REVISIÓN DE PRINCIPIOS DE GENÉTICA MOLECULAR

REVISIÓN DE PRINCIPIOS
DE GENÉTICA MOLECULAR
Fernando Guerra G.
Octubre 2005
Introducción
P = G + E + GxE
σ
2
P
=
σ
G
2
+
σ
2
E
+
h2, rg, ∆G
σ
2
GxE
Introducción
P=
G + E + GxE
Biotecnología forestal
Cultivo in vitro
Genomica
Marcadores moleculares
Transgenicos
Transcriptomica
Bioinformatica
CONTENIDOS
1. ¿CÓMO SE ALMACENA Y TRANSMITE
LA INFORMACIÓN GENÉTICA?
2. ¿QUÉ SON LOS GENES Y CÓMO SE
EXPRESAN?
3. ¿CÓMO PUEDE EL AMBIENTE
MODIFICAR LA ACCIÓN DE LOS GENES?
1. ¿CÓMO SE ALMACENA Y
TRANSMITE LA INFORMACIÓN
GENÉTICA?
¿Dónde y cómo se almacena la información
genética?
¿Cómo se transmite?
Célula vegetal
La información genética está contenida en el DNA
Macromoleculas:
Lípidos
Proteínas
Carbohidratos
Acidos nucleicos
Los nucleótidos son las unidades estructurales del DNA
Estructura del DNA
Genomas
Especies
Millones de pares de bases
Populus
550
Arabidopsis
138
Pinus
Humanos
22.000
3.000
Almacenamiento del DNA
Genomas
Especies
Millones de pares de bases
Populus
550
Arabidopsis
138
Pinus
Humanos
22.000
3.000
Secuencia del genoma de Populus trichocarpa
http://genome.jgi-psf.org/Poptr1/Poptr1.home.html
1 ¿CÓMO SE ALMACENA Y TRANSMITE LA INFORMACIÓN GENÉTICA?
¿Dónde y cómo se almacena la información
genética?
¿Cómo se transmite?
La información genética es transmitida mediante la
replicación
Replicación
Proceso mediante el cual
se copia la información
genética, permitiendo su
transmisión a una próxima
generación de células
La replicación ocurre durante la mitosis y meiosis
Mecanismo de replicación
Mecanismo de replicación
La nueva hebra es
complementaria a la
antigua
2. ¿QUÉ SON LOS GENES Y
CÓMO SE EXPRESAN?
¿Qué son los genes?
¿Cómo se expresa la información
contenida en ellos?
¿Cómo se regula esta expresión?
¿Qué son los genes?
¿Cómo se expresa la información
contenida en ellos?
¿Cómo se regula esta expresión?
Estructura
Función
Proteínas
Proteínas estructurales
Enzimas
Estructura
Función
Proteínas
Genes (DNA)
¿ QUÉ ES UN GEN ?
Es un segmento de DNA, compuesto por
un conjunto particular de pares de nucleótidos,
localizado en una zona específica de un
cromosoma, capaz de codificar proteínas.
Estructura de un gen
Promotor
Región codificadora
- 30 +1
Río arriba
Río abajo
Terminador
2. ¿QUÉ SON LOS GENES Y CÓMO SE EXPRESAN?
¿Qué son los genes?
¿Cómo se expresa la información
contenida en ellos?
¿Cómo se regula esta expresión?
Expresión génica
Corresponde a la
serie de eventos
mediante los cuales
un gen es regulado
y su producto es
sintetizado
El código genético
DNA
Transcripción
RNA mensajero
(mRNA)
Traducción
Proteína
Transcripción
Proceso mediante el cual, la información
codificada en el DNA es copiada en una
molécula de RNA (hebra simple)
Mecanismo de transcripción
Célula vegetal
Procesamiento del mRNA primario
DNA
Transcripción
mRNA
Traducción
Proteína
Traducción
El proceso en el cual el código
genético contenido en el mRNA
determina la síntesis de proteínas
Célula vegetal
Etapas de la traducción
RNA de transferencia (tRNA)
1
2
3
2. ¿QUÉ SON LOS GENES Y CÓMO SE EXPRESAN?
¿Qué son los genes?
¿Cómo se expresa la información
contenida en ellos?
¿Cómo se regula esta expresión?
Niveles de control
Clasificación de los genes según su regulación
Genes housekeeping: Son aquellos que se
expresan
constitutivamente
a
una
tasa
determinada. Son fundamentales para el
funcionamiento normal de las células. (Ej.: genes
relacionados a funciones celulares básicas)
Genes de expresión regulada: Son aquellos que
se activan o inactivan de acuerdo a alguna señal.
(Ej.: genes de respuesta a estrés)
Tipos de regulación (genes de expresión regulada)
Regulación positiva: Se induce la
expresión de genes, estimulando el ritmo
de transcripción.
Regulación negativa:
Se inhibe la
expresión de genes, disminuyendo el ritmo
de transcripción.
Elementos de regulación (a nivel transcripcional)
Elementos CIS: Secuencias de DNA que
sirven de sitio de anclaje para proteínas de
unión a DNA que regulan la iniciación de la
transcripción.
Elementos
TRANS
(factores
de
transcripción): Elementos que interactuan
con los elementos CIS.
Elementos CIS y TRANS
3. ¿CÓMO PUEDE EL AMBIENTE
MODIFICAR LA ACCIÓN DE LOS
GENES?
…a través de la transducción de señales
El proceso de transmisión de señales
ambientales, que ocurre dentro de las plantas
(células), que provoca la inducción o
represión de ciertos genes.
P=G+E+
GxE
¿ Qué tipo de señales ambientales?
Ejemplo: efecto de la variación estacional en la
formación de madera. Rol de las auxinas
Algunos conceptos…
Cambium
Formación y acumulación de madera
A nivel celular......................
Etapas de la xilogenesis
•División celular
•Expansión celular
•Engrosamiento de la pared
•Muerte celular programada
Ejemplo: efecto de la variación estacional en la
formación de madera. Rol de las auxinas
Flujo de auxinas en las plantas
Variación radial y en altura del nivel de auxinas
Uggla et al. 1996. PNAS 93: 9282-9286
Acción de las auxinas a nivel celular
Pared celular
Vesiculas
secretoras
H+
Golgi
ATP
Receptor
ABP1
?
AUX 1
AIA-
Factor de transcripción
activado
ABP1
?
PIN 3
2H+
Carrier ingreso
auxina
PIN 1
RE
mRNA
Núcleo
Carrier eflujo
auxina
Membrana
plasmatica
Acción de las auxinas a nivel celular
ARFs
Traducción
ARE
ATHB-8
Transcripción
mRNA
Factor de
transcripción
ATHB-8
Núcleo
Traducción
Proteinas
Efecto de la expresión de genes
Pared celular
Madera