Genética; Anthony Griffiths

Resúmenes de Griffiths, Genética, novena edición:
Tema 1: La Aproximación genética a la biologÃ-a (pg. 27)
La Genética es el estudio de los genes a todos los niveles, desde las moléculas a las poblaciones. Como
disciplina moderna, comenzó en la década de 1860 con el trabajo de Gregor Mendel, primero en proponer
la idea de que existen los genes. Hoy sabemos que un gen es una región funcional de la larga molécula de
DNA que constituye la estructura fundamental de un cromosoma. El DNA está compuesto de cuatro
nucleótidos, cada uno de los cuales contiene el azúcar desoxirribosa, fosfato y una de cuatro bases: Adenina
(A), timina (T), guanina (G) y citosina (C). El DNA está formado por dos cadenas de nucleótidos que se
mantienen unidas mediante enlaces de A con T y de G con C. Las dos cadenas se separan durante la
replicación y sus bases expuestas sirven de molde para la sÃ-ntesis de dos moléculas hijas de DNA
idénticas.
La mayorÃ-a de los genes determinan la estructura de una proteÃ-na (las proteÃ-nas son las principales
responsables de las propiedades de un organismo). Para generar la proteÃ-na, el DNA es primero transcrito
por la enzima RNA polimerasa en una copia de trabajo de una sola cadena llamada RNA mensajero. La
secuencia de nucleótidos del mRNA se traduce a secuencia de aminoácidos, que constituye la estructura
primaria de una proteÃ-na. Las cadenas de aminoácidos se fabrican en los ribosomas.
Cada aminoácido es acarreado al ribosoma por una molécula de RNA de transferencia que se acopla
uniendo su triplete (el anticodón) a un codón triplete en el mRNA.
El mismo gen puede tener formas alternativas o variantes. Los individuos se pueden clasificar por genotipo
(las variantes génicas presentes) o por fenotipo (las caracterÃ-sticas observables de la apariencia o
fisiologÃ-a). Tanto los genotipos como los fenotipos muestran variación dentro de la población.
El análisis de estas variantes proporciona un método potente a la hora de investigar las propiedades
biológicas en general. Cuando las variantes para una propiedad de interés no existen naturalmente, estas
pueden ser generadas introduciendo cambios en la información genética, llamados mutaciones. Hay dos
aproximaciones al análisis genético: directa e inversa. Un análisis genético directo empieza con una
variación observada en una propiedad morfológica o fisiológica. Mediante la realización de cruces y el
estudio de los patrones de herencia en la progenie, el investigador puede identificar los genes que contribuyen
a la propiedad. La investigación continua con la determinación de cómo la información contenida en el
gen se convierte en acontecimientos celulares y fisiológicos. El análisis genético inverso depende de la
reciente capacidad para determinar la secuencia del DNA de un genoma completo. El investigador empieza
alterando las secuencias de DNA de un modo especÃ-fico y luego mira los resultados.
Los genetistas estudian en el laboratorio la variación fenotÃ-pica bajo condiciones ambientales controladas
en las que hay una correspondencia univoca entre las diferencias fenotÃ-picas y las diferencias genéticas.
Sin embargo, cuando hay una variación en el ambiente en el que se desarrollan y actúan los organismos,
como por ejemplo en la naturaleza, la relación entre el genotipo y el fenotipo es más compleja. Para cada
genotipo hay diversidad de fenotipos que pueden aparecer, debido a la variación ambiental y a que el
desarrollo está sujeto a variación molecular aleatoria.
Capitulo 2 (pg. 75):
El análisis y el estudio del genoma de un organismo constituyen hoy en dÃ-a uno de los procesos principales
de la genética. El genoma de un organismo eucariota se compone de un conjunto de cromosomas con un
número y un tamaño caracterÃ-sticos para ese organismo. Cada cromosoma contiene una molécula de
DNA eficazmente enrollada en un carrete compuesto de proteÃ-nas denominadas histonas. Los genes son
unidades que se transcriben a lo largo del cromosoma. El DNA que se localiza entre los genes puede tener una
función reguladora o desconocida; una gran parte de este DNA son elementos transponibles. Las células
diploides contienen dos juegos de cromosomas virtualmente idénticos; las células haploides contienen un
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juego.
En la división celular somática, el genoma se transmite mediante la mitosis, una división nuclear. En este
proceso, cada cromosoma se duplica en un par de cromátidas hermanas que son separadas para producir dos
células hijas idénticas (la mitosis puede tener lugar en células haploides y diploides). Durante la
meiosis, que tiene lugar en el ciclo sexual de los meiocitos, cada homologo se duplica para formar una diada
de cromátidas; las dos diadas se aparean para formar una tétrada que segrega a cada una de las dos
células en división. El resultado son cuatro células haploides o gametos. La meiosis solo tiene lugar en
células diploides; asÃ- pues, los organismos haploides han de unirse para formar un meiocito diploide.
Un modo muy sencillo de recordar los sucesos principales durante la meiosis es usando los dedos de la mano
para representar los cromosomas.
La disección genética de una propiedad biológica comienza con una recopilación de mutantes. Se ha de
probar cada uno de los mutantes para examinar si se hereda como un cambio en un único gen. El
procedimiento seguido es esencialmente el mismo desde los tiempos de Mendel, que llevo a cabo el prototipo
de este tipo de análisis. El análisis se basa en la observacion de las proporciones fenotipcas en la
descendencia de cruces controlados. En un caso tÃ-pico, un cruce del tipo A/A x a/a produce una F1 en la que
todos los individuos son A/a. Cuando la F1 se cruza o se autofecunda, se produce una F2 con unas
proporciones genotÃ-picas de ¼ A/A : ½ A/a : ¼ a/a (en el nivel fenotÃ-pico esta proporción es ¾
A/− : ¼ a/a).
Los tres genotipos de un solo gen son homocigotos dominantes, heterocigotos (monohibridos) y homocigotos
recesivos. Si un individuo A/a se cruza con un individuo a/a (un cruzamiento prueba), en la F1 se produce una
proporción 1:1 en la descendencia. Las proporciones 1:1, 3:1 y 1:2:1 surgen del principio de la segregación
equitativa, según el cual los productos haploides de la meiosis de un individuo A/a serán ½ A y ½ a. La
base celular de la segregación equitativa de los alelos es la segregación de cromosomas homólogos
durante la meiosis. Los hongos haploides pueden usarse para demostrar la segregación en una única meiosis
(una proporción 1:1 en el asca).
La base molecular para la producción de cromátidas durante la meiosis es la replicación del DNA. La
segregación en meiosis puede observarse directamente desde el punto de vista molecular (DNA) si se
utilizan sondas adecuadas para detectar los morfos de un dimorfismo molecular. La fuerza molecular de la
segregación es la despolimerización y el subsiguiente acortamiento de los microtúbulos que se unen a los
centrómeros. Las mutaciones recesivas se localizan normalmente en genes haplosuficientes, mientras que las
mutaciones dominantes a menudo son debidas a genes haploinsuficientes.
En muchos organismos el sexo esta determinado cromosómicamente y generalmente la hembra es XX
mientras que el macho es XY. Los genes localizados en el cromosoma X (genes ligados al cromosoma X) no
tienen contrapartida en el cromosoma Y. Estos genes muestran n patrón de herencia de gen único diferente
para cada sexo y dan como resultado diferentes proporciones entre los descendientes machos y hembras.
La segregación mendeliana de un único gen resulta muy útil para la identificación de los alelos mutantes
que subyacen a muchas enfermedades humanas. Los análisis de genealogÃ-as pueden revelar enfermedades
autosómicas o ligadas al cromosoma X tanto de tipo dominante como recesivo. La lógica de la genética
mendeliana debe ser usada con precaución, teniendo en cuenta el pequeño número de descendientes de la
especie humana y que las proporciones fenotÃ-picas no son necesariamente las esperadas para tamaños
mayores de muestra. Si una enfermedad causada por un único gen aparece en una genealogÃ-a, la lógica
mendeliana puede ser usada para predecir la probabilidad de que los hijos hereden la enfermedad.
Capitulo 3: Transmisión independiente de genes (pg. 118)
Tanto la investigación genética como la agricultura y la ganaderÃ-a necesitan con frecuencia la sÃ-ntesis
de genotipos que son el resultado de combinaciones complejas de alelos de diferentes genes. Estos genes
pueden estar bien en el mismo cromosoma o bien en cromosomas diferentes, caso este último objeto de
estudio principal de este capÃ-tulo.
En el caso más simple −un dihibrido en el cual los dos pares de genes están en distintos cromosomas− cada
par de genes independiente muestra segregación equitativa en meiosis, tal y como predice la primera ley de
Mendel. Dado que durante la meiosis las fibras del huso acromático se unen al azar a los centrómeros, los
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dos pares de genes se reparten independientemente entre los productos de la meiosis. Este principio de la
transmisión es conocido como segunda Ley de Mendel, ya que fue Mendel el primero en observarlo. A partir
de un dihibrido A/a;B/b se producen cuatro genotipos diferentes entre los productos de la meiosis: A;B, A;b,
a;B y a;b, cada uno con la misma frecuencia del 25% (una proporción de 1:1:1:1). Si se autofecunda o se
cruza con un individuo del mismo genotipo, las clases fenotÃ-picas de la descendencia serán: 9/16 A/− ;
B/−, 3/16 A/− ; b/b, 3/16 a/a ; B/− y 1/16 a/a ; b/b. Las proporciones 1:1:1:1 y 9:3:3:1 son pruebas
diagnosticas de la transmisión independiente.
