APUNTES DE GENÉTICA jano

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PREPARATORIA
DE GENÉTICA
TEMAS A TRATAR
1.
Conceptos básicos de genética
Gen
Alelo
Genotipo
Fenotipo
Homocigótico
Heterocigótico
2.
Experiencias y leyes de Mendel
3.
Herencia ligada al sexo y herencia mitocondrial
4.
Interacción alélica e interacción génica
5.
Ligamiento y recombinación. Mapas genéticos.
1. CONCEPTOS BÁSICOS DE GENÉTICA
Concepto de GEN.
Los genes son unidades de información genética que se disponen uno
tras otro en el ADN y en los cromosomas cuando éstos se forman
durante la mitosis y meiosis.
Muchos genes llevan información para fabricar cadenas
polipeptídicas, otros para la transcripción de ARN trasnferentes y
ribosomales y otros se encargan de regular la actividad de otros
genes.
Dada su condición de diploide, el ser humano lleva dos genes para
una misma característica o función.
Concepto de ALELO o GEN ALELO.
Son cada una de las informaciones distintas que puede contener un
gen para un determinado carácter. Por ejemplo, son alelos las
informaciones para el color amarillo y verde de la superficie del
guisante o las tres posibles para el sistema del grupo sanguíneo ABO,
es decir, información para sangre tipo A, tipo B y tipo O. Aunque
haya más de de dos alelos posibles para un determinado gen, cada
individuo sólo portará dos de ellos. Los alelos se representan con
letras, mayúsculas en el caso de que el alelo sea dominante o
minúsculas si el alelo es recesivo.
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Aunque haya tres tipos de
informaciones distintas para el
grupo sanguíneo ABO
- IA - sangre tipo A
- IB - sangre tipo B
- i sangre tipo O
las combinaciones de los
disitntos indiviudos sólo podrán
ser:
- IA IA
- IA i
- IA IB
- IB IB
- IB i
-ii
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Un alelo dominante es aquel que se expresa en el individuo
enmarascando completamente a la información del alelo recesivo.
Dicho de otra manera, si un individuo tiene en sus dos informaciones
para el mismo carácter un alelo dominante y otro recesivo, la
información que actuará en el individuo será la dominantes,
quedando la recesiva completamente silenciada. Esto sólo ocurre en
carácteres que presentan dominancia completa.
Concepto de GENOTIPO
Es el conjunto de genes que tiene un individuo y se suele representar
mediante letras.
Concepto de FENOTIPO
Es el aspecto externo o consecuencia que muestra un individuo
según el genotipo que tiene.
Concepto de HOMOCIGÓTICO
Se dice que aquel carácter (o individuo) que lleva como información
los dos alelos iguales. Son las “razas puras” de Mendel.
Concepto de HETEROCIGÓTICO
Se dice aquel carácter (o individuo) que lleva dos informaciones
diferentes. Son los “híbridos” de Mendel.
En 1866, Gregor Johann Mendel
publicó los resultados de una
serie de experimentos que
sentaron las bases de la genética
como una ciencia a tener en
cuenta. Hasta 1900 sus trabajos
pasaron inadvertidos.
2. EXPERIENCIAS Y LEYES DE MENDEL
A partir de experimentos con guisantes, Mendel estableció unas
leyes para la herencia que aún siendo parciales se cumplen con
rigurosidad dentro unas condiciones, como por ejemplo, que los
genes de los caracteres que estudió Mendel estaban en cromosomas
diferentes o que cada carácter estaba controlado por un sólo gen.
A partir de las experiencias con guisantes que se detallan más
adelante, Mendel estableció los siguientes postulados
(1): La herencia de un determinado carácter está controlado por
factores que se encuentran por pares en el organismo. Gracias a
los conocimientos posteriores de citología se sabe que esto es así
porque la existencia de cromosomas homólogos que portan los genes
para un mismo carácter en la misma posición aunque pueden llevar
alelos diferentes.
(2): Cuando dos “factores” distintos, responsables de un determinado
carácter se encuentran al mismo tiempo en un individuo, uno domina
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completamente al otro de modo que este último no muestra ninguna
evidencia en el fenotipo.
