando el gen tiene más de dos alelos, se está en presencia de una serie de alelomorfos múltiples o serie alélica. Lógicamente, en cada individuo diploide no pueden estar presentes más de 2 alelos de la serie. Para indicar una serie alélica, se utiliza una letra única (Ej. A), con distintos subíndices (A1, A2,..., An). A veces el alelo salvaje se lo indica con una + y al recesivo total con una minúscula. Si la serie tiene n alelos; el número de genotipos posibles es: Los fenotipos posibles dependerán de la escala de dominancia. Por ej.: en poroto la distribución de color rojo en la semilla, está controlada por una serie de 7 alelos, con 7 fenotipos diferentes: marmolado, circular, punteado, estriado, en rombo, uniforme, ausencia de color. R1 > R2 > R3 > R4 >R5 > R6 > r Con el signo > se indica que R1 es dominante sobre R2, R3, R4, R5, R6 y r; R2 sobre R3, R4,R5, R6 y r y así sucesivamente. Los genotipos posibles para cada fenotipo serán: Fenotipos Genotipos Marmolado R1R1, R1R2, R1R3, R1R4, R1R5, R1R6, R1 r Circular R2R2, R2R3, R2R4, R2R5, R2R6, R2 r Punteado R3R3, R3R4, R3R5, R3R6 , R3 r Estriado R4R4, R4R5, R4R6, R4 r En rombo R5R5, R5R6, R5 r Uniforme R6R6, R6 r Ausencia de color rr Cátedra de Genética General y Aplicada F.C.A. - U.N.C. 10 En conejo, el pelaje puede ser: - Agutí: mezcla de pelos negros y amarillos que da el color típico de roedores salvajes. - Himalaya: blanco con extremidades de las patas y orejas negro. - Chinchilla: gris oscuro. - Albino: sin pigmentación. La escala de dominancia es: Aguti > Chinchilla = Himalaya > Albino Cch C Ch c Con = se indica que entre Cch y ch, no hay dominancia dando en F1 un color gris más claro. Los genotipos posibles son: Fenotipo Genotipo Agutí CCch CC ch Chinchilla CCh ch C C C c Ch Ch Himalaya Cc ch Ch c Gris claro CchCh Albino cc Suponga que conoce 4 líneas puras de una planta con color de flor roja, rosada, amarilla y blanca y que al cruzarlas se obtiene: Padres F1 F2 roja x rosada roja ¾ rojo + ¼ rosado roja x amarilla roja ¾ rojo + ¼ amarillo roja x blanca roja ¾ rojo + ¼ blanco rosada x amarilla rosada ¾ rosada + ¼ amarillo rosada x blanca rosada ¾ rosada + ¼ blanca amarilla x blanca amarilla ¾ amarillo + ¼ blanco El análisis genético demuestra que en todos los cruzamientos, las proporciones de F2 se ajustan a las esperadas para pares de alelos del mismo gen, de donde puede deducirse de acuerdo a la teoría de alelomorfos múltiples, que el color de la flor está determinado por una serie de 4 alelos de un mismo gen: R1 > R2 > R3 > R3 rojo rosada amarilla blanca Grupos sanguíneos Cátedra de Genética General y Aplicada F.C.A. - U.N.C. 11 En 1901 Landsteiner, encontró que se podía clasificar a las personas en 4 grupos según la presencia o ausencia de 2 antígenos en su sangre: GRUPO ANTIGENO ANTICUERPO (Fenotipo) (Eritrocito) (Suero) A A anti B B B anti A AB AyB --------- O --------- Anti A y Anti B De ahí el esquema tradicional de transfusión, considera AB (carente de anticuerpo) receptor universal y al O (carente de antígeno) el dador universal. Una transfusión equivocada produce una reacción de aglutinación entre los anticuerpos del receptor y los antígenos de la sangre del dador. (La reacción contraria antígeno receptor y suero dador es mínima y se diluye sin consecuencias). Los antígenos se ubican en la membrana de los eritrocitos y los anticuerpos en el suero (fracción de las gamaglobulinas). Con los sueros anti A y anti B, puede clasificarse una sangre desconocida, según la reacción de aglutinación. Anti A Anti B Grupo + - A - + B + + AB - - 0 Herencia: Está regida por una serie de tres alelos: que se designan como iA, iB, iO. De acuerdo a la no notación fijada: iA = iB > iO Fenotipo Genotipo A A i iA iA iO B iB iB iB io AB iA iB o io io Otros sistemas: Hay otros sistemas sanguíneos que son debido a alelos simples: 1) - Sistema Lewis: 2 alelos La y Lb. Cátedra de Genética General y Aplicada F.C.A. - U.N.C. 12 LaLa : con antígeno. LbLb : sin antígeno. LaLb : produce antígeno cuando niño y luego desaparece. 