Se pueden estudiar, como una extensión de los casos de la segregación de un único gen, genotipos más
complejos compuestos de genes que segregan de forma independiente. Mediante el uso de la regla del
producto pueden calcularse las proporciones globales genotÃ-picas, fenotÃ-picas o gaméticas; o lo que es
lo mismo, multiplicando las proporciones de cada uno de los genes individuales. La probabilidad de que se
produzca cualquiera de los diversos tipos de descendientes se calcula mediante la aplicación de la regla de la
suma; es decir, sumando sus probabilidades individuales. Una regla mnemotécnica es pensar que la regla
del producto trata sobre los sucesos A y B, mientras que la regla de la suma se ocupa de los sucesos A' o A''.
La prueba del chi cuadrado puede usarse para comprobar si las proporciones observadas de las diferentes
clases de un análisis genético cumplen con lo esperado de acuerdo a una determinada hipótesis
genética, como puede ser la hipótesis de la herencia de un único gen o de dos genes. La hipótesis puede
rechazarse si se obtiene un valor de probabilidad menor del 5%.
La autofecundación repetida a lo largo de varias generaciones produce un incremento en la frecuencia de
homocigotos de acuerdo con los principios de la segregación equitativa y la trasmisión independiente (si los
genes se encuentran en cromosomas diferentes). Con la utilización de esta técnica se pueden por tanto
obtener lÃ-neas puras complejas que presenten combinaciones de las mutaciones de interés.
La transmisión independiente de cromosomas durante la meiosis puede observarse mediante el uso de pares
de cromosomas heteromórficos (aquellos que presentan una diferencia estructural). Un ejemplo son los
cromosomas X e Y, pero existen otros casos poco frecuentes que podrÃ-an servir para esta demostración. La
transmisión independiente de genes para un único meiocito puede observarse en los hongos ascomicetos, ya
que en las ascas se producen con la misma frecuencia los dos tipos alternativos de segregación.
Una de las funciones principales de la meiosis es producir recombinantes, nuevas combinaciones de los alelos
que portan los genotipos haploides que se unen para formar el meiocito. La transmisión independiente es la
fuente principal de recombinantes. En un cruzamiento prueba en el que se produzca transmisión
independiente, la frecuencia de recombinación será del 50%.
Los caracteres métricos, como la intensidad del color, muestran una distribución continua en una
población. Las distribuciones continuas pueden tener su origen en la variación ambiental, en variantes
alélicas de múltiples genes o en una combinación de ambos. Un modelo genético muy simple propone
que los alelos activos de varios genes (denominados poligenes) contribuyen más o menos pero de una
manera aditiva, al carácter métrico. En un análisis de la descendencia de la autofecundación de un
individuo heterocigoto múltiple, la forma del histograma que representa la frecuencia de cada genotipo se
aproxima a una curva gaussiana propia de la variación continua.
Una pequeña parte del genoma se encuentra en mitocondrias y cloroplastos y se hereda independientemente
del genoma nuclear. Generalmente, las mutaciones en estos orgánulos presentan herencia de tipo materna, al
igual que el citoplasma en el que se localizan estos orgánulos. En los individuos con mezcla de citoplasmas
genéticamente diferentes (citohetos), los dos genotipos (de tipo salvaje y mutante) se separan en células
hijas diferentes mediante un proceso del que apenas se conoce nada denominado segregación
citoplasmática. En los seres humanos, la mutación de los genes mitocondriales provoca enfermedades que
muestran segregación citoplasmática en los tejidos corporales y se transmiten como una herencia de tipo
materna.
Capitulo 4: CartografÃ-a de cromosomas eucarióticos mediante recombinación (pg. 165)
En un cruzamiento prueba dihibrido en Drosophila, Tomas Hunt Morgan encontró una desviación de la ley
de Mendel de la transmisión independiente. Él propuso que los dos genes estaban localizados en el mismo
par de cromosomas homólogos. Esta relación se denomina ligamiento.
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El ligamiento explica por qué las combinaciones génicas parentales permanecen juntas, pero no explica
cómo se producen las combinaciones recombinantes (las no parentales). Morgan postulo que durante la
meiosis debÃ-a producirse un intercambio fÃ-sico de partes del cromosoma a través de un proceso al que
denominó entrecruzamiento. Como resultado de la rotura fÃ-sica y la unión de partes del cromosoma, se
produce un entrecruzamiento durante el estado de cuatro cromatidas en la meiosis. AsÃ-, hay dos tipos de
recombinación meiotica. La recombinación debida a la transmisión independiente mendeliana, que
produce frecuencias de recombinantes del 50%; y el entrecruzamiento, que produce frecuencias de
recombinación generalmente inferiores al 50%.
Conforme Morgan estudiaba más genes ligados, descubrió muchos valores diferentes para las frecuencias
de recombinación, y encontró que estos valores tenÃ-an correspondencia con las distancias reales entre los
genes en un cromosoma. Alfred Sturtevant, estudiante de Morgan, desarrollo un método para determinar la
distancia entre los genes sobre un mapa de ligamiento, basado en la FR. La forma más fácil de medir la FR
es a través de cruzamientos prueba con un dihibrido o un trihibrido. Los valores de la FR expresados como
porcentaje pueden ser utilizados como unidades de mapa para construir un mapa cromosómico que muestre
los loci génicos analizados. En los hongos ascomicetos, los centrómeros también pueden ser localizados
en el mapa midiendo las frecuencias de segregación en la segunda división.
Los marcadores moleculares como los SNP y los SSLP también se utilizan para cartografiar cromosomas.
Las islas de SNP (haplotipos) son relativamente estables en el tiempo, y se manifiestan como un desequilibrio
de ligamiento. Los haplotipos se utilizan para encontrar alelos mutantes, pues los alelos de SNP que
permanecen en desequilibrio de ligamiento con un alelo mutante deben estar estrechamente ligados.
Aunque la prueba básica para probar el ligamiento es una desviación de la transmisión independiente, esta
desviación puede no ser obvia en un cruzamiento prueba y se necesita un análisis estadÃ-stico. La prueba
de chi cuadrado es especialmente útil para determinar si los loci están ligados, ya que nos indica en qué
medida las observaciones se desvÃ-an del resultado esperado solamente por el azar.
Los tamaños de muestra en los análisis de genealogÃ-as humanas son demasiado reducidos para permitir
la cartografÃ-a, pero la acumulación de datos expresada mediante la puntuación Lod (logaritmo de razón
de probabilidades), puede respaldar la hipótesis de ligamiento. Las puntuaciones Lod son acumulativas, por
lo que todas las medidas realizadas en un intervalo especÃ-fico del mapa pueden ser sumadas para producir
una puntuación Lod acumulativa.
Algunos entrecruzamientos múltiples pueden dar lugar a cromátidas no recombinantes, produciendo una
subestimación de la distancia de mapa basada en la FR. La función de mapa, aplicable a todos los
organismos, corrige este sesgo o tendencia. La formula de Perkins sirve para el mismo fin en el análisis de
tétradas de hongos.
En genética, el mapa de recombinación suele usarse conjuntamente con un mapa fÃ-sico, como el de la
secuencia completa de DNA en la que se indican todas las secuencias de tipo génico. El conocimiento de la
posición del gen en ambos tipos de mapas nos permite relacionar la función celular con el efecto del gen en
el fenotipo.
Capitulo 5: Genética de las bacterias y los virus (pg. 212)
Los avances en la genética bacteriana y de fagos de los últimos 50 años han proporcionado los
fundamentos de la biologÃ-a molecular y la clonación (discutidos en capÃ-tulos posteriores). A principios
de este periodo se descubrió que la transferencia génica y la recombinación se producÃ-an entre
diferentes cepas de bacterias. En las bacterias sin embargo, el material genético solo se pasa en una
dirección, por ejemplo, en E.coli, de una célula donante (F+ o Hfr) a una célula receptora (F−). La
capacidad donante viene determinada por la presencia en la célula de un factor de fertilidad (F), un tipo de
plásmido. En ocasiones, el factor F presente en estado libre en las células F+ se puede integrar en el
cromosoma de E.coli y formar una célula de Hfr. Cuando esto ocurre, un fragmento del cromosoma
donante se puede transferir a una célula receptora y posteriormente recombinar con el cromosoma receptor.
Como el factor F se puede insertar en diferentes lugares del cromosoma hospedador, los primeros
investigadores fueron capaces de reunir los fragmentos transferidos para mostrar que el cromosoma de E.coli
es un simple cÃ-rculo, o anillo. La interrupción de la transferencia en diferentes tiempos ha proporcionado a
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los genetistas un método no convencional (apareamiento interrumpido) para construir mapas de ligamiento
del único cromosoma de E.coli y de otras bacterias similares, en los que la unidad de mapa es una unidad de
tiempo (minutos). En una extensión de esta técnica, la frecuencia de recombinación entre los marcadores
que se sabe que han entrado en la célula receptora puede proporcionar una distancia de mapa a escala más
fina.
Se puede encontrar otros tipos de plásmidos, además del F. Los plásmidos R llevan alelos de resistencia a
antibióticos, a menudo dentro de un elemento móvil llamado transposón. La extensión rápida del
plásmido causa una resistencia amplia en la población a fármacos medicamente importantes. Derivados
de estos plásmidos naturales han llegado a ser importantes vectores de clonación, útiles para el
aislamiento de genes y el estudio de todo tipo de organismos.
Los rasgos genéticos también se pueden transferir de una célula bacteriana a otra en forma de
fragmentos de DNA tomados por la célula del ambiente extracelular. Este proceso de transformación en
las células bacterianas fue la primera demostración de que el DNA es el material genético. Para que se
produzca la transformación, el DNA debe ser incorporado por una célula receptora y entonces debe
producirse la recombinación entre sus cromosomas.