Este hecho lo puso de manifiesto con la cruza monohíbrida que
consiste en cruzar dos razas puras, una fenotipo dominante
(guisantes amarillos) con otra de fenotipo recesivo (guisantes
verdes). Toda la descendencia fue amarilla.
A partir de esta experiencia también se enunció la ley de la
uniformidad de la primera generación filial (F1) que dice que al
cruzar parentales (P) razas puras, toda la descendencia es igual
(3): Cuando un organismo forma los gametos, los “factores” que
estaban juntos en el individuo se separan y se mezclan aunque se
hayan heredado juntos.
Hoy en día se sabe que esto sucede durante la meiosis, en concreto,
gracias a la disposición al azar de los bivalente maternos y paternos
en la metafase I y a que en la Anafase I viajan cromosomas a cada
polo. Esto último reduce a la mitad la cantidad de material genético
y por eso el genotipo de los alelos se representa con la mitad de
letras que las que tiene el genotipo del individuo.
En la segunda figura de la derecha se muestra un cuadrado de
Punnett que es un buen instrumento para visualizar los porcentajes
de la descendencia. En él, se escriben los genotipos de los gametos
(mitad de letras) que forman cada uno de los progenitores en las
entradas de filas y columnas de modo que en cada celda se escriben
todas las letras correspondientes a los genotipos de los gametos que
intersectan.
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En el caso de que se estudien dos caracteres cuyos genes se
encuentran en cromosomas diferentes, se cumplen los principios.
De este tercer principio emanan la segunda y tercera ley de Mendel.
la segunda es la ley de disyunción de los alelos (por la anafase I) y la
tercera es la ley de la herencia independiente (por la disposición al
azar de los bivalente en la metafase I).
Esta última ley se basa en las pruebas de dihibridismo de los
guisantes.
La proporción de la F2 9:3:3:1 tras autofecundar la F1 es la
proporción habitual de las pruebas de dihibridismo (llamado así
En la imagen superior se puede
comprobar la primera ley de
Mendel o ley de la uniformidad.
En el cuadro de la derecha se
puede observar tanto la segunda
como la tercera ley
porque se estudian 2 caracteres). Servirá de base para el estudio de
otros tipos de herencia en la que hay interacción de genes.
Uno de los cruces muy utilizados para determinar el genotipo de un
individuo es la cruza de prueba, que consiste en un cruzar un
individuo con fenotipo dominante con el homocigótico recesivo.
Según la proporciones de la descendencia se podrá deducir si el
fenotipo dominante se encontraba en homocigosis o heterocigosis.
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EJERCICIO Nº1
Si una planta homocigótica de tallo alto (AA) se cruza con una
homocigótica de tallo enano (aa), sabiendo que el tallo alto es
dominante sobre el tallo enano, ¿Cómo serán los genotipos y los
fenotipos de la F1 y F2?
SOLUCIÓN EJERCICIO nº 1
EJERCICIO Nº 2
En la especie humana, el carácter braquidactilia (dedos anormales)
(B) es dominante sobre el carácter dedos normales (b), y el de
dentinogénsis imperfecta (D) dominante sobre dientes normales (d).
Un hombre dihíbrido con braquidactilia y dentinogénesis imperfecta,
se casa con una mujer de la mismas características.
SOLUCIÓN EJERCICIO nº 2
Estudia la proporción fenotípica de la descendencia.
ENFERMEDADES AUTOSÓMICAS
ÁRBOLES GENEALÓGICOS
Un árbol genealógico es una representación gráfica de la transmisión
de caracteres hereditarios de una generación a otra.
AR - autosómica recesiva
AD - Autosómica dominante
Consta de una serie de símbolos y enlaces que representan a los
individuos y la forma que tienen de relacionarse entre ellos.
Enfermedad de Tay-Sachs AR
Neurofibromatosis - AD
Fibrosis quísitca - AR
Acondroplasia - AD
Hipercolesterolemia familiar
Síndrome de Lynch - AD
Anemia Falciforme - AR
Síndrome de Miller-Dieker: AD
Fenilcetonuria - AR
Corea de Huntington - AD
Ataxia telangectasia - AR
Cada generación viene dada por un número romano y a cada individuo
de cada generación se le asigna un número arábigo. De este modo se
puede referir de manera precisa a cada individuo del árbol. Así, por
el ejemplo el individuo II, 3 será el tercer individuo de la segunda
generación.
