Genética mendeliana

Genética mendeliana
LOS INICIOS DE LA GENÉTICA: MENDEL (I)
Johann Mendel nació en 1822 en el pueblo de Heinzendorf, perteneciente al imperio
austrohúngaro, actualmente de la república Checa. Provenía de una familia humilde
de agricultores que servían a la nobleza local. Su padre, tras ocho años de servicio
en el ejército austríaco, se hizo cargo de la granja familiar, donde enseñó a Mendel
las técnicas básicas de la agricultura. Desde pequeño, Mendel destacó en los estudios
de ciencias naturales. Para ayudar a pagarse los estudios superiores, Mendel daba
clases particulares. A los 21 años ingresó en el monasterio agustino de Brünn y tomó
el nombre de Gregor.
Convento de Agustinos en Brno
LOS INICIOS DE LA GENÉTICA: MENDEL (II)
Además de comunidad religiosa, el monasterio agustino era un centro de actividad
intelectual y muchos monjes se dedicaban a la enseñanza en colegios, institutos y
en la universidad, así como también se dedicaban a tareas de investigación en
agricultura.
Mendel se dedicó a la enseñanza de la física y las matemáticas y en 1854 inició sus
trabajos de investigación en el jardín del monasterio para tratar de descubrir la forma en
que se transmitían las características hereditarias.
Jardín del monasterio de Brünn
donde Mendel realizó sus experiencias
LOS INICIOS DE LA GENÉTICA: MENDEL (III)
En 1865 presentó sus trabajos en la Sociedad de
Historia Natural de Brünn y en 1866 los publicó en
las actas de la Sociedad con el título de
“Experimentos sobre hibridación de plantas“, en los
que formulaba las tres leyes de la herencia que
hoy conocemos como leyes de Mendel. A pesar de
su importancia, su trabajo pasó totalmente
inadvertido. Tuvieron que pasar treinta y cinco
años para que sus trabajos fueran redescubiertos
por tres botánicos que llegaron a sus mismas
conclusiones de forma practicamente simultánea.
Monumento a Gregor Johann Mendel en el
jardín del Monasterio de Brno (antes Brünn)
levantado a su memoria el 2 de octubre de
1910
MENDEL TRABAJA CON LA PLANTA DEL GUISANTE
Mendel escogió para sus experimentos la planta del guisante
por varias razones:
-La planta era fácil de conseguir, fácil de cultivar y de
crecimiento rápido.
-Existían variedades con características claramente definidas,
tales como el color de las flores y las semillas, la textura de
las semillas...
-La planta podía autofecundarse y originar descendencia fértil.
Además presentaba una estructura floral que
limitaba los contactos accidentales, pues la
polinización ocurre antes de la apertura de la flor.
Mendel podía abrir el capullo antes de la
maduración y retirar las anteras con pinzas para
evitar la autopolinización.
Así, luego podía realizar cruzamientos entre
distintas variedades a voluntad espolvoreando el
estigma con polen de otras plantas de la variedad
por él escogida.
Eliminación de estambres para
impedir la autofecundación
CARACTERES DE LA PLANTA DEL GUISANTE SELECCIONADOS POR MENDEL
Mendel empezó su trabajo
obteniendo líneas puras de
34 variedades de guisante.
Para ello las autofecundó
durante 2 años, comprobando
que todas producían solo
descendientes idénticos a los
progenitores durante varias
generaciones.
Mendel inició sus experimentos
fijándose cada vez en un sólo
carácter.
A la derecha aparecen algunos
de los caracteres escogidos por
Mendel para realizar su trabajo.
Realizaba los cruzamientos y
contaba el número de individuos
de cada tipo en las sucesivas
generaciones. De esta manera
obtenía proporciones numéricas
sencillas.
OBTENCIÓN DE HÍBRIDOS CRUZANDO RAZAS PURAS
Mendel inició sus experimentos cruzando plantas que diferían en un solo caracter.
Cruzó dos líneas puras: una de plantas de semillas lisas con otra de semillas rugosas
(generación parental=P). Todas las semillas resultantes fueron lisas. Repitió la
experiencia con otros caracteres, como el color de las semillas y la descendencia de
líneas puras de guisantes amarillos y de guisantes verdes era toda de guisantes
amarillos. Los descendientes de la generación P son la primera generación filial o F1.