En otro modo de infección, la lisogenia, el fago inyectado permanece latente en la célula bacteriana. En
muchos casos este fago latente (el profago) se incorpora en el cromosoma hospedador y se replica con él.
Ya sea espontáneamente o con la estimulación apropiada, el profago puede dejar su estado latente y lisar la
célula hospedadora bacteriana.
Un fago puede llevar genes bacterianos de una célula donante a una receptora. En la transducción
generalizada, un fragmento aleatorio del DNA hospedador se incorpora en solitario a la cabeza del fago
durante la lisis. En la transducción especializada, la escisión defectuosa del profago de un único locus
cromosómico da lugar a la inclusión de genes hospedadores especÃ-ficos asÃ- como DNA del fago en la
cabeza de este.
Hoy en dÃ-a se dispone, en muchas especies bacterianas, de un mapa fÃ-sico en forma de secuencia
genómica completa. Con el uso de este mapa genómico fÃ-sico se puede localizar de manera precisa la
posición en el mapa de una mutación de interés. Primero se producen mutaciones adecuadas por la
inserción de los transposones (mutagénesis insercional). Entonces, se obtiene la secuencia de DNA que
rodea el transposón insertado, y se busca su correspondencia con una secuencia en el mapa fÃ-sico. Esta
técnica proporciona el locus, la secuencia y, posiblemente, la función del gen de interés.
Capitulo 6: Interacción génica (pg. 248)
Un gen no actúa solo; 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 actué 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 supone 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 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
pertenecer al mismo gen. Si el fenotipo es de tipo salvaje, significa que se ha producido la complementación,
y los alelos deberÃ-an 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
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los tipos de 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 quÃ-mica 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 fÃ-sicas de proteÃ-nas o
ácidos nucléicos. 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 dihibridas en la F2 que son
modificaciones de la proporción estándar 9:3:3:1. La epistasia recesiva, por ejemplo, genera una
proporción 9:3:4.
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 para expresarse
a sÃ- mismo) y la expresividad (el grado cuantitativo de la expresión de un gen).
Capitulo 7: DNA: estructura y replicación (pg. 291)
El trabajo experimental sobre la naturaleza molecular del material hereditario demostró sin lugar a dudas que
el DNA es el material genético (y no las proteÃ-nas, los lÃ-pidos o los carbohidratos). Utilizando los datos
obtenidos por otros, Watson y Crick dedujeron el modelo de la doble hélice con dos cadenas de DNA
enrolladas una alrededor de la otra, en sentido antiparalelo. La unión de las dos cadenas se mantiene
mediante el encaje entre adenina (A) y timina (T) y entre guanina (G) y citosina (C). El primer par se
mantiene por dos puentes de hidrogeno y el último par se mantiene por tres puentes de hidrogeno.
El modelo de Watson y Crick muestra como el material genético puede replicarse de una forma ordenada,
una condición primordial del material genético. La replicación se realiza de forma semiconservativa
tanto en procariotas como en eucariotas. Una doble hélice se replica para formar dos hélices hijas
idénticas, cada una de las cuales contiene una cadena vieja y una cadena recién polimerizada de DNA.
La doble hélice se desenrolla en la horquilla de replicación, y las dos cadenas simples hacen de molde
para la plimerización de nucleótidos libres. La enzima encargada de este proceso es la DNA polimerasa que
añade nuevos nucleótidos solo en el extremo 3' libre de la cadena creciente. Debido a que la adición solo
se produce en el extremo 3', la polimerización en un molde es continua, constituyendo la cadena adelantada;
mientras que en el otro molde se debe realizar en fragmentos cortos y discontinuos (los fragmentos de
Okazaki), produciendo la cadena retrasada. La sÃ-ntesis de la cadena adelantada y de los fragmentos de
Okazaki se inicia mediante un cebador corto de RNA (sintetizado por la primasa) que suministra el extremo 3'
libre necesario para la adicción de los desoxirribonucleotidos.
Los múltiples sucesos que tienen lugar en una forma rápida y exacta en la horquilla de replicación los
realiza el replisoma, una maquina biológica. Este complejo de proteÃ-nas incluye dos unidades de DNA
polimerasa, una que actúa en la cadena adelantada y la otra que actúa en la cadena retrasada. De esta forma
el proceso que más tiempo consume, que es la sÃ-ntesis y la reunión de los fragmentos de Okazaki en una
cadena continua, se coordina en el tiempo con la sÃ-ntesis menos complicada de la cadena adelantada. El
momento y el lugar en el que se produce la replicación están controlados cuidadosamente por el ensamblaje
ordenado del replisoma en ciertos lugares del cromosoma llamados orÃ-genes. En los genomas eucarióticos
puede haber decenas de miles de orÃ-genes. El montaje del replisoma en los orÃ-genes solo tiene lugar en un
momento especÃ-fico del ciclo celular.
Los extremos de los cromosomas lineales, los telomeros, presentan un problema para el sistema de
replicación porque siempre queda un trecho corto en una cadena en el que no puede colocarse un cebador. La
enzima telomerasa añade un cierto número de secuencias repetitivas cortas para mantener la longitud. La
telomerasa lleva un RNA corto que actúa como molde para la sÃ-ntesis de las repeticiones telomericas.
Estas repeticiones no codificadoras se asocian a proteÃ-nas para formar un tampón telomerico. En las
células somaticas los telomeros se van acortando progresivamente con la edad debido a que la telomerasa
no se produce en estas células. Los individuos que tienen telomeros defectuosos experimentan un
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envejecimiento prematuro.
Capitulo 8: RNA: transcripción y procesamiento (pg. 315)
Se sabe que la información no se transfiere directamente del DNA a las proteÃ-nas, porque en las células
eucarióticas el DNA esta en el núcleo, mientras que las proteÃ-nas se sintetizan en el citoplasma. La
transferencia de la información requiere un intermediario que es el RNA.
Aunque el DNA y el RNA son ácidos nucléicos, el RNA difiere del DNA en que es de cadena simple y no
una doble hélice; que sus nucleótidos contienen el azúcar ribosa en vez de desoxirribosa; que tiene la
base pirimidinica uracilo en vez de la timina y que puede servir como catalizador biológico.
La similitud del DNA y el RNA sugiere que el flujo de la información del DNA al RNA se apoya en la
complementariedad de bases, lo cual es clave para la replicación del DNA. Una cadena molde de DNA se
copia, o se transcribe, en un RNA funcional, como el RNA de transferencia y el RNA ribosómico) que nunca
se traduce a polipeptidos, o en un RNA mensajero a partir del cual se sintetizan las proteÃ-nas.
En los procariotas, todas las clases de RNA se transcriben por una única RNA polimerasa. Esta enzima
compuesta por múltiples subunidades inicia la transcripción uniéndose al DNA en los promotores que
contienen secuencias especÃ-ficas localizadas a −35 y −10 bases antes del sitio de iniciación de la
transcripción en la base +1. Después de unirse, la RNA polimerasa desenrolla al DNA localmente y
comienza a incorporar ribonucleótidos complementarios al molde de DNA. La cadena crece en la dirección
5' a 3' hasta que uno de los dos mecanismos, intrÃ-nseco o dependiente de rho, lleva a la disociación de la
polimerasa y del RNA del molde de DNA. Como se verá en el capÃ-tulo 9, en ausencia del núcleo, el RNA
procariótico que codifica proteÃ-nas se traduce mientras se está transcribiendo.
En los eucariotas hay tres tipos diferentes de RNA polimerasas; sin embargo solo la RNA polimerasa II
transcribe los mRNA. EN general, las fases de iniciación, elongación y terminación de la sÃ-ntesis de
RNA en los eucariotas se parecen a las de los procariotas. Sin embargo, hay diferencias importantes. La RNA
polimerasa I no se une directamente al promotor en el DNA, pero si se unen los factores generales de la
transcripción, que reconocen la secuencia TaTa presente en la mayorÃ-a de los promotores eucarióticos. La
RNA polimerasa II es una molécula mucho mayor que su homóloga procariótica. Contiene numerosas
subunidades que funcionan en la elongación del transcrito primario, y también coordina los sucesos de
procesamiento que son necesarios para producir el mRNA maduro. Los sucesos de procesamiento incluyen la
adición de la caperuza 5', la eliminación de los intrones y el empalme de los exones por el empalmosoma, y
la rotura del extremo 3' seguida de la poliadenilación. Una parte del núcleo de la RNA polimerasa II, el
dominio de la cola carboxilo, se posiciona idóneamente para interactuar con el RNA a medida que emerge de
la polimerasa. A través del CTD, la RNA polimerasa II coordina los numerosos sucesos de la sÃ-ntesis y el
procesamiento del RNA.
Los descubrimientos de los últimos veinte años han revelado la importancia de las nuevas clases
funcionales del RNA. Anteriormente se pensaba que solo se trataba de un humilde mensajero y ahora se
reconoce al RNA como una molécula versátil y dinámica que participa en muchos procesos celulares. El
descubrimiento del autoempalme de los intrones y los exones demostró que el RNA puede funcionar como
una molécula catalÃ-tica, y como una proteÃ-na. Desde el hallazgo de las ribozimas, la comunidad
cientÃ-fica comenzó a prestar mayor atención al RNA. Ahora se reconoce que los RNA nucleares
pequeños y los RNA no codificadores en el empalmosoma, poseen actividad catalÃ-tica para eliminar los
intrones y unir los exones. El siglo XX termino con el descubrimiento de otra clase de RNA funcional, el
RNA de interferencia pequeño, que protege la integridad de los genomas de las plantas y los animales
activando la ruta del RNA de interferencia.