2) - Sistema M-N. Con dos alelos codominantes, es decir los 2 tienen capacidad antígena, por lo que puede identificarse el heterocigota: Fenotipo (Grupo) M MN N Genotipo mm mm mm nn mn mn 3) - Sistema P con alelos P: con capacidad forman antígeno y p: sin capacidad. Se lo encuentra en seres humanos, caballos, conejos y cerdos. SISTEMA Rh/Hr En 1940 Landsteiner y Weiner, con eritrocitos del mono Rhesus macacus inyectados en conejos lograron un suero, anti Rh. Probando ese suero con eritrocitos humanos encontraron, que en Inglaterra un 85% poseen antígeno Rh (Rh+) y 15% no (Rh-). Posteriormente se comprobó que las personas Rh+, no formaban suero anti Rh+ y los Rh- sí. Herencia: En primer momento se determinó que se debía a un par de factores. Fenotipo Rh+ Rh- genotipo Antígeno Anticuerpo DD - Dd dd D - Anti D A diferencia del sistema ABO, las personas Rh- no forman anticuerpos naturalmente, sino que se inmunizan solamente por contacto directo con eritrocitos Rh+. Además la reacción antígeno/anticuerpo en los grupos ABO es de aglutinación, mientras que en el Rh es de lisis. Eritroblastosis fetales: Desde muy antiguo se conocía una serie de anemias del recién nacido, que se engloban con el nombre de eritroblastosis fetales. Levine, llegó a la conclusión que se debía a reacciones de inmunización entre madres Rh- e hijos Rh+. Madre dd Padre D Hijo Dd Como hay comunicación entre la placenta y el sistema sanguíneo del hijo, puede ser que pase antígeno Rh+ a la madre, sobre todo en las hemorragias post-parto. Cátedra de Genética General y Aplicada F.C.A. - U.N.C. 13 Con el primer hijo la madre no está inmunizada, pero luego en los embarazos siguientes aumenta en su suero la concentración "anti Rh", produciendo en el feto la lisis de sus glóbulos rojos. Estos son eliminados en el vaso, afectando hígado, riñón y corazón. El aumento de bilirrubina produce ictericia del recién nacido y anemias más o menos graves, incluyendo el aborto. Inicialmente se le hacía una transfusión con Rh- al recién nacido, luego se desarrolló una gamaglobulina humana, que se coloca a la madre dentro de las 48 horas de producido el parto. Esta es anti rh+ purificado, de manera que destruye los eritrocitos Rh+ que puede haber penetrado en el sistema sanguíneo, evitando que se desencadene la inmunización. Cátedra de Genética General y Aplicada F.C.A. - U.N.C. 14 EJERCITACIÓN 1-En conejos existe una serie de alelomorfos C,cch,ch y c, en donde C es dominante sobre todos, los tres primeros dominan a c y entre cch y ch hay codominancia. GENOTIPOS CC,Ccch,Cch,Cc cchcch,cchc chch,chc cchch cc FENOTIPOS Agutí Chinchilla Himalaya Gris claro Albino Una pareja formada por una hembra agutí y un macho chinchilla produjeron una camada de conejos agutí, chinchilla y albinos. ¿Cuáles serán los genotipos de cada uno de los padres y de los hijos? 2- El color de la piel en las reses se debe a una serie de alelos múltiples, cuya escala de dominancia es: S >sh >sc > s. S: determina una banda de color blanco (cinturón holandés). sh: produce manchas tipo Hereford. sc: determina color uniforme. s: determina manchas tipo Holstein. Machos tipo Holstein son cruzados con hembras homocigotas de cinturón. Las hembras de esa F1 son cruzadas con machos sh sc ¿Cuál será la descendencia fenotípica esperada de ese cruzamiento? 