En todos los casos los descendientes mostraron solo uno de los caracteres de los
padres. A este carácter Mendel le llamó dominante y al otro recesivo. ¿Había
desaparecido el caracter recesivo? Para averiguarlo Mendel plantó esas semillas y
permitió que las plantas se autofecundaran.
Vídeo
AUTOFECUNDACIÓN DE LOS HÍBRIDOS: REAPARICIÓN DEL CARACTER RECESIVO
La autofecundación de la F1 produce la segunda generación filial o F2. El carácter
que no se observaba en F1 reaparecía en F2, en aproximadamente un 25% de los
descendientes. Esto hizo suponer a Mendel que el caracter recesivo no había
desaparecido, sino que sólo había sido "enmascarado“ por el caracter dominante.
Por lo tanto, el “factor“ o “elemento“ responsable de la presencia de ese caracter
debía estar presente en la F1 aunque no se manifestara, luego cada individuo
presentaba dos factores para cada caracter. Al formar los gametos los factores se
separan al azar, de modo que cada gameto
lleva uno y, luego, se unen también al azar
para formar nuevos individuos.
PRIMERA Y SEGUNDA LEYES DE MENDEL
De los experimentos realizados, Mendel dedujo dos leyes de la herencia:
Primera ley de Mendel o ley de la uniformidad. Si se cruzan dos razas o líneas puras que
difieren para un determinado carácter, los descendientes de la primera generación son
todos iguales entre sí e iguales a uno de los progenitores.
Segunda ley de Mendel o ley de la segregación. Los dos tipos de factores hereditarios,
responsables de la aparición de los caracteres dominante y recesivo, que se encuentran
reunidos en los híbridos de la F1, se separan o segregan en los gametos y se reúnen
nuevamente y al azar para formar la F2, en la cual reaparece el caracter recesivo en
proporción de ¼ frente a ¾ que presentan el caracter dominante.
Ley de la uniformidad de los híbridos
Ley de la segregación
EXPERIMENTOS CON DOS CARACTERES
Después de sus investigaciones sobre la herencia de un caracter, Mendel realizó experimentos
para estudiar la herencia de dos caracteres, para lo cual empezó cruzando líneas puras que
diferían en el color y la textura de la semilla.
Cruzó plantas de semillas amarillas y lisas con plantas de semillas verdes y rugosas. Como
cabía esperar por la dominancia, toda la F1 presentaba semillas amarillas y lisas.
Al autofecundar la F1 obtuvo una F2 en la que aparecían semillas amarillas lisas, amarillas
rugosas, verdes lisas y verdes rugosas en proporción 9:3:3:1.
Al separar los resultados y analizarlos individualmente en relación a cada caracter, encontró
que las proporciones de la F2 se ajustaban a las proporciones esperadas en los cruzamientos
de un solo caracter.
Cada par de factores se
transmitía con independencia
del otro, es decir, el que una
planta tenga semillas lisas o
rugosas no interfería con la
probabilidad de que fueran
amarillas o verdes.
TERCERA LEY DE MENDEL
Tercera ley de Mendel o ley de la
transmisión independiente de los
caracteres.
Según el principio de la segregación,
la mitad de los gametos formados por
las plantas de la F1 presentarán el
factor para color amarillo y la otra mitad
el del color verde.
De forma similar, la mitad tendrán el
factor de liso y la otra mitad el de verde.
Habrá, pues, la misma proporción de
gametos RA, Ra, rA y ra, es decir, ¼
de cada tipo.
La probabilidad de que se combinen
cada uno de ellos con cada uno de los
otros es 1/16.
Teniendo en cuenta la dominancia,
se obtienen las proporciones que
Mendel encontró en las semillas de
la F2: 9:3:3:1.
CRUZAMIENTO PRUEBA O RETROCRUZAMIENTO
Sirve para determinar si un individuo con el fenotipo dominante es homocigoto o
heterocigoto. Consiste en cruzar a ese individuo con otro de fenotipo recesivo y,
por tanto, homocigoto. Si los descendientes son todos amarillos sabremos, casi
con toda probabilidad, que el individuo problema era homocigoto, pero si en la
descendencia aparecen individuos de fenotipo recesivo significa que el individuo
problema era heterocigoto.