Capitulo 9: Las proteÃ-nas y su sÃ-ntesis (Pg. 344)
Este capÃ-tulo ha tratado de la traducción de la información codificada en la secuencia de nucleótidos de
un mRNA a la secuencia de aminoácidos de una proteÃ-na. Nuestras proteÃ-nas, más que otras
macromoléculas, determinan lo que somos o no somos. Son las enzimas responsables del metabolismo
celular, incluyendo la sÃ-ntesis de DNA y RNA, y son los factores de regulación requeridos para la
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expresión del programa genético. La versatilidad de las proteÃ-nas como moléculas biológicas se
manifiesta en la diversidad de formas que pueden adoptar. Más aun, incluso después de ser sintetizadas,
pueden modificarse en una variedad de formas mediante la adición de moléculas que pueden alterar su
función:
Dado el papel central de las proteÃ-nas en la vida, no es sorprendente que el código genético y la
maquinaria de traducción se encuentren sumamente conservados tanto en las bacterias como en los seres
humanos. Los principales componentes de la traducción son tres clases de RNA: tRNA, mRNA y rRNA. La
exactitud de la traducción depende del ligamiento enzimático de un aminoácido con su tRNA cognado,
generando una molécula de tRNA cargada. Como adaptadores, los tRNA son moléculas clave en la
traducción. Por el contrario, el enorme ribosoma es la fábrica en la que se encuentran en el mRNA, los
tRNA cargados y los otros factores proteicos encargados de la sÃ-ntesis de las proteÃ-nas.
La decisión clave en la traducción es donde se inicia esta. En los procariotas, el complejo de iniciación se
ensambla sobre el mRNA en la secuencia de Shine−Dalgarno, ubicada precisamente aguas arriba del codón
de iniciación AUG. El complejo de iniciación en los eucariotas se ensambla a la caperuza del extremo 5' del
mRNA y se mueve en dirección 3' hasta que se reconoce el codón de iniciación. La fase más larga de la
traducción es el ciclo de elongación; en esta fase, el ribosoma se desplaza a lo largo del mRNA, dejando
ver el siguiente codón que interactuará con su tRNA cognado y cargado, de manera que el aminoácido
cargado en el tRNA pueda ser añadido a la cadena polipeptÃ-dica creciente. Este ciclo continua hasta que se
encuentra un codón stop. Los factores de liberación facilitan la terminación de la traducción.
Hace unos pocos años que nuevas técnicas de imagen han revelado las interacciones del ribosoma a nivel
atómico. Con estos nuevos ojos, se sabe ahora que el ribosoma es una maquina increÃ-blemente dinámica
que cambia la forma en respuesta a los contactos realizados con los tRNA y con las proteÃ-nas. Más aun, las
imágenes de resolución atómica revelaron que el RNA ribosómico, y no las proteÃ-nas ribosómicas,
están Ã-ntimamente relacionado con los centros funcionales del ribosoma.
El proteoma es el conjunto completo de proteÃ-nas que puede expresarse a partir del material genético de
un organismo. Mientras que un eucariota multicelular tÃ-pico tiene cerca de 20000 genes, el proteoma
tÃ-pico es probablemente 10 a 50 veces mayor. Esta diferencia es, en parte, el resultado de las modificaciones
postraduccionales como la fosforilación y la ubiquitinación, que influyen sobre la actividad y la estabilidad
de las proteÃ-nas.
Capitulo 10: Regulación de la expresión génica en bacterias y virus bacterianos (pg. 379)
La regulación génica es con frecuencia mediada por proteÃ-nas que reaccionan a señales ambientales
aumentando o reduciendo las tasas de transcripción de genes especÃ-ficos. La lógica de esta regulación es
sencilla. Para que la regulación funcione de forma correcta, las proteÃ-nas reguladoras tienen sensores
incorporados que continuamente monitorizan las condiciones celulares. La actividad de estas proteÃ-nas
dependerá de la presencia de condiciones ambientales adecuadas.
En las bacterias y virus bacterianos, el control de varios genes estructurales puede coordinarse mediante la
agrupación de genes en operones que se transcriben en mRNA multigénicos. El control coordinado
simplifica la tarea para las bacterias, ya que un pequeño grupo de regiones reguladoras por operón es
suficiente para regular la expresión de todos los genes del operón. Alternativamente, el control coordinado
se puede conseguir mediante diferentes factores RHO que regulan docenas de promotores independientes de
forma simultánea.
En el control regulador negativo, una proteÃ-na represora bloquea la transcripción uniéndose al DNA del
operador. Un ejemplo de control negativo es el sistema lac. La regulación negativa es una manera muy
sencilla de evitar en el operón lac la transcripción de genes en ausencia de los azucares apropiados en el
ambiente. En el control regulador positivo son necesarios ciertos factores proteicos para activar la
transcripción. Algunos sistemas de control en los procariotas, como la represión catabólica, funcionan a
través del control positivo.
Muchas proteÃ-nas reguladoras son miembros de familias de proteÃ-nas que tienen motivos de unión al
DNA muy similares, como el dominio hélice−giro−hélice. Otras partes de las proteÃ-nas, como sus
dominios de interacción con otras proteÃ-nas, tienden a ser menos similares. La especificidad de la
8
regulación génica depende de interacciones quÃ-micas entre las cadenas laterales de aminoácidos y los
grupos quÃ-micos de las bases del DNA.
Capitulo 11: Regulación de la expresión génica en eucariotas (pg.411)
Muchos aspectos de la regulación eucariótica son parecidos a la regulación de los operones bacterianos.
Ambos funcionan en gran medida al nivel de la transcripción y ambos dependen de proteÃ-nas que actúan
en trans uniéndose a secuencias reguladoras diana en la molécula de DNA que actúan en cis. Estas
proteÃ-nas reguladoras determinan el nivel de transcripción de un gen controlando la unión de la RNA
polimerasa al promotor del gen. Hay tres caracterÃ-sticas principales propias del control de la transcripción
en los eucariotas. En primer lugar, los genes eucarióticos poseen intensificadores, que son elementos
reguladores que actúan en cis localizados en ocasiones a grandes distancias lineales del promotor. Muchos
genes tienen múltiples intensificadores. N segundo lugar, a estos intensificadores se unen más factores de
transcripción que en los operones bacterianos. Los eucariotas pluricelulares deben generar miles de patrones
de expresión génica con un número limitado de proteÃ-nas reguladoras (factores de transcripción) y lo
consiguen mediante interacciones combinatorias entre factores de transcripción. Los enhanceosomas son
complejos de proteÃ-nas reguladoras que interaccionan de forma cooperativa y sinérgica para inducir altos
niveles de transcripción a través del reclutamiento de la RNA polimerasa II al punto de inicio de la
transcripción.
En tercer lugar, los genes eucarióticos están empaquetados en la cromatina. La activación y la represión
génicas requieren modificaciones especÃ-ficas de la cromatina. La inmensa mayorÃ-a de las decenas de
miles de genes de cualquier genoma eucariótico están normalmente en un estado transcripcional inactivo
gracias a la participación de los nucleosomas, que sirven para compactar la cromatina e impedir la unión de
la RNA polimerasa II. La posición de los nucleosomas y el grado de condensación de la cromatina vienen
determinados por el código de histonas, el patrón de modificaciones postranscripcionales de las colas de
histona. El código de histonas es una marca epigenética que, junto con la metilación de las bases de
citosina, puede ser alterada por los factores de transcripción. Estos factores se unen a las regiones
reguladoras y reclutan complejos proteicos que modifican enzimáticamente los nucleosomas adyacentes.
Estos grandes complejos de proteÃ-nas de múltiples subunidades utilizan la energÃ-a de la hidrólisis del
ATP para mover los nucleosomas y remodelar la cromatina.
La existencia de fenómenos epigenéticos como la impronta genética y la inactivación del cromosoma
X demuestra que la expresión génica en los eucariotas puede ser silenciada sin cambiar la secuencia de
DNA del gen. Otro fenómeno epigenético, la variegación por efecto de posición, reveló la existencia
de vecindades heterocromáticas represivas asociadas con nucleosomas muy condensados y que contienen
pocos genes. Los aisladores barrera mantienen la integridad del genoma impidiendo la conversión de la
eucromatina en heterocromatina.
La replicación del DNA copia fielmente de las células parentales a las células hijas tanto la secuencia
de DNA como la estructura de la cromatina. Las células recién formadas heredan los dos tipos de
información genética, la intrÃ-nseca a la secuencia nucleotÃ-dica del DNA, y la información
epigénetica que constituyen el código de histonas y el patrón de metilación del DNA.
Capitulo 12: Control genético del desarrollo (pg.448)
En el capÃ-tulo 10 se menciono la ocurrencia de Jacques Monod cuando afirmo que lo que es cierto para
E.coli es también cierto para el elefante. Ahora que se ha visto los procesos reguladores que permiten
construir gusanos, moscas, ratones y elefantes, ¿dirÃ-amos que Monod tenÃ-a razón? Si Monod se
referÃ-a al principio de que la transcripción génica está controlada por proteÃ-nas reguladoras
especificas de secuencia, hemos visto que el represor Lac bacteriano y las proteÃ-nas Hox de la mosca
actúan efectivamente de un modo similar. Además, sus dominios de unión al DNA tienen el mismo tipo
de motivo. Las ideas fundamentales de F. Jacob y Jacques Monod respecto al papel central del control de la
transcripción génica en la fisiologÃ-a bacteriana y que ellos esperaban que se aplicarÃ-an a la
diferenciación celular y el desarrollo de organismos pluricelulares complejos han sido confirmados en
9
muchos aspectos en lo que se refiere al control genético del desarrollo animal.