3- ¿Sería posible que un cruzamiento entre dos conejos chinchillas produjeran en la descendencia conejos himalayas y albinos?. Fundamente la respuesta. Cátedra de Genética General y Aplicada F.C.A. - U.N.C. 15 GENES LETALES Llamamos gen letal a toda mutación que impide el desarrollo normal del individuo, provocando la muerte del portador antes de que éste llegue a la madurez sexual. Es decir, el individuo no puede tener descendencia vía sexual. El efecto letal puede manifestarse al estado de gameta o al estado de cigota. Los letales gaméticos o haploides causan la muerte de las gametas portadoras de dichos alelos, por lo que no hay formación de cigota. En los cigóticos, la muerte se produce en cualquier etapa del desarrollo (embrionario, plántula, larval, juvenil, etc.), antes de llegar a adulto. Ya hemos visto que los genes pueden estar influenciados por el ambiente, ya sea externo o interno del individuo. Si estos genes letales están condicionados al ambiente, éste influirá en la penetración de dichos genes. Si la penetración de un letal no es del 100%, es decir no causa la muerte de todos los individuos portadores, se dice que es: - subvital: cuando provoca la muerte de menos del 50% de los individuos que lo llevan. - semiletal: mueren más del 50% de los portadores. - letal: mueren más del 90% de los portadores. Por lo tanto, un gen letal puede pasar a los descendientes si su penetración no es del 100%. Los genes letales pueden estar ubicados en los autosomas o en los cromosomas sexuales o alosomas. En este último caso se los denomina letales ligados al sexo. Los genes letales pueden ser dominantes, recesivos o codominantes. En 1905, Cuenot trabajando con ratones grises en laboratorio, encontró en algunas familias consanguíneas ratones de color amarillo. Al realizar cruzamientos para estudiar la herencia encontró que: amarillo X amarillo 2/3 amarillos + 1/3 grises amarillo X gris ½ amarillos + ½ grises Estos resultados, aparentemente no podían ser explicados por la teoría mendeliana, pero al observar el número de nacimientos, el autor notó que era menor que en los ratones comunes y al diseccionar hembras preñadas, encontró en el primero de los cruzamientos, fetos que morían y no llegaban a nacer. Al hacer un recuento de estos fetos y compararlo con los ratones nacidos comprobó que estadísticamente correspondían a: 1/4 muertos + 2/4 amarillos + 1/4 grises. Por lo tanto podemos escribir los genotipos: Cátedra de Genética General y Aplicada F.C.A. - U.N.C. 16 A A1 amarillo X A A1 A A1 amarillo amarillo AA A A1 AA x gris A1 A1 ¼ grises + ½ amarillos + ¼ muertos A A1 AA ½ amarillos + ½ grises Vemos que si bien, las segregaciones de ratones paridos no concuerdan con las leyes enunciadas por Mendel, al cambiar el método de observación (disección de hembras), aparecen los genotipos faltantes. Otras veces tampoco se producen las segregaciones previstas, (por ej. cuando hay letales gaméticos), pero se explican perfectamente por la teoría mendeliana. Los factores letales son más importantes en animales que en vegetales, desde el punto de vista de la producción, debido a las tasas de reproducción en unos y otros. Una manifestación común en plantas es la incapacidad de producir clorofila (plantas albinas). En animales pueden manifestarse por abortos, malformaciones, etc. Por eso es importante en estos últimos determinar si un reproductor es portador o no de un letal, debido a las implicancias económicas que ello acarrea. Algunos ejemplos de letales en animales: Aves: -Pico superior acortado. Carácter recesivo. Mueren por no poder picar la cáscara para salir. -Mandíbula inferior más corta que la superior y cruzada, faltando un ojo. -Pollo pelado (falta de plumas) los pollos mueren a los pocos días de nacer (ligado al sexo). -Locura congénita. Doblan la cabeza hacia atrás y no pueden alimentarse. -Pollos “creeper”. Patas acortadas en heterocigosis. Homocigota es letal. En aves, muchos letales se manifiestan por una no eclosión de los huevos (huevos “infértiles”), debido a la muerte del embrión en alguna etapa de su