Para el caso del color del guisante tendríamos:
A?
x
aa
Gametos
a
A
Aa
A
Aa
Gametos
a
A
Aa
50% amarillos
a
aa
50% verdes
100% amarillos
Gametos
A
A
O
a
a
TEORÍA CROMOSÓMICA DE LA HERENCIA. GENES LIGADOS
En 1902, Sutton, en EEUU, y Boveri, en Alemania, observaron que había un paralelismo
entre la herencia de los factores hereditarios mendelianos y el comportamiento de los
cromosomas durante la meiosis y la fecundación, por lo que dedujeron que los factores
hereditarios residían en los cromosomas (teoría cromosómica de la herencia).
Los genes que se encuentran en el mismo cromosoma deberían transmitirse juntos (ligados)
a la descendencia y no independientemente como enunciaba Mendel en su tercera ley. Sin
embargo, la tercera ley de Mendel se cumple con mucha mayor frecuencia de la que cabría
esperar teniendo en cuenta el ligamiento. Esto se debe al fenómeno del entrecruzamiento
que ocurre durante la primera división meiótica entre los cromosomas homólogos. Cuanto
mas alejados estén dos genes en el cromosoma, mayor será la probabilidad de que se
produzca el entrecruzamiento entre ellos y menor será pues la desviación respecto a la
transmisión independiente.
Entrecruzamiento
LOS GENES SE LOCALÍZAN EN LOS CROMOSOMAS
La región del cromosoma donde se localiza un gen se denomina locus (en plural, loci).
En las células diploides, de los organismos de reproducción sexual, por cada cromosoma
heredado del padre existe otro igual heredado de la madre (parejas de cromosomas
homólogos). Por eso existen al menos dos genes para cada carácter, uno heredado del
padre y otro de la madre, situados en el mismo locus de cada uno de los cromosomas
homólogos.
Paterno
Locus del gen para
el grupo sanguíneo
heredado del padre
Materno
Locus del gen para
el grupo sanguíneo
heredado de la madre
Pareja de cromosomas homólogos
LAS VARIACIONES DE UN CARÁCTER SE DEBEN A ALELOS DISTINTOS
Los seres vivos de la misma especie comparten los mismos caracteres, aunque presentan
variaciones en la manifestación de estos caracteres entre los distintos individuos.
Las variaciones de los caracteres (por ejemplo, del color del pelo o de los ojos, del grupo
sanguíneo...) son debidas a variaciones en las secuencias de los genes que los determinan.
Las distintas variantes de los genes se llaman alelos.
El conjunto de genes o alelos que presenta un individuo para uno
o más caracteres constituyen el genotipo.
El caracter o conjunto de caracteres que manifesta el individuo
constituye el fenotipo.
El fenotipo no solo depende de los genes sino también del
ambiente por lo que podemos escribir: Fenotipo= Genotipo + Ambiente
HOMOCIGOSIS Y HETEROCIGOSIS
Cuando para un carácter el individuo presenta los dos alelos iguales se dice que su genotipo
es homocigótico u homocigoto o bien que hay homocigosis. Por contra, la presencia de
alelos distintos para un carácter se denomina heterocigosis y el genotipo será heterocigoto.
Los genes alelos se representan mediante letras y se asigna una letra para cada gen,
diferenciando a los distintos alelos mediante subíndices, superíndices, mayúscula y
minúscula, etc, dependiendo del tipo de herencia.
Algunos caracteres hereditarios
dominantes en la especie humana
dominante
Pico de viúda
recesivo
Hoyuelos
Capacidad de enrollar la lengua
Pelo rizado
Ojos oscuros
Caracteres hereditarios en la especie humana
Polidactilia (dominante)
Albinismo (recesivo)
Hipertricosis en las
orejas (ligado al sexo,
en el cromosoma Y).
Solo se manifiesta en
varones.