Sin embargo, muchas caracterÃ-sticas de los eucariotas unicelulares y pluricelulares no se encuentran en las
bacterias y los virus bacterianos. Los genetistas y los biólogos moleculares han descubierto las funciones de
los intrones, el corte y empalme de RNA, los múltiples y distantes elementos reguladores que actúan en cis,
la cromatina, el corte y empalme alternativo, y más recientemente, los miRNA. Pero es cierto que el control
de la expresión génica diferencial es fundamental en el control genético del desarrollo.
Este capÃ-tulo ha presentado una visión general de la lógica y los mecanismos de control de la expresión
génica en el desarrollo en unas cuantas especies modelo. Nos hemos concentrado en el juego de
herramientas genéticas utilizadas por los animales en los procesos de desarrollo y en los mecanismos que
controlan la organización de las principales caracterÃ-sticas del plan corporal: el establecimiento de los ejes
corporales, la segmentación y la identidad de los segmentos. Aunque solamente se han explorado un
número modesto de mecanismos reguladores en profundidad, y solo en unas pocas especies, las similitudes
en la lógica y los mecanismos reguladores nos permiten identificar algunas ideas generales respecto al
control genético del desarrollo.
1. A pesar de las enormes diferencias en apariencia y anatomÃ-a, los animales disponen de un juego común
de herramientas genéticas que dirigen el desarrollo. Estas herramientas genéticas constituyen una
pequeña proporción de todos los genes del genoma, y muchos de estos genes herramienta son factores de
transcripción o componentes de rutas de transducción de señales. Cada uno de los genes herramienta
suele tener múltiples funciones y afectar al desarrollo de diferentes estructuras en diversas fases.
2. El desarrollo del embrión en crecimiento y de sus partes del cuerpo tiene lugar en una progresión
ordenada espacial y temporalmente. Dentro del embrión se establecen dominios mediante la expresión de
genes herramienta que marcan subdivisiones progresivamente más finas a lo largo de ambos ejes del
embrión.
3. Los patrones de expresión restringidos espacialmente son el resultado de una regulación combinatoria.
Cada patrón de expresión génica tiene una base causal previa. Los nuevos patrones se generan mediante
los aportes combinatorios de los patrones precedentes. En los ejemplos presentados en este capÃ-tulo, la
posición de las bandas de regla par y la restricción de la expresión génica reguladora de los apéndices
a segmentos individuales requieren la integración de numerosos aportes de información reguladora positiva
y negativa mediante elementos reguladores que actúan en cis.
La regulación postranscripcional a nivel del RNA añade otra capa de especificidad al control de la
expresión génica. El corte y empalme alternativo del RNA y el control de la traducción mediante
proteÃ-nas y miRNA también contribuyen al control espacial y temporal de los genes herramienta.
El control combinatorio es esencial tanto para la especificidad como para la diversidad de la expresión
génica y de las funciones de los genes herramienta. Respecto a la especificidad, los mecanismos
combinatorios proporcionan los medios para restringir la expresión génica a poblaciones discretas de
células mediante el uso de aportaciones reguladoras que no son especÃ-ficas de un tipo celular o tejido.
De este modo, la acción de las proteÃ-nas herramienta puede ser bastante especÃ-fica en diferentes
contextos. Respecto a la diversidad, los mecanismos combinatorios proporcionan una forma de generar una
variedad virtualmente ilimitada de patrones de expresión génica.
4. La modularidad de los elementos reguladores que actúan en cis permite que la expresión y la función de
los genes herramienta posea un control espacial y temporal independiente. Al igual que los operadores y los
elementos UAS de los procariotas actúan como interruptores en el control fisiológico de la expresión
génica, los elementos reguladores en cis de los genes herramienta actúan como interruptores en el control
de la expresión génica en el desarrollo. La caracterÃ-stica que distingue a los genes herramienta es la
presencia h habitual de numerosos elementos reguladores en cis independientes que dirigen la expresión
génica en diferentes dominios espaciales y en diversas fases del desarrollo. La regulación espacial y
temporal independiente de la expresión génica permite que genes herramienta individuales tengan
funciones distintas pero especificas en diferentes contextos. Siguiendo esta idea, no es adecuado ni exacto
describir la función de un gen herramienta determinado únicamente en relación a la proteÃ-na (o miRNA)
que codifica, porque la función del producto génico casi siempre depende del contexto en el que se
expresa.
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Capitulo 13: Genomas y Genómica (pg. 483)
El análisis genómico usa las aproximaciones del análisis genético y las aplica a la obtención de
conjuntos de datos globales para cumplir con objetivos tales como la cartografÃ-a y la secuenciación de
genomas enteros, asÃ- como para la caracterización de todos los transcritos y proteÃ-nas. Las técnicas
genómicas requieren el procesado rápido de grandes conjuntos de material experimental, y por lo tanto son
completamente dependientes de la automatización extensiva.
El principal problema en la compilación de la secuencia precisa de un genoma es relacionar lecturas cortas
de secuencia entre ellas según la identidad de secuencia para elaborar una secuencia consenso de un genoma
completo. Esto se puede llevar a cabo muy fácilmente en los genomas bacterianos o de las arqueobacterias,
mediante el alineamiento de secuencias de diferentes lecturas de secuencia que se solapan para, finalmente,
compilar el genoma entero, porque en estos organismos hay muy pocos o ningún segmento de DNA que
esté presente en más de una copia. Sin embargo, los genomas complejos están repletos de secuencias
repetitivas que interfieren con la producción de contigs de secuencia exacta. El problema se resuelve ya sea
mediante la secuenciación aleatoria de genomas completos con el uso de lecturas de extremos apareados, o
por secuenciación de clones ordenados, que trata a los elementos repetitivos dispersos como únicos en el
contexto de un clon. A diferencia de la secuenciación WGS, la secuenciación clon a clon requiere la
elaboración de un mapa fÃ-sico de la distribución de los clones ordenados y orientados.
La elaboración del mapa de la secuencia genómica proporciona el texto bruto y encriptado del genoma. El
objetivo de la bioinformática es la interpretación de esta información encriptada. Para el análisis de los
productos génicos se usan técnicas computacionales para la identificación de marcos abiertos de lectura
y de RNA no codificadores, y luego para la integración de estos resultados con evidencias experimentales
disponibles de estructuras de transcritos (secuencias de cDNA), similitudes de proteÃ-nas y el conocimiento
de motivos de secuencia caracterÃ-sticos.
Uno de los métodos más importantes para avanzar en el análisis y la anotación de los genomas es la
comparación de los genomas de especies relacionadas. La conservación de secuencias entre especies es una
guÃ-a fiable para identificar secuencias funcionales en los organismos complejos de muchos animales y
plantas. La genómica comparativa puede también desvelar como han cambiado los genomas durante el
curso de la evolución y como estos cambios podrÃ-an relacionarse con diferencias en la fisiologÃ-a, la
anatomÃ-a o el comportamiento entre las especies. En la genómica bacteriana, comparaciones entre cepas
patogénicas y no patogénicas han desvelado muchas diferencias en el contenido génico que podrÃ-an
contribuir a la patogenicidad.
La genómica funcional trata de entender el funcionamiento del genoma como un sistema en su totalidad. Dos
elementos clave son el transcriptoma, el conjunto de todos los transcritos producidos; y el interactoma, el
conjunto de productos génicos y otras moléculas en interacción que conjuntamente permiten la
producción y el funcionamiento de la célula. La función de genes individuales y productos génicos
para los que no hay disponibles mutaciones clásicas pueden ser estudiados mediante la genética inversa,
por mutación dirigida o fenocopiado.
Capitulo 14: El genoma dinámico: elementos transponibles (pg. 509)
Los elementos transponibles fueron descubiertos en el maÃ-z por barbara McClintock como la causa de
diversas mutaciones inestables.
Las secuencias de inserción bacterianas fueron los primeros elementos transponibles aislados a nivel
molecular. Hay muchos tipos diferentes de elementos IS en las cepas de E.coli, y normalmente están
presentes en un cierto número de copias. Los transposones compuestos contienen elementos IS flanqueando
uno o más genes, como los genes que confieren resistencia a los antibióticos. Los transposones con genes
de resistencia se pueden insertar dentro de plásmidos y entonces pueden ser transferidos por conjugación a
bacterias no resistentes.
Existen dos grupos principales de elementos transponibles en los eucariotas: los elementos de clase I
(retrotransposones) y los elementos de clase II (transposones de DNA). El elemento P fue el primer
transposon de DNA de la clase II aislado molecularmente. Fue aislado a partir de mutaciones inestables en
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Drosophila inducidas por disgénesis hibrida. Los elementos P se han utilizado para desarrollar vectores
para la introducción de DNA foráneo en las células germinales de Drosophila.
Ac, Ds y P son ejemplos de transposones de DNA, nombrados de este modo porque el intermediario en la
transposición es el propio elemento de DNA. Los elementos autónomos como Ac codifican una transposasa
que se une a los extremos de los elementos autónomos y no autónomos y cataliza la escisión del elemento
del sitio donante, asÃ- como su reinserción en n nuevo sitio diana en alguna otra parte del genoma. Un
ejemplo de elemento no autónomo es Ds, cuya transposición requiere la presencia en el genoma del
elemento autónomo Ac.