desarrollo. Por ejemplo, en pollos se ha encontrado una mutación en el cromosoma 16 en la zona del organizador nucleolar que produce menos copias (45%) de ARN ribosomal que el normal, por lo que el embrión homocigota muere a las 24 horas después de la fecundación. El heterocigota, si bien produce un 66% de copias del normal, son suficientes para un normal desarrollo del mismo. Perros: en la raza gran danés el color atigrado está dado por el heterocigota y es portador de un alelo letal al estado homocigota. Cátedra de Genética General y Aplicada F.C.A. - U.N.C. 17 Caballos: el pelaje silver (plateado), idem anterior Bovinos: acondroplacia (patas cortas), en heterocigosis. Homocigota es letal. Ovinos: Ovejas “Dexter”. Idem anterior. Zorro platino: heterocigota. Homocigota letal. Hombre: Idiocia aneurótica: deficiencias físicas, ceguera, muerte a los 4 - 7 años. Hemoglobina falciforme: homocigota con defectos en los glóbulos rojos. Normalmente produce abortos. El heterocigota es normal, pero se reconoce porque puesta la sangre en ambiente de CO2 se observa deformación de los glóbulos rojos. Se ha comprobado que estos individuos son más resistentes a la malaria que los homocigotas normales. Corea de Humptintong: degeneración del sistema nervioso. Carácter con buena penetración, pero mala expresión, por lo que la muerte de los individuos puede producirse en distintos momentos de su vida. Talacemia: glóbulos rojos pequeños, poco funcionales. Generalmente mueren en la niñez. Hemofilia: ligado al sexo. Falta de coagulación de la sangre. Hay que tener en cuenta que, en la actualidad, se supera la barrera de la letalidad de algunas anomalías, modificando el ambiente (aplicación de drogas específicas, etc.). Cátedra de Genética General y Aplicada F.C.A. - U.N.C. 18 Problemas 1- En gallinas el genotipo cp cp corresponde al fenotipo patas normales. CpCp produce la muerte del embrión al cuarto día de incubación y el genotipo Cp cp determina aves patas cortas (por acortamiento de los huesos largos de las extremidades). En el cruzamiento de dos aves creeper (Cp cp) determine: 1.1 probabilidad de huevos infértiles, y 1.2 frecuencias de los pollos normales y creeper nacidos. 2- En plantas, lg es un letal haplofásico que se expresa en la gameta masculina. El heterocigota Lg lg dá fenotipo de planta torcida y LgLg planta normal. ¿Qué fenotipos y qué proporciones se pueden esperar en los siguientes cruzamientos?: 2.1- Lg lg x Lg lg 2.2 Lg lg x Lg Lg 2.3- Lg Lg x Lg lg 3-El color de las hojas cotiledonares en soja está determinado por un par de alelos codominantes: cV y cA. Los genotipos y fenotipos posibles son los siguientes: cV cV cotiledones verde oscuro cV cA cotiledones verde pálido cA cA letal que impide la germinación Se cruzan plantas provenientes del genotipo cV cA. Se observan 1000 plántulas al germinar las semillas originadas de ese cruzamiento. ¿Qué proporción de esas plántulas debe esperarse tengan sus cotiledones de color verde y qué proporción de color verde pálido? Cátedra de Genética General y Aplicada F.C.A. - U.N.C. 19 LA REPRODUCCIÓN SEXUAL Y LOS SEXOS La reproducción sexual implica la unión de dos gametas n para formar el huevo o cigota 2n. La gameta femenina aporta mayor cantidad de citoplasma. La masculina está dotada de mecanismos de movilidad. La reproducción sexual implica necesariamente la formación de gametas por meiosis, pero no que éstas estén provengan de diferentes individuos. Muchas plantas y animales inferiores son hermafroditas, es decir poseen los dos sexos en el mismo individuo. Biológicamente un individuo es hermafrodita si es capaz de producir gametas masculinas y femeninas fértiles. La formación de estos dos tipos de gametas puede ser simultánea o en diferentes períodos. El sexo en aquellos organismos que poseen reproducción