Ligamiento y recombinación en bacterias

Unidad Nº6: Cartografía cromosómica
Prof. Dra. Natalia Corbalan
mail: [email protected]
Ligamiento y recombinación
en bacterias
La reproducción bacteriana se realiza mediante
bipartición. Este mecanismo de reproducción asexual solo
permite a la bacteria la posibilidad de aumentar su
variabilidad genética por mutación.
Pero las bacterias también presentan unos mecanismos de
transferencia genética horizontal, que pueden ser
calificados de parasexuales.
Las bacterias poseen tres mecanismos de intercambio
genético que les ha permitido aumentar la variabilidad
genética:
•Transformación
•Conjugación
•Transducción
Transformación:
en
determinadas
condiciones
fragmentos de ADN exógeno pueden entrar en el
interior de las bacterias. El ADN exógeno puede
intercambiar segmentos con el ADN del cromosoma
principal bacteriano.
Desarrollo de la competencia y unión del
DNA transformante
Procesado y toma del DNA exógeno
Se requiere un doble entrecruzamiento para la transformación
Proteí­nas especí­ficas se unen y protegen
al DNA exógeno monocatenario
El DNA exógeno se integra al cromosoma
bacteriano en regiones homólogas por
medio de la proteí­na RecA
Conjugación: es un proceso de transferencia de material
genético, en el cual el genoma de un plásmido o del
cromosoma bacteriano es transferido a otra célula, este
proceso tiene como condición esencial el contacto celular. A
la célula que aporta el material genético se le llama donadora
y aquélla que lo recibe receptora. Para que se produzca la
conjugacion la célula donadora debe tener un factor de
fertilidada llamado “Factor F”
En relación al factor F, existen tres tipos de
bacterias:
(F-) Célula bacteriana que no
posee factor F, actúa como
célula femenina o receptora en
la conjugación.
(Hfr) Bacteria que posee factor F
integrado a su cromosoma, actúa como
célula
masculinas
o
donadora,
transfiriendo genes bacterianos. Al
termino de la comjugación la célula
receptora permanece como F-.
(F+) Célula bacteriana que posee un factor F independiente del
cromosoma bacteriano, actúa como célula masculina o donadora en la
conjugación, transfiere el factor F a la célula receptora transformandola
en célula F+.
TIPO BACTERIANO FACTOR SEXUAL F
COMPORTAMIENTO EN
LA CONJUGACION
F-
Ausente
Receptora
F+
Presente
autónomo
Donadora
Hfr
Presente
integrado
Donadora
Transducción: no necesita del contacto físico entre dos
estirpes bacterianas. El vehículo o vector que transporta
ADN de una bacteria a otra es un virus. La transducción
se puede definir como el proceso de transferencia
genética desde una célula donadora a otra receptora
mediatizado por partículas de bacteriófagos que
contienen ADN genómico de la primera.
En la transducción podemos distinguir dos etapas diferenciadas:
1) Formación de la partícula fágica transductora: un trozo de material
genético de la célula donadora se introduce en el interior de la cabeza de
la cápsida de un fago. Las partículas transductoras son en cierta manera
"subproductos"
anómalos
del
ciclo
normal
del
fago.
2) La partícula transductora inyecta de forma habitual el ADN que porta a
la célula receptora, donde este ADN puede eventualmente recombinarse
y expresar su información.
CONCEPTO DE
LIGAMIENTO
Dos genes o dos marcadores o dos loci cualesquiera se consideran como
ligados cuando van juntos en el mismo segmento de ADN, es decir
durante el proceso de recombinación dichos genes pueden no segregarse
independientemente y su transferencia no seguiría las leyes de Mendel. En
el análisis genético moderno , la prueba principal para determinar si dos
genes están ligados se basa en el concepto de la recombinación
ANLICEMOS EL CONCEPTO DE LIGAMIENTO EN UN PROBLEMA
SENCILLO DE TRANSFORMACION BACTERIANA…………….
1) Supongamos que tenemos una bacteria receptora auótrofa (a- b-), incapaz
de sintetizar los compuestos a y b.