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A continuación se presentan dos árboles genealógicos con unas
preguntas al respecto como ejercicio de comprensión de los
conceptos explicados hasta ahora.
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Ejercicio nº 3
El árbol genealógico superior se muestra la herencia de una
enfermedad de transmisión hereditaria. A partir de su observación
contesta razonadamente a las siguiente cuestiones:
SOLUCIÓN EJERCICIO nº 3
a) ¿Se trata de una enfermedad dominante o recesiva?
b) La descendencia de un varón con genotipo como III6 con una
mujer de genotipo como II5, ¿padecerá toda ella la enfermedad?
c) ¿Un cuarto hijo de II3 y II4 podría padecer la enfermedad?
Ejercicio nº 4
SOLUCIÓN EJERCICIO nº 4
El árbol genealógico superior se muestra la herencia de una
enfermedad de transmisión hereditaria. A partir de su observación
contesta razonadamente a las siguiente cuestiones:
a) ¿Se trata de una enfermedad dominante o recesiva?
b) Determina el genotipo de I1 y I2
c) ¿Pueden tener III3 y III4 el mismo genotipo?.
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TRIHIBRIDISMO (o cruce de tres factores)
No es más que una ampliación del número de caracteres que se
estudian a tres. (se podrían ampliar a más).
El proceso de herencia para tres o más genes mendelianos (situados
en cromosomas diferentes) es igual que para uno o dos caracteres
sólo que más laborioso. Por eso se recomienda seguir cierto sistema
como el método de bifurcación.
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3. HERENCIA LIGADA AL SEXO
Herencia ligada al cromosoma X. La herencia cuyos genes se sitúan en
la región diferencial del cromosoma X se heredan de manera
diferente en el varón que en la mujer.
Los machos como el de la especie humana que son XY no pueden ser
ni heterocigóticos ni homocigóticos para el carácter al llevar tan
sólo un cromosoma X. A esta condición se le denomina hemizigosis.
Investigación 1.1
El cromosoma Y tiene una región
de apareamiento homólogo con
el cromosoma X ya que ambos
sufren sinapsis durante la
meiosis.
Sin embargo hay una zona
amplia del cromosoma X que
carece de su correspondiente
homólogo con el Y. Esta es la
región diferencial del
cromosoma X.
Un varón con déficit en la glucosa-6-P deshidrogenasa, tiene hijos
con una mujer cuyo padre también tenía déficit para ese enzima.
Deduce buscando información sobre ese carácter en internet, el
posible genotipo del hombre y de la mujer y las frecuencias
genotípicas de los descendientes.
Investigación 1.2
Un varón con déficit en la hipoxantin-guanosin-fosforibosil
transferasa, tiene hijos con una mujer cuyo padre también tenía
déficit para ese enzima.
Deduce buscando información sobre ese carácter en internet, el
posible genotipo del hombre y de la mujer y las frecuencias
genotípicas de los descendientes.
ANOMALÍA
CARACTERÍSTICAS
Daltonismo - Tipo
deutan
Insesibilidad a la luz verde
Daltonismo tipo
protan
Insensibilidad a la luz roja
Enf. de Fabry
Deficiencia de la galactosidasa. Defectos
en el corazón y riñones. Muerte temprana
Hemofilia A
Déficit de factor VII de coaguliación
Hemofilia B
Déficit de factor X de coagulación
Sindrome de Hunter
Enfermedad de almacenamiento de
mucopolisacáridos por deficiente de
iduronato sulfatasa. Estatura baja desdos
en garra
Distrofia muscular
Deficiencia de distrofina. Degenración
muscular progresiva
Icitosis
Déficit de enzima esteroide sulfatasa
Sin. Lesch-Nyham
Déficit de hipoxantin-guanosin
fosforibosil trasnferasa
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NOTA: los ejercicios señalados
como “investigación” requieren
búsqueda de información
adicional para poder ser
resueltos.