sexual, como todo carácter, está determinado por la herencia y el ambiente. Hay organismos que normalmente son: a- Hermafroditas: poseen los dos sexos en el mismo individuo y dan gametas fértiles (caso de muchas plantas y algunos animales). Algunos son autógamos (auto=sí mismo; gamia=unión de gametas) donde se unen las gametas masculina y femenina del mismo individuo para formar la cigota. Otros son alógamos (alo=diferentes; gamia=unión de gameta) donde la cigota no se puede formar por unión de dos gametas del mismo individuo. Por ejemplo el caracol es hermafrodita pero sus gametas femeninas y masculinas maduran en diferentes períodos. Muchos vegetales con flores hermafroditas han desarrollado mecanismos de autoincompatibilidad (cereza, manzano, almendro, papa), que les impide autofecundarse. b- Unisexuados: Pueden tener o no dimorfismo sexual presente. En algunas plantas como morera, álamo, espárrago, sauce, (dioicas) y los animales superiores, se pueden distinguir los individuos con el sexo masculino y femenino (machos y hembras). En organismos inferiores la diferenciación puede no estar acompañada por diferenciación morfológica. En estos casos se designa como + y - o plus y minus, y se los llama tipos de apareamientos. Así dos individuos son del mismo tipo o de diferente tipo de apareamiento. Cátedra de Genética General y Aplicada F.C.A. - U.N.C. 20 DETERMINACIÓN DEL SEXO Mecanismos de determinación del sexo. 1- AMBIENTALES En el gusano de mar Bonellia viridis, si la larva se deposita sobre una hembra madura, se desarrolla un macho, debido a las hormonas masculinizantes secretadas por la hembra. Si queda libre durante su periodo larvario se desarrolla una hembra. 2- GENÉTICOS: 2.1- Determinación génica Es un sistema poco común en donde el sexo está determinado por un gen y en algunos casos por varios. Los cromosomas en donde se ubican estos genes no se diferencian del resto, por lo tanto se los considera autosomas. Está presente en vertebrados inferiores como peces anfibios y reptiles, y en algunas especies de plantas. 2.2 - Determinación cromosómica Alosomas: En algunos organismos, el par de cromosomas homólogos donde están situados esos alelos, se puede diferenciar de los restantes por la forma o el comportamiento meiótico y diferente tinción. A estos cromosomas se los llama alosomas (alo= diferente), para diferenciarlos de los restantes llamados autosomas. Al par de alosomas se lo indica como cromosomas X e Y, para distinguirlos de los restantes designados como A de autosoma. En el ser humano, al igual que en todos los mamíferos, el sexo está determinado por alosomas, siendo la mujer homogamética (XX) y el hombre heterogamético (XY). El ser humano normal es 2n = 46, si es mujer posee 22 autosomas y dos alosomas iguales: 22 AA + XX; si es hombre 22 autosomas + dos alosomas diferentes: 22 AA + XY. En la mosca Drosophila melanogaster que es 2n = 8, las hembras tienen 3 AA + XX y los machos 3AA+ XY. Alosomas en otras especies animales: Utilizando en todos los sistemas las letras X e Y para simbolizar a los alosomas, se pueden diferenciar dos grupos: -Homogamético el femenino y heterogamético el masculino. XX hembras y XY macho: mamíferos, dípteros, serpientes, peces -Homogamético el masculino y heterogamético el femenino: Cátedra de Genética General y Aplicada F.C.A. - U.N.C. 21 XY hembra y XX el macho: lepidópteros y aves. 2.3- Determinación haplonte / diplonte Himenópteros En la naturaleza las hembras de himenópteros son originadas a partir de huevos de la reina fecundados (2n) y los machos de huevos sin fecundar (n). Cigota 2n Hembras: Si son alimentadas normalmente dan origen a obreras, que son estériles. Si son alimentadas especialmente, mediante jalea real, dan origen a reinas fértiles. Cigota n Zánganos: fértiles. En laboratorio, en