Diapositiva 1 - genoma . unsam . edu . ar
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Genética Mendeliana Genética • Estudio de los genes – Rol clave en investigación biológica – Genética directa y genética reversa – Aspectos moleculares • Estudio de la herencia – Aspectos cotidianos – Aspectos históricos Gen • Unidad hereditaria que se transmiten de una generación a otra en forma uniforme y predecible, dando origen a una característica fenotípica determinada. • Transmite información sobre estructura y función de proteína • Tiene capacidad de variación: alelos • Fuentes de variabilidad: mutaciones, recombinaciones, ambiental • Genoma/genotipo: dotación genética completa de un individuo Medio Ambiente • Fuente adicional de variabilidad – Proveedor de materias primas – Condiciones (clima, etc.) • Fenotipo: conjunto de características morfológicas, fisiológicas, conductuales y ecológicas de un individuo. Impacto del medio ambiente en el fenotipo Selección natural pH del suelo afecta la coloración de las flores de hydrangea • Principio de variación – Morfología – Fisiología – Comportamiento • Principio de herencia – Caracteres heredables vs no heredables • Principio de selección – Supervivencia – Tasa de reproducción pH 5 pH8 Genética Mendeliana • Experimentos fundacionales de la genética Mendeliana – El método experimental y la terminología de Mendel – Principios de la transmisión génica (leyes de Mendel) 9 Cruce mono-híbrido y principio de la segregación 1:1 9 Cruce di-híbrido y principio de la transmisión independiente – Relaciones genotipo-fenotipo – Naturaleza probabilística de los principios mendelianos • Análisis de pedigrí o genealogías – – – – • Simbología Interpretación de pedigrí Determinación de distintos modos de herencia Ejemplos de pedigrí de algunas enfermedades humanas Bases moleculares de la genética Mendeliana Pre-historia de la genética: miles de años de aplicación agropecuaria Pre-historia de la genética: miles de años de conocimiento de enfermedades heredables Príncipe Príncipe Albert Albert Reina Reina Victoria Victoria Familia real prusiana y rusa Juan Carlos I de España Familia real británica hemofilia en la Realeza Europea Familia real española http://www.sciencecases.org/hemo/hemo.asp http://www.sciencecases.org/hemo/hemo.asp Genética Mendeliana • • • • • • Monje austríaco (1822-1884) Propone herencia particulada (opuesto a la teoría de la herencia de las mezclas) Propone leyes de la herencia de caracteres sencillos Sigue normas estadísticas sencillas Utiliza un modelo experimental apropiado Propone conceptos de gen, dominancia, recesividad, etc. Mendel Web: http://www.mendelweb.org/ “El valor y utilidad de un experimento dependen de lo apropiado que sea el material experimental para el objetivo que se persigue” Gregor Mendel Mendel: Modelo Experimental • Especie (Pisum sativum) – – – – amplia gama de variedades fácil de analizar y de experimentar en condiciones controladas auto o heteropolinización (naturalmente, auto) uso de “líneas puras” (homocigotas), que estuvo preparando por más de 2 años. • Caracteres – – – – discretos y cualitativos (alto-bajo, verde-amarillo, etc.) No presentan alteraciones de fecundidad No están ligados entre sí ni al sexo No hay interacción alélica ni génica • Métodos – análisis cuantitativos de los fenotipos de la descendencia (proporción de cada fenotipo) Los 7 caracteres Mendelianos Primeros Resultados 705 plantas de flores púrpuras 929 semillas 224 plantas de flores blancas Cruzamiento recíproco da ~resultados Primeras Conclusiones El fenotipo blanco está completamente ausente en la F1, pero reaparece (en su forma original) en la cuarta parte de las plantas F2. Nunca obtiene fenotipos intermedios difícil de explicar por herencia mezclada. Herencia “particulada”: la capacidad para producir tanto el fenotipo púrpura como el blanco se mantiene y transmite a través de las generaciones sin modificaciones. Entonces…¿por qué no se expresa el fenotipo blanco en la F1? Fenotipo dominante: aquel que aparece en la F1 tras el cruzamiento de 2 líneas puras. Fenotipo púrpura es dominante sobre el blanco Fenotipo blanco es recesivo sobre el púrpura Terminología • • • • • • • • • • Caracter – Propiedad fenotípica heredable Alelo – cada una de las variantes genotípicas de cada caracter Línea pura – planta que al autopolinizarse generan descendencia homogénea e idéntica al parental Cruce mono-híbrido – Cruzamiento entre organismos que difieren en un único caracter P generation – Parental F1- (first filial) descendencia de la P generation