GENÉTICA BÁSICA
Enfermedades ligadas al
cromosoma X en la especie
humana
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Es muy difícil que una mujer padezca enfermedades ligadas al
cromosoma X porque para ello es necesario que el padre padezca la
enfermedad y la madre portadora. Sin embargo, en algunos casos
aparecen mujeres que padecen la enfermedad con un sólo alelo. Éstos
son:
• Que se produzca semidominacia, es decir, que el alelo recesivo
presente cierta intensidad en mujeres portadoras.
• Inactivación del cromosoma X sano. (poco frecuente)
• Síndrome de Turner (45 + XO)
Ejercicio nº 5
La distrofia muscular de Duchenne es una enfermedad degenerativa
recesiva ligada al cromosoma X que provoca un degeneración
progresiva en las células musculares.
SOLUCIÓN AL EJERCICIO Nº 5!
Una mujer se casa con un varón, ambos normales, y no se conoce en
ambos ningún antepasado con distrofia en las dos generaciones
anteriores.
Su primer hijo es normal pero el segundo varón padece distrofia.
a) ¿Cuáles es la probabilidad de que el siguiente hijo varón también
padezca la enfermedad?. ¿Y si fuese una niña?
b) ¿Cuál es el genotipo de la madre de la mujer?
c) Haz un árbol genealógico que incluya al matrimonio, a sus padres y
a los hijos, añadiendo una niña que tuvieron como tercer
descendiente.
Ejercicio nº 6
SOLUCIÓN AL EJERCICIO Nº 6!
Dos madres han dado a luz a sus hijos al mismo tiempo en un hospital
urbano muy atareado. El hijo de la pareja 1 tiene hemofilia, una
enfermedad ocasionada por un alelo recesivo ligado al X. Ninguno de
los dos padres tiene la enfermedad. La pareja 2 tiene un hijo normal,
a pesar de que el padre es hemofílico.
Varios años más tarde la pareja 1 puso un pleito al hospital
reclamando que estos dos recién nacidos se cambiaron después del
nacimiento.
Te llaman como consejero genético para testificar. ¿Qué información
proporcionarías al jurado en relación con la alegación?
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Ejercicio nº 7
El siguiente árbol genealógico muestra la transmisión de una
enfermedad
SOLUCIÓN AL EJERCICIO Nº 7!
Indica si es dominante o recesiva o si es autosómica o ligada al
cromosoma X.
De termina el genotipo de I1 e I2 según tus conclusiones anteriores.
¿Qué porcentaje de descendientes afectados habría si los
progenitores son como III 7 y III 12?
4. INTERACCIÓN ALÉLICA E INTERACCIÓN GÉNICA
En algunos casos existen alelos que no
dominan completamente el uno sobre el
otro sino que ambos tienen la misma
fuerza. A este fenómeno se le denomina
CODOMINANCIA.
En el caso particular de que el fenotipo
expresado por el heterocigótico sea una
mezcla del fenotipo de los
homocigóticos recibe el nombre de
DOMINANCIA INTERMEDIA.
Un ejemplo de dominancia intermedia es
el de los Dondiegos de noche o Boca de
Dragón en el que los homocigóticos
presentan fenotipos rojos y blancos y el
híbrido color rosa.
Un concepto importante en la
codominancia es el de EFECTO UMBRAL
ya que ayuda a comprender algunos
aspectos que tienen que ver con enfermedades.
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La Enfermedad de Tay-Sachs es
una mutación que afecta a la
hexosaminidasa A un enzima
relacionado con el metabolismo
de los lípidos.
MODO DE HERENCIA
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Tomemos como ejemplo la Enfermedad de Tay-Sachs (o Enfermedad
GM2). Los homocigóticos recesivos están gravemente enfermos. Los
heterocigóticos sólo producen el 50 % del enzima afectado pero con
esa cantidad el metabolismo no se resiente y el individuo lleva una
vida completamente normal.
A la cantidad necesaria de producto genético para que la expresión
fenotípica sea normal se le llama EFECTO UMBRAL. En el caso de la
Enfermedad de Tay-Sachs el umbral es menor del 50 %.