cultivos consanguíneos se encontraron excepciones por la presencia de machos diploides. Se demostró así que la determinación del sexo dependía de una serie muy larga de alelomorfos múltiples, designados con la letra S (S1, S2, S3,..........Sn), de manera que los machos son de origen hemicigoticos (haploides): S1, S2, S3,..........Sn o diploides homocigotas S1S1, S2S2, S3S3,........, SnSn. Las hembras en cambio son siempre diploides y heterocigotas S1S2, S5S6,..., S10SN,..., SNSN’. En la naturaleza es difícil que se reúnan dos gametas iguales y se genere un macho diploide, en cambio en cultivos de laboratorio la probabilidad aumenta por la consanguinidad. 2.4- Determinación del sexo en plantas El sexo en las plantas está mucho más afectado por las condiciones ambientales, que en animales. A veces en estados juveniles produce un tipo de flores y en adultos otra. Por ejemplo algunas plantas de clones de morera masculinos, (que son los usados en el arbolado público y mal denominados "híbridos") pueden, en sus primeras floraciones, dar flores femeninas y en consecuencia algunos frutos y al continuar su desarrollo, producir solo flores masculinas. Álamos traídos de otros continentes produjeron flores de distinto sexo, en sus primeras floraciones en Mendoza. Mediante el uso de hormonas y variando la longitud del día, se puede hacer variar la relación de flores masculinas y femeninas en cucurbitáceas. En algunas especies (espárrago, frutilla, espinaca), pueden coexistir en la población individuos masculinos, femeninos y hermafroditas. Su herencia puede interpretarse a partir de una serie de alelomorfos: am > af >ah amam ; amah y amaf flores masculinas afaf y afah flores femenina h h aa flores masculinas y femeninas Cátedra de Genética General y Aplicada F.C.A. - U.N.C. 22 En espárrago una interpretación alternativa supone la interacción de dos genes ligados en acoplamiento: El primero relacionado con la floración masculina con dos alelos: “M” alelo dominante inductor de la floración masculina, y “m” alelo recesivo que no induce la floración masculina. El segundo gen, relacionado con la floración femenina tiene un alelo dominante “F” que suprime la floración femenina y “f” que no la suprime Normalmente los machos se comportan como heterogaméticos y las hembras como homogaméticas, porque el macho produce por ligamiento sólo gametas tipo paternas: MF x mf mf macho mf hembra MF + mf mf mf 1/2 machos 1/2 hembras Excepcionalmente o en muy baja proporción, pueden originarse gametas recombinantes, originándose descendientes hermafroditas (presencia de M y ausencia de F) y estériles (ausencia de M y presencia de F). Mf mF mf mf hermafroditas estériles REVERSIÓN SEXUAL En aves y batracios, las hembras desarrollan un sólo ovario. Si se le extirpa el funcional a una hembra adulta o por un tumor lo pierde, se produce un desequilibrio hormonal que permite que el otro desarrolle como testículo, produciendo una reversión sexual, con la aparición de caracteres masculinos secundarios (cresta, canto). MANIPULACIÓN DEL SEXO En peces, específicamente en truchas, es de mejor calidad la carne de las hembras. Con alimentación rica en hormonas masculinas (testosterona) desde los primeros estadios (alevinos), se logra que las hembras desarrollen testículos en lugar de ovarios. De esa manera se puede lograr descendientes formados por hembras solamente. Normalmente las hembras XX cruzadas por machos XY dan 1/2 hembras XX y 1/2 machos XY. Cátedra de Genética General y Aplicada F.C.A. - U.N.C. 23 Si huevos de hembras normales XX se fecundan con esperma proveniente de hembras “masculanizadas” la descendencia será de puras hembras normales XX. Las hembras tratadas se usan como reproductores y no se liberan al consumo, por lo que no hay inconvenientes bromatológicos por suministrarles