Los retrotransposones fueron aislados a nivel molecular por primera vez en mutantes de levaduras, y su
parecido con los retrovirus fue advertido inmediatamente, Los retrotransposones son elementos de clase I,
como lo son todos los elementos transponibles que utilizan RNA como intermediario en la transposición.
Los elementos transponibles activos aislados en los organismos modelo como las levaduras, Drosophila,
E.coli y el maÃ-z constituyen una fracción muy pequeña de todos los elementos transponibles del genoma.
La secuenciación de genomas completos, incluyendo el genoma humano, ha llevado al extraordinario
hallazgo de que casi la mitad del genoma humano deriva de elementos transponibles.
Capitulo 15: Mutación, reparación y recombinación (pg. 550)
Los cambios en el DNA de un gen (mutaciones puntuales) generalmente suponen uno o unos pocos pares de
bases. Las sustituciones de un único par de bases pueden crear codones sin sentido o de cambio de sentido
(de terminación de la transcripción). Una purina reemplazada por otra purina (o pirimidina por pirimidina)
es una transición. Una purina reemplazada por una pirimidina (o viceversa) es una transversión. Las
adiciones o deleciones de un único par de bases producen mutaciones de cambio de fase. Algunos genes
humanos que contienen repeticiones, de trinuleótidos (sobre todo los que se expresan en el tejido neural)
mutan debido a la expansión de estas repeticiones, y de esta manera pueden causar enfermedades. La
formación de monoaminoácidos repetidos en el polipéptido cifrado por estos genes es la responsable de
los fenotipos mutantes.
Las mutaciones pueden producirse espontáneamente como subproductos de procesos celulares normales,
como la replicación del DNA o el metabolismo, o pueden ser inducidas por radiaciones mutagénicas o
sustancias quÃ-micas. Debido a su especificidad quÃ-mica, los mutágenos a menudo causan un tipo de
cambio especÃ-fico. Por ejemplo, algunos producen exclusivamente transiciones C·G A·T, otros
exclusivamente desplazamientos del marco.
Aunque las mutaciones sean necesarias para generar diversidad, muchas están asociadas a enfermedades
geneticas hereditarias, como el xeroderma pigmentosum. Además, las mutaciones que se producen en
células somáticas son el origen de muchos canceres humanos. Se han desarrollado muchas rutas
biológicas para corregir el amplio espectro de mutaciones espontaneas e inducidas. Algunas rutas como la
reparación por escisión de base o nucleótido, o la reparación de emparejamientos erroneos, utilizan la
información inherente a la complementariedad de bases para realizar una reparación libre de error. Otras
rutas que usan la polimerasa de bypass para corregir las bases dañadas introducen errores en la secuencia de
DNA.
La corrección de las roturas de doble cadena es particularmente importante porque estas lesiones pueden
llevar a la desestabilización de las reordenaciones cromosómicas. La ruta de unión de extremos
no−homólogos vuelve a ligar los extremos rotos de manera que la detención de la horquilla de replicación
no provoque la muerte celular. En las células que se están replicando, la reparación libre de error de las
roturas de doble cadena puede hacerse mediante la ruta del templado de cadena dependiente de la sÃ-ntesis,
que utiliza la cromátida hermana para reparar la rotura.
Cientos de roturas de doble cadena programadas inician el entrecruzamiento meiótico entre cromátidas no
hermanas. Como las otras roturas de doble cadena, las roturas meióticas deben ser procesadas rápida y
eficazmente para evitar graves consecuencias como la muerte celular y el cáncer. La forma en la que esta
reparación se lleva a cabo es aun objeto de investigación. Un modelo actual, estudiado a partir de la
segregación en la formación de esporas fúngicas, propone el uso de las cromátidas no hermanas del
cromosoma homologo como molde para reparar las roturas. Según este modelo, muchas de las roturas dan
12
lugar a productos sin entrecruzamiento y son probablemente resueltos mediante un mecanismo parecido al
SDSA. Sin embargo, las roturas crÃ-ticas en la formación de quiasmas dan lugar a entrecruzamientos tras la
formación y consiguiente resolución de la doble unión o estructura de Holliday.
Capitulo 16: Cambios cromosómicos a gran escala (pg. 589)
La poliploidÃ-a es una condición anormal en la que hay un mayor número de complementos
cromosómicos que el número normal. Los poliploides como los triploides (3n) y los tetraploides (4n) son
comunes entre las plantas, y también se encuentran representados en los animales. Los organismos con un
número impar de complementos cromosómicos son estériles porque no todos los cromosomas tienen su
pareja en la meiosis. Los cromosomas desapareados se dirigen al azar a los polos de la célula durante la
meiosis, llevando a complementos cromosómicos desequilibrados en los gametos resultantes. Los gametos
desequilibrados no producen descendencia viable. En los poliploides con un número par de complementos,
cada cromosoma tiene una pareja potencial, y asÃ- pueden producir gametos equilibrados y una progenie
fértil. La poliploidÃ-a puede producir un organismo de mayores dimensiones; este descubrimiento ha
permitido importantes avances en la horticultura y en los cultivos de cereales.
En las plantas, los alopoliploides, que son poliploides formados por la combinación de diferentes
complementos cromosómicos de distintas especies, pueden obtenerse cruzando dos especies relacionadas y
luego duplicando los cromosomas en la progenie a través del uso de la colchicina o mediante el método
de la fusión de células somáticas. Estas técnicas tienen potenciales aplicaciones para los agrónomos,
ya que los alopoliploides combinan las caracterÃ-sticas de las dos especies parentales:
Cuando algún accidente celular cambia cualquier parte del complemento cromosómico, se generan los
aneuploides. La aneuploidÃ-a en si misma da lugar a un genotipo desequilibrado con un fenotipo anormal.
Los ejemplos de aneuploides incluyen a los monosomicos (2n−1) y los trisómicos (2n+1). El sÃ-ndrome de
Down (trisomÃ-a del par 21), el sÃ-ndrome de Klinefelter (XXY) y el sÃ-ndrome de Turner (XO) son
ejemplos bien documentados de condiciones aneuploides en los humanos. El nivel espontaneo de aneuploidias
en humanos es bastante alto y explica una gran proporción de enfermedades genéticas en las poblaciones
humanas. El fenotipo de un organismo aneuploide depende mucho del cromosoma particular que se halle
afectado. En algunos casos, tales como la trisomÃ-a del par 21, hay una constelación de fenotipos asociados
muy caracterÃ-sticos.
El mayor número de casos de aneuploidias surgen de una segregación anómala accidental de los
cromosomas durante la meiosis (no disyunción). El error es espontaneo y puede producirse en cualquier
meiocito, tanto de la primera como de la segunda división. En los humanos existe un efecto de la edad
materna sobre la no disyunción del cromosoma 21, lo que lleva a una alta incidencia del sÃ-ndrome de
Down en niños de madres de edad avanzada.
La otra categorÃ-a general de mutaciones cromosómicas comprende las reordenaciones estructurales, que
incluyen deleciones, duplicaciones, inversiones y traslocaciones. Estos cambios resultan tanto de la rotura y la
reunión incorrecta como del entrecruzamiento entre elementos repetitivos (recombinación homologa no
alélica). Las reordenaciones cromosómicas son una causa importante de enfermedad en las poblaciones
humanas, y son una herramienta muy útil para la generación de cepas especiales de organismos para la
genética experimental y aplicada. En los organismos que llevan un complemento cromosómico normal y
otro reordenado (reordenaciones heterocigóticas), hay unas estructuras inusuales en la meiosis que son
consecuencia de la gran afinidad hacia el apareamiento entre las regiones cromosómicas homologas. Por
ejemplo, los heterocigotos para una inversión muestran bucles, y los heterocigotos para translocaciones
muestran estructuras cruciformes. La segregación de estas estructuras da lugar a productos meióticos
anormales debido a las reordenaciones. Una deleción es la perdida de una sección del cromosoma, que
puede ser ocasionada tanto por la rotura de un fragmento seguida de su pérdida como por la segregación
de una translocación o una inversión heterocigótica. Si la región removida en la deleción es esencial
para la vida, la deleción en estado homocigótico es letal. La deleción en estado heterocigótico también
puede ser letal debido al desequilibrio génico, o bien causa de la expresión de alelos recesivos por la
pérdida de una región cromosómica; este fenómeno se denomina pseudodominancia.
Las duplicaciones generalmente se producen a partir de otras reordenaciones o por un entrecruzamiento
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aberrante. También se produce un desequilibrio del material genético, lo que conduce a efectos
deletéreos en el fenotipo o a la muerte del organismo. Sin embargo, las duplicaciones pueden ser una fuente
de nuevo material para la evolución, porque la función puede mantenerse en una copia, y la otra copia
puede adquirir nuevas funciones.
Una inversión se debe a que un fragmento cromosómico da un giro de 180º. En estado homocigótico, las
inversiones pueden causar pocos problemas para un organismo, a menos que la heterocromatina circundante
produzca un efecto de posición o que una de las roturas interrumpa un gen. Por otro lado, los heterocigotos
para una inversión muestran bucles en la meiosis, y si ocurre un entrecruzamiento dentro del bucle, se
producen gametos inviables. Los productos del entrecruzamiento en una inversión pericéntrica, que abarca
el centrómero, difieren de los productos de una inversión paracéntrica, que no involucra el centrómero.
Ambos tipos de inversiones reducen la frecuencia de recombinación en la región afectada y a menudo dan
lugar a una fertilidad disminuida.