F2 – (second filial) descendencia de la F1 Alelo dominante – alelo expresado en el heterocigota Alelo recesivo – alelo no expresado en el heterocigota Homocigota – Organismo que lleva un par de alelos idénticos para determinado caracter – Homocigote dominante- BB – Homocigote recesivo - bb • • • Heterocigota – Organismo que lleva un par de alelos distintos para determinado caracter (Bb) Genotipo – Composición genética Fenotipo – Apariencia de un organismo, formas o variantes de un carácter. Deriva del griego: “lo que se muestra” Resultados de cruzamientos mono-híbridos Relación de carácteres en F2 siempre es 3:1!! Hetero-polinización de F1 El cruzamiento prueba permite inferir las proporciones de los gametos del heterocigoto Proporciones genotípicas vs fenotípicas F2 Proporciones fenotípicas 3/4 amarillos Proporciones genotípicas 1/4 amarillos puros 2/4 amarillos “impuros” 1/4 verdes 1/4 verdes puros Proporción aparente 3:1 de F2 es 1:2:1 Postulado de Mendel para explicar proporción 1:2:1 1- Existen determinantes hereditarios de naturaleza particulada genes. 2- Cada planta adulta tiene 2 genes para cada caracter, una pareja génica. Las plantas de la F1 tienen genes dominantes (A) y recesivos (a). 3- Los miembros de cada pareja génica se distribuyen de manera igualitaria entre las gametas o células sexuales. 4- Cada gameta es portadora de un solo miembro de la pareja génica. 5- La unión de una gameta de cada parental para formar un nuevo descendiente se produce al azar. Esquema de la generaciones P, F1 y F2 en el sistema de Mendel que implica la diferencia en un carácter determinado por la diferencia de un gen. Primera Ley de Mendel: segregación equitativa de alelos Los dos miembros de una pareja génica (par de alelos) se distribuyen separadamente entre las gametas (segregan) en proporciones 1:1, de forma que la mitad de los gametos lleva un alelo y la otra mitad el otro alelo. S/s S 25% S s s 25% 25% 25% Carácter Fenotipos Púrpura (dominante) Genotipos Alelos CC (homocigota dominante C (dominante) Gen Cc (heterocigota) Gen del color de la flor Color de la flor Blanco (recesivo) cc (homocigota recesivo) c (recesivo) Cruzamientos di-híbridos Gen Color Y (amarillo) > y (verde) Gen textura semilla R (liso) > r (rugoso) Las proporciones lisas:rugosas y amarillas:verdes son ambas 3:1!! Cuadrado de Punnet para predecir el resultado de un cruzamiento dihíbrido Por la primera Ley de Mendel: gametas Y = gametas y = 1/2 gametas R = gametas r = 1/2 p (RY) = 1/2 x 1/2 =1/4 p (Ry) = 1/2 x 1/2 =1/4 p (rY) = 1/2 x 1/2 =1/4 p (ry) = 1/2 x 1/2 =1/4 Segunda Ley de Mendel: segregación equitativa de alelos Durante la formación de los gametos la segregación de una pareja génica (par de alelos Aa) se produce de manera independiente de las otras parejas génica (par de alelos Bb). Parejas génicas A a Pareja génica A B b B A a a b A a A a Distribución igualitaria A b B a b B Gametas Gametas Segregación independiente Cruces tri-híbridos ABC P AABBCC x aabbcc F1 AaBbCc x AaBbCc ABc AbC Abc aBC aBc abC abc ABC AABBCC AABBCc AABbCC AABbCc AaBBCC AaBBCc AaBbCC AaBbCc ABc AABBCc AABBcc AABbCc AABbcc AaBBCc AaBBcc AaBbCc AaBbcc AbC AABbCC AABbCc AAbbCC AAbbCc AaBbCC AaBbCc AabbCC AabbCc Abc AABbCc AABbcc AAbbCc AAbbcc AaBbCc AaBbcc AabbCc Aabbcc aBC AaBBCC AaBBCc AaBbCC AaBbCc aaBBCC aaBBCc aaBbCC aaBbCc aBc AaBBCc AaBBcc AaBbCc AaBbcc aaBBCc aaBBcc aaBbCc aaBbcc abC AaBbCC AaBbCc AabbCC AabbCc aaBbCC aaBbCc aabbCC aabbCc abc AaBbCc AaBbcc AabbCc Aabbcc aaBbCc aaBbcc aabbCc aabbcc 3 3 1 27 9 9 Razón fenotípica 9 3 Naturaleza probabilística de las leyes de Mendel Las leyes son probabilísticas, no deterministas. Permiten predecir la probabilidad de los distintos genotipos y fenotipos que resultan de un cruce. Nº de parejas génicas segregantes 1 2 3 4 n Nº de clases fenotípicas 2 4 8 16 2n Nº de clases genotípicas 3 9 27 81 3n Ej: del siguiente cruzamiento entre 2 plantas: Aa bb Cc Dd Ee x Aa Bb Cc dd Ee ¿Qué proporción de la progenie será de genotipo a/a; b/b; c/c; d/d; e/e? Rta: pb (aa bb cc dd ee) = 1/4 x 1/2 x 1/4 x 1/2 x 1/4 = 1/256 Habrá que examinar ~200-300 plantas de la F1 para obtener al menos una planta con el genotipo deseado Las leyes permiten inferir el número de genes que influyen sobre un carácter. Alelismo múltiple A nivel de secuencia nucleotídica prácticamente cada copia de un gen es diferente en algún nucleótido de su secuencia. El alelismo múltiple es ubicuo. BRCA2 Individual Individual Individual Individual Individual Individual Individual Individual Individual 1 2 3 4 5 6 7 8 9 