HERENCIA DOMINANTE
determina el carácter dominante
A se manifiesta siempre que está presente
2 Alelos
a
determina el carácter recesivo
solo se manifiesta en ausencia del alelo dominante
AA= Homocigoto dominante
Carácter dominante
3 posibles
genotipos
Aa= Heterocigoto
aa= Homocigoto recesivo
2 posibles
fenotipos
Carácter recesivo
HERENCIA INTERMEDIA Y CODOMINANCIA
A1 determina el carácter 1
2 alelos
A2 determina el carácter 2
A1 A1= Homocigoto 1
3 posibles
genotipos
A1 A2= Heterocigoto
Carácter 1
Carácter intermedio
entre 1 y 2= Herencia intermedia
Caracteres 1 y 2
a la vez=Codominancia
A2 A2= Homocigoto 2
Herencia
intermedia
3 posibles
fenotipos
Carácter 2
Codominancia
ALELISMO MÚLTIPLE O SISTEMA MULTIALÉLICO: GRUPO SANGUÍNEO ABO
Alelismo múltiple es la existencia, en la población, de mas de dos alelos para un
carácter, de los cuales cada individuo solo tiene dos. Un carácter humano, regido
por un sistema multialélico, es el grupo sanguíneo ABO. Para determinar el grupo
sanguíneo ABO hay 3 alelos, dos de ellos son codominantes, y se representan por
IA e IB, y el tercero es recesivo frente a los otros dos, y se representa por i. Los dos
primeros determinan los grupos A y B respectivamente y el alelo i determina el
grupo 0. El heterocigoto IA IB presentará grupo sanguíneo AB.
GENOTIPOS
IA IA
FENOTIPOS
Grupo A
IA i
IB I B
Grupo B
B
I i
IA IB
Grupo AB
ii
Grupo 0
ANTÍGENOS Y ANTICUERPOS DEL SISTEMA AB0
La membrana de los eritrocitos contiene, al igual que todas las demás células, un revestimiento
de oligosacáridos que constituye el glicocálix. Entre los oligosacáridos de la superficie de los
eritrocitos se encuentran los que determinan el sistema ABO. Se trata de antígenos de superficie,
es decir, moléculas que son reconocidas como extrañas por el sistema inmunitario de una
persona que no las presenta. Frente a los antígenos extraños, el sistema inmunitario
desencadena una respuesta destinada a su destrucción y una parte de esta respuesta es la
producción de proteínas específicas, denominadas anticuerpos, que en el caso de los grupos
sanguíneos, y no se conoce la razón, ya se encuentran en el plasma de cada persona, sin
necesidad de que el antígeno extraño tome contacto con el organismo. Así, pueden producirse
reacciones inmunitarias, en una transfusión no compatible, que pueden poner en peligro la vida
de la persona.
FUNCIÓN DE LAS ENZIMAS CODIFICADAS POR LOS ALELOS DEL SISTEMA ABO
Los oligosacáridos antigénicos de este grupo sanguíneo son el antígeno A y el B. El alelo IA
codifica una enzima que añade el monosacárido N-acetil-galactosamina a un antígeno H
existente en la superficie del glóbulo rojo. El alelo IB codifica una enzima que añade al antígeno
H el monosacárido galactosa y el alelo i codifica una enzima no funcional que no puede
modificar el antígeno H. En los individuos heterocigotos, están presentes las dos enzimas, que
compiten por unir el monosacárido correspondiente al antígeno H. El resultado es la presencia
de los dos tipos de antígenos, el A
y el B, en la superficie de los
glóbulos rojos, lo que dermina el
grupo sanguíneo AB.
Alelo IAcodifica:
Alelo IB codifica:
EL FACTOR RH
Otro antígeno presente en la superficie de los glóbulos rojos es el factor Rh, denominado
así porque fue descubierto en la sangre de un mono de laboratorio de la especie Macaccus
rhesus. Las personas que poseen este antígeno (un 85% de la población) se denominan
Rh positivas y las que no lo poseen, Rh negativas. La transfusión de sangre Rh+ a una
persona Rh- induce en esta la formación de anticuerpos, pero estos no se encuentran
previamente en el plasma como en el caso del sistema ABO
Frecuencia de los grupos sanguíneos
en la poboación mundial
El nombre de Rh del factor sanguíneo
procede de la especie Macacus rhesus
donde se encontró por primeira vez
HERENCIA DEL FACTOR RH
El factor Rh tiene un tipo de herencia dominante, de modo que el alelo dominante determina
el carácter Rh+ y el alelo recesivo Rh- . Los homocigotos dominantes, al igual que los
heterocigotos, serán Rh+ y los homocigotos recesivos serán Rh-.