ALELOS LETALES
La mutación del color amarillo en
el ratón es causada por una
deleción. Esta deleción también
afecta a un gen adyacente vital.
Cuando sólo hay una copia de
este gen, la situación es
compatible con la vida, pero si
faltan los dos (homocigosis)
genes adyacentes al del color, ya
no lo es.
Existen un grupo de genes cuya mutación si se presenta en
heterocigosis es tolerable y tienen un comportamiento dominante
en cuanto al fenotipo normal (llamado salvaje o silvestre por los
genetistas). Sin embargo si la mutación se presenta en homocigosis
tiene un efecto letal y los individuos no nacen o bien mueren a
cierta edad. Son alelos dominantes con efecto letal recesivo. El
ejemplo más claro es el del color del pelaje del ratón.
El pelaje de color normal de los ratones se denomina color agutí. Se
descubrió una mutación dominante
que provocaba que los ratones
tuviesen el pelo amarillo. Pero
resultó que cuando los dos alelos
amarillos coincidían en un ratón,
éste moría, es decir, tenía un efecto
letal recesivo.
También existen mutaciones letales
dominantes. En este caso, un único
alelo es insuficiente para fabricar la
cantidad de producto requerido de
modo que éste no supera el umbral
crítico.
Un ejemplo trágico para la especie
humana es la Enfermedad de
Huntington, una enfermedad
neurodegenerativa que suele
aparecer a partir de los 40 años
(¡pueden haber tenido descedencia
antes de padecer la enfermedad!)
Ejercicio nº8
La ausencia de patas en las reses se
debe a un gen letal recesivo. Del
apareamiento entre un toro y una
vaca, ambos híbridos, ¿qué
proporciones genotípicas se esperan
en la F2 adulta?. Los becerros
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amputados mueren al nacer. (la F2 se obtiene por autofecundación de
la F1)
SOLUCIÓN AL EJERCICIO Nº 8
Ejercicio nº 9
En las gallinas existe un gen letal (l) recesivo ligado al cromosoma X.
Si un macho heterocigoto, para ese gen letal, se cruza con una gallina
normal, ¿cuál será la proporción de machos y hembras obtenida entre
sus descendientes?. Recuerda que las gallinas son XY y los gallos XX
SOLUCIÓN AL EJERCICIO Nº 9
Ejercicio nº 10
La enfermedad de Tay-Sachs es una enfermedad hereditaria recesiva
que causa la muerte en los primeros años de vida cuando se
encuentra en condición homocigótica. Se piensa que los dedos
anormalmente cortos, braquifalangia,se deben al genotipo
heterocigótico para un gen letal, siendo normal el individuo BB.
¿ Cuáles son los fenotipos esperados entre niños adolescentes hijos
de padres braquifalángicos y heterocigóticos para la enfermedad de
Tay-Sachs ?.
EPISTASIA
Hasta ahora hemos estudiado el hecho de que un locus, en realidad
uno en cada homólogo, controlaba un
carácter.
La ESPISTASIA es un ejemplo de
interacción entre genes que tiene
lugar cuando dos locus (el lugar que
ocupa un gen en un cromosoma)
controlan un sólo carácter. Si por
ejemplo consideramos las formas
alélicas A y a para uno de los genes y
B y b para el otro, además de la
influencia de A sobre a y viceversa o
la de B sobre b y viceversa, también
hay influencia de los alelos del locus
“A” sobre los alelos del locus “B” y
viceversa.
Hay epistasias más complejas en las
que más de dos locus son los
responsables del control de un
carácter, pero estos apuntes se van
centrar en caso de interacción entre
dos.
Las EPISTASIAS suponen la
desaparición de uno o dos fenotipos de la típica proporción 9:3:3:1
de cruza de diheterocigóticos y la alteración de dicha frecuencia.
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SOLUCIÓN AL EJERCICIO Nº 10
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12 : 3 : 1
La aleurona es un conjunto de
gránulos proteícos que se
encuentran en la periferia del
endospermo de las semillas.
9:3:4
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EPISTASIA SIMPLE DOMINANTE: es el caso en el que el alelo
dominante del locus de un gen, pongamos por ejemplo al A, suprime
la acción de los alelos del otro locus, B o b.