2) Supongamos que el ADN transformante o exógeno procede una una
bacteria protótrofa (a+ b+) que si es capaz de sintetizar los compuestos a y b
ST: simple
transformante;
solo se recombina
un gen en la
receptora
DT: doble
transformante ; se
recombinan los
dos genes
Resultados obtenidos en un experimento de transformación en Bacillus subtilis
Nester y col (1963)
ADN
transformante
Cepa receptora
Mezcla de
trp+ tyr- y trptyr+
trp+ tyr+
trp-tyr-
trp-tyr-
Clases
transfromadas
trp+tyr- ST
Nº de colonias
190
trp-tyr+ ST
256
trp+tyr+ DT
trp+tyr- ST
2
196
trp-tyr+ ST
328
trp+tyr+ DT
367
Problema de los Tres Puntos en Transformación
1) Supongamos una bacteria receptora auxotrofa para a, b y c (a- b-c-) y un
ADN transformante o exógeno prototrofo para los mismos marcadores
(a+ b+c+).
Determinación del locus central: la clase que aparece
con menos frecuencia es aquella que procede de que se
hayan dado 4 entrecruzamientos (4X). Cuando se analiza
la clase menos frecuente (a+ b-c+) se observa que el
único marcador o locus que no ha cambiado con
respecto a la cepa receptora es el central. Es decir, el
Resultados obtenidos en Bacillus subtilis al realizar un experimento de
transformación con una cepa receptora auxotrofa (trp-tyr-his-) y ADN exógeno o
transformante procedente de una cepa prototrofa (trp+tyr+his+).
Tipo y número de colonias transformadas
Trp
Tyr
His
+
685
+
418
+
+
3660
+
2600
+
+
107
+
+
1180
+
+
+
11940
Clase menos frecuente, el marcador que no se modificó es
his, por lo tanto podemos deducir que his es el loci central
Loci
considerados
Clases
transformadas
Nº
colonias
trp+his- ST
2600 + 107
de
Distancia
unidades
transformación
q= 6785/19905
trp-his
trp-his+ ST
418 + 3660
q=0.34
trp+his+ DT
1180 + 11940
en
de
Ligamiento y recombinación en eucariontes
¿Cuando se produce la Recombinación?
Basándose en la teoría cromosómica de la herencia
enunciada por Sutton y cuyos aspectos escenciales
son:
・ Los genes están ubicados en los cromosomas
・ La ordenación de los mismos es lineal
•
Al fenómeno genético de la recombinación le
corresponde un fenómeno citológico de intercambio
de segmentos cromosómicos. Morgan propuso que:
.
EXISTEN PAREJAS GÉNICAS SITUADAS SOBRE EL
MISMO PAR DE CROMOSOMAS HOMÓLOGOS,
LLAMANDO A ESTE FENÓMENO LIGAMIENTO
Por definición, se dice que dos loci están ligados cuando se
encuentran situados sobre el mismo cromosoma. Todos
aquellos loci que se encuentran situados sobre el mismo
cromosoma forman un Grupo de Ligamiento.
Cuanto más alejados están entre sí dos loci ligados ( A,a y C,c)
más probable es que se dé sobrecruzamiento entre ellos,
cuanto más cerca están entre sí dos loci ligados (A,a y B,b)
menos probable es que se dé sobrecruzamiento entre ambos.
CARTOGRAFÍA GENÉTICA:
La cartografía genética asigna el lugar cromosómico de un
gen (o locus) y su relación de distancia con otros genes (o
loci) en un cromosoma dado.
MAPEO DE GENES CON FRECUENCIA DE RECOMBINACIÓN
Los mapas de cromosomas que se
calculan por medio de las
frecuencias de recombinación
MAPAS GENÉTICOS
Las distancias se miden en “unidades
de mapa”(u.m.)
 1 u.m. es equivalente a un 1 % de
recombinación.
 Las u.m. también
centimorgan cM.
se
denominan
Los mapas de cromosomas que se
basan en las distancias físicas
dentro del cromosoma
MAPAS FÍSICOS
Las distancias por
general se expresan
pares de bases
lo
en
Las frecuencias de entrecruzamiento, y por
tanto la frecuencia de recombinación,
depende de la distancia entre genes
A
B
C
•Mayor distancia entre loci --> Mayor número de
entrecruzamientos
•Más Entrecruzamientos ---> Más Recombinación
A mayor frecuencia de recombinación
mayor la distancia entre loci
Ligamiento: Asociación de genes en el mismo cromosoma
formando grupos de ligamientos
Ligamiento total
ab
Genotipo F1
AB / ab
Gametos (100% gametos
parentales)
50 % AB
50 % ab
SEGREGACIÓN INDEPENDIENTE (no ligamiento, 2a ley de
Mendel)
50%recombinantes
Proporción 1:1:1:1
La frecuencia de gametos recombinantes (FR) debe
estar entre el ligamiento total (0%) y la segregación
independiente (50%)
0%  FR  50%
VEAMOS UN EJEMPLO DE UN MAPA GENÉTICO CONSIDERANDO LA
FRECUENCIA DE RECOMBINACION DE DOS GENES…………
a+ b+
a b
a+ b
a b+
a+ b+
X
a b
1339
1195
151
154
____
2839
305
Proporción no 1:1:1:1.