Una translocación mueve un segmento cromosómico a otra posición del genoma. Un ejemplo simple es
una translocación reciproca, en la que cromosomas no homólogos intercambian partes. En estado
heterocigótico, las translocaciones provocan deleciones y duplicaciones en los productos meióticos, lo que
puede dar lugar a cigotos desequilibrados. Las translocaciones pueden dar lugar a cigotos desequilibrados. Las
translocaciones pueden originar nuevas relaciones de ligamiento entre los genes. La segregación al azar de
los centrómeros en los heterocigotos ara la translocación provoca un 50% de productos meióticos
desequilibrados, y de esta forma un 50% de esterilidad (semiesterilidad).
Capitulo 17: Genética de Poblaciones (pg. 633)
El estudio de los cambios dentro de una población, o genética de poblaciones, relaciona los cambios
heredables en las poblaciones u organismos al proceso individual subyacente de la herencia y el desarrollo. La
genética de poblaciones consiste en el estudio de la variación heredada y su modificación en el tiempo y
en el espacio.
La variación genética identificable dentro de una población puede ser estudiada examinando las
diferencias en aminoácidos especÃ-ficos de las secuencias de proteÃ-nas o también, mas recientemente,
mediante el análisis de las diferencias en las secuencias de nucleótidos en el DNA. Este tipo de
observaciones nos ha mostrado que dentro de una población hay un polimorfismo considerable en muchos
loci. Una medida de esta variación es la cantidad de heterocigosidad en una población. TÃ-picamente, una
población es polimórfica en el 25−33% de sus genes que codifican el 10% de esos loci. Dos seres humanos
cualesquiera difieren aproximadamente en 3 millones de nucleótidos. En general, los estudios de poblaciones
han demostrado que las diferencias genéticas entre individuos humanos dentro de las razas son mayores
que las diferencias entre razas.
La fuente última de toda variación es la mutación. Sin embargo, dentro de una población, la frecuencia
cuantitativa de genotipos especÃ-ficos puede ser cambiada por la recombinación, la inmigración de genes,
los sucesos mutacionales repetidos, y el azar.
Una propiedad de la segregación mendeliana es que el apareamiento aleatorio da lugar a una distribución de
equilibrio de los genotipos después de una generación. Sin embargo, si hay consanguinidad, la variación
genética dentro de una población se convierte en diferencias entre poblaciones al hacer homocigóticas a
cada una de las poblaciones por separado para un alelo aleatoriamente seleccionado. Por otro lado, para la
mayorÃ-a de las poblaciones se alcanza un equilibrio entre la consanguinidad, la mutación de un alelo a otro,
y la inmigración.
Un alelo puede incrementar o disminuir su frecuencia en una población debido a la selección natural de
genotipos con mayores probabilidades de supervivencia y reproducción. En muchos casos, tales cambios
llevan a la homocigosidad en un locus particular. Por otro lado, el heterocigoto puede ser más eficaz que
ambos homocigotos, obteniéndose un polimorfismo equilibrado.
En general, la variación genética es el resultado de la interacción de fuerzas. Por ejemplo, un mutante
deletéreo puede que nunca sea eliminado totalmente, debido a que la mutación continuara
reintroduciéndolo en la población. La migración puede también reintroducir alelos que ya habÃ-an
sido eliminados por la selección natural.
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A menos que los alelos alternativos se encuentren en frecuencias intermedias, la selección (especialmente
contra los recesivos) es muy lenta, requiriendo muchas generaciones. En numerosas poblaciones,
especialmente en las de tamaño pequeño, mutaciones nuevas pueden establecerse aunque no sean
favorecidas por la selección natural o pueden ser eliminadas aunque sean favorables, simplemente debido a
un proceso de deriva genética aleatoria.
Capitulo 18: Genética cuantitativa (pg. 674)
Muchos, quizá la mayorÃ-a, de los rasgos distinguibles en los organismos varÃ-an de forma continua. En
muchos casos, la variación del rasgo se debe a la segregación de más de un locus. Cada uno de estos loci
puede contribuir por igual a un fenotipo particular, pero es más probable que lo hagan de forma desigual. En
estos casos, las medidas de los fenotipos y la determinación de las contribuciones de alelos especÃ-ficos a la
distribución fenotÃ-pica deben hacerse mediante métodos estadÃ-sticos. Algunas de esas variaciones
fenotÃ-picas (como la altura de algunas plantas) pueden exhibir una distribución normal o gaussiana en
torno a un valor medio; otras (como el peso de la semilla de ciertas plantas) mostraran una distribución
sesgada en torno al valor medio.
Un carácter cuantitativo es aquel para el que las diferencias fenotÃ-picas medias entre genotipos son
pequeñas comparadas con la variación entre individuos del mismo genotipo. Esta situación puede darse
incluso en caracteres influidos por alelos de un único locus. La distribución ambiental se refleja
biológicamente en una distribución de fenotipos. La transformación de la distribución ambiental en la
distribución fenotÃ-pica viene determinada por la norma de reacción. Las normas de reacción pueden
estudiarse en organismos en los que puede obtenerse un gran número de individuos genéticamente
idénticos. Los rasgos son familiares si, por cualquier razón, son comunes a los miembros de una misma
familia. Los rasgos son hereditarios, en cambio, solo si la semejanza nace de compartir genotipos comunes.
En los organismos experimentales, las similitudes ambientales pueden distinguirse fácilmente de las
semejanzas genéticas, o heredabilidad. En los seres humanos, sin embargo, es muy difÃ-cil determinar si
un rasgo particular es heredable. Los estudios sobre normas de reacción solo muestran pequeñas
diferencias entre genotipos, y estas diferencias no son consistentes en un amplio abanico de ambientes. Por
tanto, puede resultar que los genotipos superiores de animales domésticos y plantas cultivadas solo lo sean
en ciertos ambientes. Si resultara que los seres humanos presentan cierta variación genética para diversos
rasgos mentales y emocionales, es imposible que esta variación favoreciese a un genotipo sobre los demás
en toda la diversidad de ambientes.
El intento de cuantificar la influencia de los genes sobre un rasgo particular ha conducido a la determinación
de la heredabilidad en sentido amplio (H2). En general, la heredabilidad de un rasgo es diferente en cada
población y en cada conjunto de ambientes, y no puede extrapolarse de una población a otra, ni de un
conjunto de condiciones ambientales a otro. Como H2 solo caracteriza a las poblaciones actuales en los
ambientes actuales, carece por completo de valor como instrumento predictivo. La heredabilidad en sentido
estricto (h2) mide la proporción de la variación fenotÃ-pica que resulta de sustituir un alelo por otro. Esta
magnitud, si es grande, predice que la selección para un rasgo tendrá éxito rápidamente. Si h2 es
pequeña, se requieren formas especiales de selección.
Mediante el uso de cromosomas genéticamente marcados, es posible determinar las contribuciones relativas
de diferentes cromosomas a la variación de un rasgo cuantitativo, observar fenómenos de dominancia y
epistasia en cromosomas enteros y, en algunos casos, cartografiar los genes en segregación que afectan a
cierto rasgo.
Capitulo 19: Genética evolutiva (p. 710)
La teorÃ-a darwiniana de la evolución explica los cambios que se dan en las poblaciones de organismos
como resultado de los cambios que se producen en las frecuencias relativas de las diferentes variantes de la
población. Si en alguna caracterÃ-stica no hay variación dentro de las especies, no puede haber evolución.
Además, la variación debe estar influida por las diferencias genéticas. Si las diferencias no son
heredables, no pueden evolucionar, porque la reproducción diferencial de las distintas variantes no se
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transmitirá entre las lÃ-neas generacionales. Por tanto, todas las reconstrucciones evolutivas hipotéticas
dependerán necesariamente de si el carácter en cuestión es heredable. Los procesos que generan la
variación en la población son independientes de los procesos responsables de la reproducción diferencial
de los distintos tipos. Se hace referencia a esta independencia cuando se dice que las mutaciones ocurren al
azar. El proceso de mutación suministra variación sin ninguna finalidad concreta, mientras que el proceso
de la selección filtra esta variación, aumentando la frecuencia de aquellas variantes que por casualidad
están más favorecidas para sobrevivir y reproducirse. Muchos son los llamados, pero pocos los elegidos.
La divergencia evolutiva de las poblaciones en el espacio y en el tiempo no es solo una consecuencia de la
selección natural. La selección natural no es un proceso optimizador de carácter general que logra el
mejor organismo para un medio ambiente concreto. Por el contrario, obtiene una solución de entre una serie
de buenas soluciones alternativas frente a los problemas adaptativos− El resultado concreto de la evolución
por selección en un caso particular es fruto de acontecimientos históricos casuales. Los factores aleatorios,
como la deriva genética o la aparición o perdida de nuevas mutaciones al azar, pueden producir resultados
completamente distintos en un mismo proceso evolutivo, incluso aunque la intensidad de la selección natural
sea la misma. La metáfora que se emplea habitualmente es la de un paisaje adaptativo de combinaciones
genéticas en el que la selección natural dirige a la población hacia un pico adaptativo en tal paisaje, pero
solo a uno de los diversos picos alternativos que hay en el paisaje.