EJEMPLO: mazorcas del maiz. La presencia del alelo A obliga hace que
no se aprecie la expresión de los genes de otro loci para el color del
endospermo (sustancia de reserva de la semilla) que puede ser
amarillo o blanco. La presencia de A provoca un color púrupura en la
aleurona que impide la visión del endospermo. Por lo tanto, los
colores de los granos del maíz de las mazorcas pueden ser amarillo,
blanco o púrpura.
EPISTASIA SIMPLE RECESIVA: es el caso en el que el alelo recesivo
de un locus (debe de estar en homocigosis, claro) impide la expresión
del otro.
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Ejemplo: la presencia de aa en un locus impide que se
exprese el color del pelaje de los perros de raza
labrador en otro. Existen perros de color negro, marrón
y oro.
El alelo B produce color negro y el alelo b color
marrón. El alelo A del otro gen permite la expresión
del color y aa la impide generando una coloración clara
llamada “oro”.
Otro ejemplo de epistasia simple recesiva es el del
color de determinadas especies ratones que puede ser
gris (agouti), negros o albinos. En el cruzamiento de
negro (AABB) por albino (aabb), toda la descendencia
fue agoutí (AaBb). El cruzamiento de ratones agoutí
entre sí originó la clásica descendencia de la epistasia
simple recesiva 9 agoutí : 3 negros : 4 albinos.
EPISTASIA DOBLE DOMINANTE: (genes duplicados).
En este caso la presencia de A en un locus o de B en el
otro por separado es suficiente para que se exprese el
carácter.
Es el caso de la síntesis de clorofila en las plantas. Los genotipos
A_B_ , A_bb , aaB_ son plantas que serán capaces de producir
clorofila.
EPISTASIA DOBLE RECESIVA: también recibe el nombre de genes
complementarios. En este caso la presencia del recesivo, en
homocigosis, claro, en cualquiera de los dos loci impide la aparición
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15 : 1
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9:7
13 : 3
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del carácter o dicho de otro modo, es necesaria la presencia de los
dos dominantes para que se exprese el carácter.
Es el caso de la flor del guisante. Para que no sea blanca es necesaria
la presencia del dominante en alguno de los dos loci. En ese caso, la
flor el púrpura.
EPISTASIA DOBLE RECESIVA: El alelo dominante de un locus (por
ejemplo el A) y el recesivo del otro locus (por ejemplo el b)
suprimen, respectivamente la acción de los otros alelos. Por ejemplo,
un locus (A,a) que inhibe la pigmentación y otro locus (B,b) que
controla la producción de pigmentos.
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Ejercicio nº 11
Las hojas de la piña pueden clasificarse en tres tipos: espinosa,
punta espinosa y sin espinas. Cruzamientos realizados con líneas
puras han producido los resultados que aparecen en la tabla:
CRUZAMIENTOS
Parental
F1
F2
1
PE x E
PE
99 PE : 34 E
2
S x PE
S
120S : 39 PE
3
SxE
S
95S : 25PE : 8 E
SOLUCIÓN AL EJERCICIO Nº 11
a) Define los símbolos genéticos con letras y explica los resultados
de los genotipos y sus proporciones.
b) Usando la terminología y lo deducido en (a), determina las
proporciones fenotípicas esperadas en:
b.1) La F1 del cruzamiento sin espinas x espinas con la línea
parental espinosa
b.2) La F1 del cruzamiento sin espinas x espinosa con la F1 del
cruzamiento espinosa x punta espinosa.
Ejercicio nº 12
En el ratón el gen c+ produce pigmentación en el pelo. La coloración
de los individuos c+c+ o c+c depende de su genotipo respecto a otro
gen a+ situado en otro cromosoma. Los individuos a+a+ y a+a son
grises y los aa negros. Dos ratones grises producen una descendencia
compuesta por los siguientes fenotipos: 9 grises, 4 albinos y 3
negros. ¿Cuál es el genotipo de los genitores? .
¿Qué descendencia cabe esperar en el cruce de dos diheterocigóticos?. ¿Hay algún tipo de interacción entre genes?
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SOLUCIÓN AL EJERCICIO Nº 12
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