hormonas. Las hembras masculinizadas desarrollan testículos con espermatozoides fértiles, pero sin conductos eferentes, por lo que la extracción de los espermatozoides debe realizarse sacrificando el ejemplar. En los individuos normales, tanto machos como hembras, la recolección del esperma y de los óvulos se logra por medio de masajes, en el momento de madurez. La fecundación es externa. El uso de poblaciones todas hembras, se combina con el uso de triploides (2n = 3X), ya que hay muchos trabajos que indican que las hembras triploides al ser infértiles logran el peso comercial en menor tiempo que las hembras y los machos normales y también que los machos triploides. En espárrago se han obtenido por haploidización y posterior diploidización, genotipos que al cruzarlos por hembras normales producen descendientes machos solamente. MF MF mf MF “super macho” macho normal A partir de individuos machos, por cultivo de anteras in vitro, se logran individuos haploides MF y mf. Luego se duplica el genoma (con colchicina) y se logran (auto) diploides homocigotas, machos y hembras. Eligiendo los masculinos, tendrán el genotipo con los dos dominantes y al cruzarlos por hembras normales: MF MF mf X mf MF mf generan sólo machos Estas variedades formadas por todos machos las prefieren determinados mercados porque los machos producen turiones en mayor número y más delgados y tiernos que las plantas femeninas. Cátedra de Genética General y Aplicada F.C.A. - U.N.C. 24 HERENCIA Y SEXO Se pueden distinguir: 1- Caracteres influenciados por el sexo Sus loci están ubicados en autosomas, pero su manifestación varía en ambientes hormonales masculinos o femeninos. Presencia de cuernos en algunas razas de bovinos, plumaje de aves o la calvicie en el hombre, son algunos ejemplos. 2- Caracteres ligados al sexo (herencia ligada al sexo) Los loci están ubicados en el cromosoma X en la parte no homóloga con el cromosoma Y. Por lo tanto, el sexo heterogamético (XY) es hemigamético para esos genes. Por ejemplo en el hombre el daltonismo, con los alelos normal (D) y daltónico (d) está ligado al cromosoma X. D D Dd dd D d X X XX XX XY XY Mujer Mujer Mujer Hombre Hombre normal normal daltónica normal daltónico Otro ejemplo muy conocido corresponde al pelaje de los gatos: Pelo largo amarillo anaranjado u oscuro, son alelos ligados al sexo, que sólo se pueden manifestar conjuntamente como manchas en las hembras heterocigotas (mosaicos por inactivación de uno de los cromosomas X), lo que sumado al color de fondo de los pelos más cortos de la base (determinado por otros genes ubicados en los autosomas), permiten interpretar la empírica observación de: "Gato de tres colores es gata" Las hembras XX poseen el color de fondo más manchas negras (oo), negras y amarillo anaranjado (Oo) (tres colores) u oo (amarillo anaranjado). Los machos color de fondo más manchas negras (OY) o amarillas (oY). Para interpretar correctamente un cruzamiento en los casos de herencia ligada hay que tener en cuenta que el sexo es parte del fenotipo y es segregante. Ejemplo: En Drosophila el carácter "ojos blancos” (w) es recesivo y ligado al sexo. Interpretar F1 y F2 del cruzamiento de hembras líneas ojos rojos por machos de ojos blancos. Información del gen: ojos blancos recesivo y ligado al sexo. Organismo Drosophila. Es un Díptero, luego el sexo heterogamético es el macho Tipo de cruzamiento F1 y F2, luego los padres son líneas puras. Hembras: ojos rojos (al ser puras, homocigotas) Cátedra de Genética General y Aplicada F.C.A. - U.N.C. 25 Machos blancos hemicigóticos para ese gen hembra normal Padres Gametas F1 macho ojos blancos ++ x w| + w y | 1/2 + w hembras normales 1/2 + | machos normales Para F2: F1 x F1 1/2 +w Gametas 1/2 + x 1/2 + | 1/2 w hembra 1/2 + 1/2 | 1/2 + 1/2 w 1/4 ++ 1/4 + w rojo rojo 