No toda la evolución está impulsada por las fuerzas selectivas de la naturaleza. SI la diferencia selectiva
entre dos variantes genéticas es lo suficientemente pequeña, menor de la inversa del tamaño de la
población, se puede producir la sustitución de un alelo por otro nuevo exclusivamente por acción de la
deriva genética aleatoria. La sustitución de una secuencia proteica por otra diferente pero de función
equivalente parece dar cuenta de una gran parte de la evolución molecular. La prueba de esta evolución
neutra es que el numero de aminoácidos diferentes en la misma molécula −por ejemplo. La hemoglobina−
en dos especies diferentes es directamente proporcional al número de generaciones que han transcurrido
desde que ambas especies se separaron a partir de un antepasado común. UN reloj molecular asÃ-, con una
tasa de cambio constante, no serÃ-a posible si la selección de las diferencias dependiera de cambios
concretos en el medio ambiente. Además, es de esperar que dicho reloj corra más deprisa para proteÃ-nas
como los fibrinopéptidos, en las que la composición aminoacÃ-dica no es esencial para su función, y de
hecho se observan este tipo de diferencias en el ritmo de avance del reloj molecular. Por tanto, no podemos
asegurar, si carecemos de pruebas, que los cambios evolutivos sean resultado de una selección natural
adaptativa.
Puesto que gran parte de la evolución de secuencias es efectivamente neutra, no existe una relación simple
entre la cantidad de cambio en la secuencia de DNA de los genes y la cantidad de cambio, si lo hay, en la
función de las proteÃ-nas codificadas. Algunas funciones proteicas pueden cambiar a consecuencia de una
sustitución en un único aminoácido, mientras que otras requieren una serie de sustituciones. El efecto
pleiotrópico de las mutaciones constituye una importante restricción sobre la eolucion de la secuencia
codificadora. Si una proteÃ-na sirve para funciones múltiples en diferentes tejidos, las mutaciones en la
secuencia codificadora pueden afectar a todas las funciones, y por lo tanto tienen consecuencias negativas
para la eficacia biológica. El potencial efecto pleiotrópico de las mutaciones en las regiones codificadoras
puede ser evitado mediante mutaciones en elementos reguladores no codificadores que pueden cambiar
selectivamente la expresión del gen solo en un tejido o una parte del cuerpo y no en otras. La evolución de
la secuencia reguladora que actúa en cis es crucial en la evolución de los caracteres morfológicos y la
expresión de los genes herramienta que controlan el desarrollo.
A menudo surgen nuevas funciones gracias a la evolución de genes duplicados. Este DNA nuevo puede
surgir por duplicación del genoma completo (poliploidÃ-a) seguido de una lenta divergencia evolutiva del
complemento cromosómico extra. Esto ha ocurrido frecuentemente en el mundo vegetal. Una alternativa es
la duplicación de genes individuales seguida de selección y diferenciación. Otra fuente adicional de DNA,
descubierta recientemente, es la entrada en el genoma de DNA procedente de organismos filogenéticamente
alejados mediante una infección y posterior integración del DNA foráneo en el genoma nuclear, o por la
formación de orgánulos extranucleares con sus propios genomas. Los cloroplastos y las mitocondrias de los
organismos superiores han surgido de esta forma.
La gran diversidad de formas de vida distintas que han existido es consecuencia de historias evolutivas
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independientes que han tenido lugar en poblaciones separadas. Para que distintas poblaciones diverjan unas de
otras no deben intercambiar genes; por tanto la evolución independiente de un gran número de especies
requiere que esas especies estén reproductoramente aisladas. De hecho, definimos una especie como una
población de organismos que intercambian genes en su seno, pero que se encuentra reproductoramente
aislada con respecto a otras poblaciones. Los mecanismos de aislamiento reproductivo pueden ser
precgóticos o postcigóticos. Los mecanismos de aislamiento precigóticos son los que impiden la unión
de los gametos de dos especies. Estos mecanismos se pueden basar en incompatibilidades de conducta entre
los machos y las hembras de las distintas especies, diferencias en el periodo o el lugar de la actividad sexual,
diferencias mecánicas que impiden el apareamiento, o incompatibilidades fisiológicas de los propios
gametos. Entre los mecanismos de aislamiento postcigótico se incluyen la incapacidad del hibrido para
desarrollarse hasta la etapa adulta, y la depresión de las generaciones posteriores de genotipos
recombinantes. Las diferencias genéticas responsables del aislamiento reproductivo entre especies
estrechamente relacionadas se encuentran, en su mayorÃ-a, distribuidas uniformemente por todo el genoma,
aunque en especies con determinación cromosómica del sexo puede haber una mayor concentración de
genes de incompatibilidad en el cromosoma sexual.
En resumen, la evolución genética es un proceso histórico sujeto a circunstancias históricas y al azar,
pero restringido por la necesidad de los organismos de sobrevivir y reproducirse en un mundo en constante
cambio.
Capitulo 20: Aislamiento y manipulación de genes (pg. 753)
El DNA recombinante se construye cortando el DNA donante en fragmentos que se unen a un vector de DNA.
Este vector de DNA es frecuentemente un plásmido bacteriano o DNA viral. El DNA donante y el DNA del
vector se cortan con la misma endonucleasa de restricción en secuencias especificas y se unen en un tubo
para formar enlaces covalentes fosfodiéster, creando un esqueleto azúcar−fosfato intacto para cada cadena
de DNA.
La construcción formada por el DNA donante y del vector se amplifica dentro de células hospedadoras
engañando a la maquinaria básica de replicación de la célula para que replique las moléculas
recombinantes. AsÃ- pues, el vector debe contener todas las señales necesarias para su correcta replicación
y segregación en la célula hospedadora. En los sistemas basados en plásmidos, el vector debe incluir un
origen de replicación y marcadores seleccionables que confieran, por ejemplo, resistencia a fármacos y
puedan ser utilizados para asegurar que el plásmido no se pierde en la célula hospedadora. En los
bacteriófagos, el vector debe incluir todas las secuencias necesarias para llevar al bacteriófago (y al DNA
foráneo asociado) a través del ciclo de crecimiento lÃ-tico. El resultado de la amplificación son
múltiples copias de cada construcción de DNA recombinante denominadas clones.
A menudo, la búsqueda de un clon especÃ-fico requiere el rastreo de una genoteca genómica completa.
Una genoteca genómica es un conjunto de clones, empaquetados en el mismo vector, que en total
representan todas las regiones del genoma del organismo en cuestión. El número de clones que constituyen
una genoteca genómica depende de (1) el tamaño del genoma en cuestión y (2) del tamaño del inserto
tolerado por el vector de clonación utilizado. Del mismo modo, una genoteca de cDNA es una
representación del conjunto total de mRNA producidos por un determinado tejido o etapa del desarrollo en
un organismo concreto. La comparación de una región genómica y su cDNA puede servir para conocer las
posiciones del inicio y stop de la transcripción y los lÃ-mites entre intrones y exones.
Las sondas marcadas de DNA o RNA de cadena simple actúan como un cebo para pescar secuencias
similares o idénticas en mezclas complejas de moléculas, tanto en genotecas genómicas o de cDNA
como en transferencias de Southern o Northern. El principio general de la técnica para identificar clones o
fragmentos de DNA en un gel es crear una imagen de las colonias o calvas de un cultivo en una placa de Petri,
o de los ácidos nucléicos que se han separado en la matriz de un gel mediante la aplicación de un campo
eléctrico. El DNA o RNA entonces se desnaturaliza y se mezcla con una sonda también desnaturalizada
y marcada radiactivamente o con un fluorocromo. Después de lavar la sonda que no se ha unido, se detecta
la localización de la sonda mediante observación de la fluorescencia o, si es radiactiva, por la exposición
de la muestra a una pelÃ-cula de rayos X. Las localizaciones de la sonda corresponden a las posiciones del
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DNA o RNA pertinente en la placa de Petri o el gel de electroforesis originales.
La reacción en cadena de la polimerasa es un método potente para la amplificación directa de una
secuencia relativamente pequeña de DNA a partir de una mezcla compleja de DNA, sin la necesidad de una
celula hospedadora ni de demasiado material de partida. La clave es tener cebadores que sean
complementarios a las regiones flanqueantes en cada una de las dos cadenas de DNA. Estas regiones actúan
como puntos de inicio para la polimerización. Múltiples rondas de desnaturalización, unión de los
cebadores y polimerización permiten amplificar la secuencia de interés de forma exponencial.
Los vastos recursos genómicos posibilitan cada vez mas el aislamiento de genes tan solo a partir del
conocimiento de su posición en un mapa genético. El proceso global es una estrategia genética directa
denominada clonación posicional. Tanto mutantes como variantes naturales se han utilizado como punto de
partida en el descubrimiento de genes. Con la secuenciación del genoma humano y la disponibilidad de
familias con desordenes heredados, las estrategias de clonación posicional han llevado al aislamiento de
genes que cuando están mutados producen enfermedades humanas, como la fibrosis quÃ-stica. Las
estrategias de clonación posicional también se han utilizado para aislar muchos otros genes, por ejemplo,
los genes seleccionados durante la domesticación de plantas de cultivo como el maÃ-z.
Los trasgenes son moléculas de DNA manipuladas que son introducidas y expresadas en células
eucarióticos. Pueden utilizarse para crear una nueva mutación o para estudiar las secuencias reguladoras
que forman parte de un gen. Los transgenes pueden introducirse como moléculas extracromosómicas o
pueden integrarse en un cromosoma, tanto en posiciones aleatorias (ectópicas) como en el lugar del gen
homologo, según el sistema. Normalmente, los mecanismos utilizados para introducir un transgén
dependen del conocimiento y la explotación de la biologÃ-a reproductora del organismo.
La terapia génica supone la extensión de la tecnologÃ-a transgénica aplicada al tratamiento de
enfermedades humanas. Para corregir la enfermedad, la terapia génica en células somáticas intenta
introducir en tejidos somáticos especÃ-ficos un transgén que o bien sustituye al alelo mutante o suprime
el fenotipo mutante. La terapia génica en la lÃ-nea germinal intenta introducir un transgén en la lÃ-nea
germinal que corrija el defecto mutante o lo evite.
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