FR =( 305/2839)x100 = 10,7 %
a
b
10,7 cM
Prueba de tres puntos
CRUZA DE PRUEBA: el genotipo de
uno de los progenitores es triple
homocigoto recesivo abc/abc. Sólo
aporta gametas abc
Genotipo del otro progenitor ???
GENOTIPOS QUE ESTAN
MAYOR PROPORCIÓN
ABC/abc
EN
Cual es el gen central?
Genotipos que aparecen
en menor proporción
Que
gen
se
modificó teniendo
el
cuenta
el
genotipo de los
progenitores
B es el
central !!!!
gen
25 u.m
Mapeos Físicos
•
•
•
•
Mapeo Físico
Asigna los genes a localizaciones
particulares a lo largo de los
cromosomas
Usa medidas que son el reflejo de
la distancia física entre genes
Baja resolución: Ubica los genes
según las bandas citogenéticas
Alta resolución: los ubica en
distancias físicas: pb
40
MAPEO FÍSICO DE GENES
Si bien los MAPAS GENÉTICOS nos indican las POSICIONES
RELATIVAS de los genes, no nos permiten ubicar a los genes ligados
en un determinado cromosoma.
Por esta razón se han desarrollado distintos métodos
que permiten la construcción de mapas FÍSICOS
MAPEO POR
DELECIÓN
MAPEO POR HIBRIDACIÓN DE
CÉLULAS SOMÁTICAS
MAPEO POR DELECIÓN
Se han desarrollado métodos de tinción que permiten la
identificación de patrones de bandas características en los
cromosomas
Ej.:
bandas G pálidas
bandas G oscuras
DNA rico en GC
DNA rico en AT
Replicación temprana
Replicación tardía
Muchos genes
Pocos genes
MAPEO POR DELECIÓN
Se asignan genes a determinadas
regiones del cromosoma mediante el
estudio de la asociación de fenotipos y
ciertas deleciones cromosómicas
Hibridización de células
somáticas
•
•
•
•
•
•
Se produce la fusión de líneas celulares
diferentes
Se forma una célula con dos núcleos :
HETEROCARIÓN
Los núcleos del heterocarión se fusionan:
CELULA HIBRIDA
Con las sucesivas divisiones las células
híbridas tiene a perder cromosomas de un
tipo de especie tiene a perderse.
Híbrido HOMBRE-RATÓN
Se generan distintas lineas celulares las
cuales contiene distintos cromosomas
humanos
Tienden a perderse
Unidad Nº7: Alteraciones de los
cromosomas
Una vez definida la constancia en el número y la morfología de los
cromosomas de una especie, los casos en los que se modifica esta
constancia se agrupan bajo el nombre de:
-VARIACIONES CROMOSÓMICAS
-ANOMALÍAS CROMOSÓMICAS
-MUTACIONES CROMOSÓMICAS
-CROMOSOMOPATÍAS, EN HUMANOS.
Cualquier alteración en el número y/o en la
morfología de los cromosomas constituye una
alteración cromosómica
Las anomalías cromosómicas se
clasifican en:
VARIACIONES ESTRUCTURALES
Se definen como cualquier
cambio en la disposición de
los genes o fragmentos
cromosómicos
VARIACIONES NUMÉRICAS
Las variaciones respecto al número de
cromosomas de la especie, un cambio
en el número de cromosomas del
individuo analizado
TIPOS DE VARIACIONES ESTRUCTURALES:
Para establecer una clasificación de las anomalías
estructurales se atiende normalmente a la combinación
de dos criterios diferentes:
Número de cromosomas
implicados
Existencia de pérdida o ganancia
de material cromatínico
VARIACIONES ESTRUCTURALES EN LAS QUE SE PRODUCEN PÉRDIDA O
GANANACIA DE MATERIAL GENÉTICO
DELECIONES: variaciones estructurales que suponen pérdida de
material cromosómico y afectan a un cromosoma. En las
roturas y reparaciones de los cromosomas, pueden perderse
parte de los mismos .Si la parte perdida es muy grande, la
situación es incompatible con la vida.