1/4 + | 1/4 w | macho 1/2 + 1/2 | rojo blanco Fenotipos de la F2: 2/4 de hembras de ojos rojos, 1/4 cuarto machos de ojos rojos y 1/4 machos de ojos blancos. SEXAJE GENÉTICO En determinados animales se ha utilizado la herencia ligada al sexo para permitir el sexaje de animales en estadios tempranos del ciclo vital o cuando aún no se manifiesta el dimorfismo sexual. En la cría de gallinas para postura, la eliminación de los pollitos machos al nacer reduce el costo por el consumo de alimentos. El sexaje por observación directa resulta difícil para el operario y traumático para el animal. En el sexaje genético se usan caracteres genéticos ligados al sexo, los más conocidos son: el plumaje "barrado"; "emplume precoz"; "ojos pintados". En la mosca de la fruta se ha logrado artificialmente caracteres genéticos ligados al sexo (cromosoma Y), que permiten separar las pupas oscuras (machos) de las blancas (hembras). En el programa de liberación de la mosca del mediterráneo por insecto estéril en Mendoza, se liberan sólo los machos, sexados por ese color de pupa. Estos machos son estériles por tratamiento con radiaciones. Hay otros caracteres que se manifiestan en huevos y es la sensibilidad a altas temperaturas en los huevos que darán lugar al nacimiento de hembras. Cátedra de Genética General y Aplicada F.C.A. - U.N.C. 26 ACTIVIDADES 1-El carácter barrado en aves está determinado por un alelo dominante y ligado al sexo. Su alelo recesivo produce plumaje no barrado. En una granja avícola cuya finalidad es la venta de pollitas BB de gallinas ponedoras, se desea diferenciar los machos de las hembras utilizando este carácter ligado al sexo. Responda: ¿Que genotipos y fenotipos deben tener los progenitores, para poder sexar los pollos bebes por su plumaje? 2-En gallinas: K: determina crecimiento rápido de plumas primarias, su alelo recesivo determina crecimiento lento. El locus para estos alelos se ubica en el cromosoma X. El gen C, no ligado al sexo, determina: C1C1 patas normales (no ligado al sexo). C2C2 letal (el embrión muere dentro del huevo) C1C2 patas cortas Se cruzan gallinas de plumas de crecimiento rápido y patas cortas por gallos de crecimiento lento de plumas y patas cortas. Responda: ¿Qué descendencia y proporciones fenotípicas podemos esperar en la progenie de este cruzamiento? 3-En Melandrium album existe evidencia citológica de cromosomas sexuales. El sexo femenino es XX y el sexo masculino es XY. Los alelos que determinan el ancho de hoja tienen su locus en el cromosoma X, donde: A alelo dominante produce hojas anchas a alelo recesivo produce hojas angostas El polen que lleva a es estéril. Dé la descendencia fenotípica esperada en los siguientes cruzamientos: a- Planta femenina de hojas anchas homocigota por planta masculina de hojas angostas. b- Planta femenina de hojas anchas heterocigota por planta masculina de hojas angostas. c- Planta femenina de hojas anchas heterocigota por planta masculina de hojas anchas. 4- En la avispa Bracon la determinación del sexo se debe a los alelos sexuales y a la haplodiploidía. El alelo dominante N determina alas de tipo común, su alelo recesivo n determina alas sin nerviaciones. Estos alelos segregan independientemente de los alelos que determinan el sexo. Se efectúan los siguientes cruzamientos: Cátedra de Genética General y Aplicada F.C.A. - U.N.C. I- Nn S1S2 x n S2 II- Nn S1S2 x Nn S2S2 Indicar proporción fenotípica esperada en la progenie de ambos cruzamientos. 5-En abejas: A: determina cuerpo amarillo. a: determina cuerpo negro. Los alelos que determinan el color de cuerpo tienen herencia independiente de los alelos que determinan el sexo. Se cruza una reina amarilla (hija de un zángano negro) por un zángano amarillo. Responda: ¿Qué genotipos y fenotipos podemos esperar en la descendencia? 27