COMPATIBILIDAD DE SANGRES
Debido a las reacciones inmunitarias que se pueden desarrollar en las personas que reciben
sangre no compatible con la suya, que pueden poner en peligro su vida, es muy importante
tener en cuenta, antes de realizar una transfusión, la compatibilidad de las sangres del donante
y del receptor.
ENFERMEDAD HEMOLÍTICA DEL RECIÉN NACIDO: ERITROBLASTOSIS FETAL
Se produce cuando una mujer Rh- está embarazada y el feto es Rh+. Durante el embarazo,
los glóbulos rojos del feto pueden pasar al torrente sanguíneo de la madre, pero mas
frecuentemento esto ocurre en el parto o si hay un aborto. El antígeno Rh+ estimulará la
producción de anticuerpos maternos anti Rh+. En un segundo embarazo estos anticuerpos
atravesarán la placenta hasta el feto donde, en caso de que este sea Rh+,destruyen sus
glóbulos rojos.
DETERMINACIÓN CROMOSÓMICA DEL SEXO (I)
El sexo está determinado por un par de
cromosomas sexuales o heterocromosomas
Iguales (XX o ZZ) en
sexo homogamético
Distintos (XY o ZW) en
sexo heterogamético
Produce 1 solo tipo de
gametos (todos con X o con Z)
Produce 2 tipos de gametos
(la mitad con X o Z y la otra
mitad con Y o W)
Hembras de Mamíferos,
Equinodermos,
muchos Artrópodos...
Machos de Aves, Anfibios,
Reptiles, Peces y algunas
mariposas
Machos de Mamíferos,
Equinodermos,
muchos Artrópodos...
Hembras de Aves, Anfibios,
Reptiles, Peces y algunas
mariposas.
DETERMINACIÓN CROMOSÓMICA DEL SEXO (II)
El sexo está determinado por el
número de cromosomas sexuales
(grillos, cucarachas, saltamontes)
Hembras con dos
cromosomas: XX
Todos sus gametos tienen
un cromosoma X
Machos con un solo
cromosoma X (XO)
determinan el sexo de la descendencia,
ya que pueden producir gametos con
cromosoma X o gametos que sólo
contengan autosomas
EN MAMÍFEROS Y AVES EL SEXO ESTÁ DETERMINADO POR UN PAR DE CROMOSOMAS
En los mamíferos, los machos son el sexo heterogamético y las hembras, el homogamético.
En las aves ocurre lo contrario, el sexo homogamético corresponde a los machos y el
Heterogamético a las hembras.
DETERMINACIÓN CARIOTÍPICA DEL SEXO
En los insectos sociales, como abejas, hormigas o avispas, el sexo depende de la dotación
cromosómica del individuo: los machos son haploides y las hembras diploides. Los machos
provienen de óvulos que se desarrollan sin haber sido fecundados (partenogénesis) y las
hembras de óvulos fecundados. Los gametos en la hembra reproductora se originan por
meiosis, mientras que en los machos lo hacen por mitosis.
DETERMINACIÓN AMBIENTAL DEL SEXO
En algunos animales la determinación del sexo depende de circunstancias ambientales.
El medio modifica el metabolismo de las células embrionarias distinguiéndolas de otras y
determinando el sexo. El caso más común es el de los cocodrilos, caimanes y aligatores,
en los que temperaturas de incubación de los huevos superiores a 27ºC darán lugar a
machos y a temperaturas inferiores se formarán hembras. En las tortugas también la
temperatura de incubación determina o sexo de las crías, pero en este caso a temperaturas
más altas se desarrollarán hembras y a menores temperaturas machos.
HERENCIA DEL SEXO EN LA ESPECIE HUMANA
Las mujeres, al tener dos cromosomas X producen únicamente óvulos con un cromosoma X.