Los fenotipos dependen del cromosoma y de la región afectada
Cuando
se producen
ambos lados
centrómero
Por ejemplo
en el roturas
caso dela síndrome
por del
maullido
de gato, en el que se
y ha
posteriormente
se deleción
unen los
se 5 forma
un
producido una
del extremos,
cromosoma
se caracteriza
por retraso
cromosoma
en anillo
mental y cara
de media luna que se va alargando con la edad.
Ej: El síndrome de cromosoma 15 en anillo, que resulta de la deleción de
la parte del brazo corto del cromosoma 15 se caracteriza por crecimiento
retartado, estatura corta y anomalías faciales
DUPLICACIONES: Las variaciones estructurales que implican
ganancia de material cromatínico por multiplicación de un
segmento cromosómico son las y suelen afectar a un solo
cromosoma.
El síndrome de X frágil es debido a una duplicación
parcial del extremo del brazo largo del cromosoma X
(ocasiona retraso mental )
VARIACIONES ESTRUCTURALES EN LAS QUE SE ALTERA
EL ORDEN O DISPOSICIÓN DE LOS GENES EN LOS CROMOSOMAS.
INVERSIONES: Se producen como consecuencia de dos roturas
dentro del mismo cromosoma: el fragmento roto se reinserta al
cromosoma, pero habiendo girado 180º. El cromosoma tiene la
misma forma que el original pero el orden en que se encuentra
la información genética ha cambiado.
Se han encontrado inversiones cromosómicas en algunas enfermedades raras
como algunos desordénes del comportamiento debida a una alteración del
cromosoma 4 , casos de infertilidad muy parecidos al síndrome de Klinefelter con
inversión en el cromosoma X, entre otras.
TRANSLOCACIÓN:
Cambio
cromosómico
estructural caracterizado por el cambio de
posición del / de los segmentos dentro del
complemento cromosómico, modificando los
grupos de ligamiento. Pueden ser:
1)Translocaciones intracromosómicas o
translocaciones internas : en las que un
segmento cromosómico cambia de
posición dentro del mismo cromosoma.
En la actualidad se tiende a llamarlas
inserciones
2) Translocaciones intercromosómicas
o
simplemente
translocaciones:
Cambio de localización de uno o dos
segmentos que pasan a situarse en otro
grupo de ligamiento.
VARIACIONES NUMÉRICAS
Se afecta una dotación completa
de cromosomas (set haploide) y
los
organismos
que
poseen
múltiplos del set haploide se
denominan euploides.
En otros casos los cambios sólo
afectan a uno o a unos pocos pares
cromosómicos. En este caso se dice
que los organismos
son aneuploides tanto porque les
sobra algún o
algunos cromosomas (hiperdiploides, 2
n+x) como porque les falta
(hipodiploides, 2n-x).
ANEUPLOIDÍAS
1) LAS MONOSOMÍAS (2n-1): por lo gral. Letales en el hombre. En la especie
humana, la única viable es la monosomía para el cromosoma X y da lugar a un
síndrome genético llamado síndrome de Turner.
Las mujeres con síndrome de Turner tienen ciertos rasgos fenotípicos
característicos (talla baja, cuello corto, gónadas rudimentarias, ausencia de
menstruación) y son estériles. La frecuencia del síndrome de Turner es de 1 a
2% del total de las concepciones humanas, aunque la mayoría de los
embriones
se
pierde
como
aborto
espontáneo.
ANEUPLOIDÍAS
2) LAS TRISOMÍAS (2n+1) son, en general, más viables que las monosomías. En la
especie humana hay varios ejemplos.
TRISOMÍAS AUTOSÓMICAS
La
trisomía
para
el
cromosoma 21 que da lugar
al síndrome de Down.
Del cromosoma 13, que
origina el síndrome de
Patau.
La trisnomía del cromosoma 18, que da
lugar al síndrome de Edwards
Los niños afectados con estas patologías
tienen múltiples malformaciones congénitas
y, en general, no sobreviven más allá del año
de edad.
TRISOMÍAS DE CROMOSOMAS SEXUALES
El síndrome triple X ocurre
en 1 de cada 1.000 mujeres
vivas y estas mujeres son
fenotípicamente normales.
El síndrome de Klinefelter ocurre en
1 de cada 1.000 recién nacidos
varones y, en general, se detecta en
la pubertad debido a los rasgos
fenotípicos característicos: talla alta,
brazos y piernas muy largas, valores
de testosterona bajos, escaso vello,
caderas anchas y distribución de la
grasa corporal parecida a la de las
mujeres.
El principal mecanismo por el cual se originan las células
aneuploides es la no disyunción, que constituye un error en la
segregación cromosómica y puede ocurrir tanto en meiosis como
en mitosis.