Los varones, en cambio, producirán dos tipos de espermatozoides en la misma proporción:
la mitad con el cromosoma X y la otra mitad con el cromosoma Y. De esta manera, el sexo
de la descendencia estará condicionado por el tipo de espermatozoide que fecunda a cada
óvulo. Así, la probabilidad de tener un niño o una niña es la misma, un 50% ,en cada
nacimiento
HERENCIA LIGADA AL SEXO
Los cromosomas sexuales no son perfectamente homólogos, pues el cromosoma X es mayor
que el Y y solo un pequeño segmento en ambos presenta homología (señalado en lila en la
imagen inferior). En los segmentos no homólogos (diferenciales) de ambos cromosomas habrá,
pues, genes para caracteres distintos. De estos genes los varones solo tendrán uno (bien en el
X, bien en el Y) y las mujeres tendrán dos alelos, uno en cada cromosoma X, pero no tendrán
nunca los genes del segmento diferencial de Y, pues no presentan este cromosoma. De esta
manera, habrá caracteres exclusivamente masculinos, que dependen de genes presentes en
el segmento diferencial del cromosoma Y, que heredarán todos los hijos varones de su padre, y
caracteres que dependen de genes localizados en el segmento diferencial de X, para los cuales
los varones solo poseerán un alelo, mientras que las mujeres tendrán dos. En estos dos casos,
la herencia de los caracteres tiene un patrón distinto en varones y hembras, denominándose
herencia ligada al sexo.
Los caracteres regidos por genes
localizados en en segmento
diferencial del cromosoma X se
denominan caracteres ginándricos.
Los caracteres regidos por genes
localizados en el segmento
diferencial del cromosoma Y se
denominan caracteres holándricos.
Segmentos
diferenciales
HERENCIA DE UN GEN LIGADO AL SEXO (CROMOSOMA X) EN DROSOPHILA
PISTAS PARA DESCARTAR QUE UN GEN ESTÁ LIGADO AL SEXO
EN EL CROMOSOMA X
EN EL CROMOSOMA Y
RECESIVO
Si el padre no presenta el
carácter, pero una hija sí
Si lo presenta alguna mujer
DOMINANTE
Si lo presenta el padre,pero
no alguna de sus hijas
Si lo presenta un hijo varón
pero no su padre
Si la madre lo presenta y
tiene un hijo varón sin él
HERENCIA DE UN CARÁCTER GINÁNDRICO RECESIVO
Entre los caracteres humanos determinados por genes recesivos que se localizan en el
segmento diferencial del cromosoma X destacan el daltonismo (ceguera parcial para los
colores) y la hemofilia (dificultad o imposibilidad de coagulación de la sangre), que siguen,
por tanto, el mismo tipo de herencia:
# Con un padre afectado y una madre sana no portadora, todas sus hijas serán
portadoras (heredan el alelo mutado del padre), y todos los hijos serán normales
(pues heredan el cromosoma X con el alelo normal de la madre).
# Con un padre afectado y una madre sana portadora (heterocigota) la probabilidad de
que un hijo varón esté afectado es del 50% (heredan el cromosoma X con la mutación
de su madre) y la probabilidad de que una hija esté afectada es también del 50% (pues
hereda el cromosoma X con la mutación de la madre y del padre).
# Con un padre sano y una madre portadora, la probabilidad de que un hijo varón esté
afectado es del 50% y, en el caso de las hijas, ninguna estará afectada aunque hay un
50% de probabilidad de que sean portadoras.
# Con un padre sano y una madre afectada, todos los hijos varones estarán afectados,
pero ninguna hija lo estará, aunque todas serán portadoras.
La hemofilia: una enfermedad real
La hemofilia ha sido especialmente estudiada porque afectó a las familias reales europeas
cuyos miembros descienden de la reina Victoria de Inglaterra, quien la transmitió a uno de
sus hijos (que falleció de hemorragia interna tras una caída) y al menos a dos de sus hijas.
No se conocían casos de hemofilia entre los antepasados de la reina Victoria por lo que se
supone que la enfermedad apareció por mutación de uno de los alelos normales de ésta.
Información
CARACTERES INFLUÍDOS POR EL SEXO
Existen caracteres como es el caso de la calvicie en humanos y la presencia o ausencia
de cuernos en algunas razas ovinas, que están determinados por genes de herencia
autosómica y su expresión depende del contexto hormonal. La calvicie, al igual que la
presencia de cuernos en esas razas ovinas,es dominante en los hombres y recesivo en
las mujeres.