acgtagcatcgtatgcgttagacgggggggtagcaccagtacag acgtagcatcgtatgcgttagacggggtggtagcaccagtacag acgtagcatcgtatgcgttagacggcggggtagcaccagtacag acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacag acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacag acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag Alelismo múltiple •En algunos casos, es posible determinar los grados de dominancia entre miembros de una serie alélica. Ej.: Pelaje conejo (alelos C+ > Cch > Ch > c) C+ Salvaje Cch Chinchilla Ch Himalaya c albino Genética cuantitativa: caracteres continuos Análisis de Pedigrí Análisis de pedigrí: simbología Análisis de pedigrí: simbología Análisis de pedigrí: desórdenes autosómicos recesivos - Generalmente la enfermedad aparece en la progenie de padres no afectados. - La progenie afectada incluye tanto mujeres como hombres. Se exacerba por co-sanguineidad Pedigrí ilustrativo de un fenotipo recesivo poco común Ej. Fenilcetonuria, fibrosis quística, albinismo Imp! Si bien las leyes de Mendel se cumplen, las proporciones difícilmente se observan, ya que el n es muy chico. Análisis de pedigrí: desórdenes autosómicos dominantes -El fenotipo aparecer en generaciones. tiende a todas las - Los padres afectados transmiten su fenotipo a hijos e hijas en igual proporción. Ej: Huntington, pseudoacondroplasia, polidactilia Pedigrí ilustrativo de un fenotipo dominante poco común Imp! Siempre es mas común encontrar personas llevando una copia del alelo mutante (A/a) que dos copias (a/a). Como consecuencia es muy común encontrar una progenie 1:1 de personas afectadas (A/a) y no afectadas (a/a). Análisis de pedigrí: desórdenes recesivos ligados al cromosoma X • • Los hombres son los más afectados ya que con una madre portadora el carácter se expresa fenotípicamente. En hembras se necesita que ambos padres sean portadores. Si el carácter recesivo es raro casi todas las personas que muestren el fenotipo serán hombres. Ningún descendiente varón de un hombre afectado mostrará el fenotipo pero todas sus hijas mujeres serán portadoras (heterocigota). La mitad de los hijos varones de estas mujeres mostrarán el fenotipo. Algunos desórdenes recesivos ligados al cromosoma X • • • • • Daltonismo (incapacidad de diferenciar entre los colores rojo y verde) Hemofilia (malfuncionamiento de factores de coagulación) Distrofia muscular de Duchenne (malfuncionamiento de la proteína muscular distrofina) Síndrome de feminización testicular (malfuncionamiento de un receptor de andrógenos (AR), afectando el sistema de determinación sexual). Síndrome de Alport (mutación en el gen COL4A5 que causa un defectos en el colágeno tipo IV llevando a insuficiencia renal, sordera y ceguera) Síndrome de feminización testicular. Los cuatro individuos poseen 44 autosomas y un par XY Análisis de pedigrí: desórdenes dominantes ligados al cromosoma X • • Los hombres afectados pasan su condición a todas sus hijas pero a ninguno de sus hijos. Las mujeres heterocigota afectadas casadas con hombres normales pasan su condición a la mitad de sus hijos varones y mujeres. Herencia ligada al cromosoma Y • Debido al bajo contenido de genes en el cromosoma Y, no hay fenotipos no sexuales asociados a este cromosoma. Un carácter, extremadamente raro, que ha sido asociado es la presencia de pelo en las orejas que es transmitido exclusivamente de padres a hijos varones. • El gen más relevante para la determinación sexual es el SRY (Sexdetermining Región Y gene). Además, existen otros genes involucrados en la producción de esperma cuya deleción produce esterilidad. Análisis de pedigrí: desórdenes autosómicos polimórficos Polimorfismo: coexistencia de dos ó más fenotipos comunes de un carácter en una población. Dado que ambos son alelos comunes en la población, la proporción de individuos portadores del alelo recesivo (ya sea en homo o heterocigosis) es mucho mayor que en los desórdenes recesivos poco comunes. Pedigrí ilustrativo de un desorden polimórfico Análisis de pedigrí: resumen •Recesivo autosómico: -Se salta generaciones -Igual distribución entre sexos -Suele aparecer en matrimonios consanguíneos -Dos padres normales producen hijos afectados •Dominante autosómico -Aparece cada generación -Afectados x normales -> 1/2 afectados en la progenie -Igual distribución entre sexos •Recesivo ligado al sexo -Aparece más en machos -Hembras afectadas tienen todos los hijos afectados -Hembras afectadas tienen un padre afectado y una madre portadora •Dominante ligado al sexo -Aparece cada generación -Machos afectados dan hijas afectadas -Machos afectados provienen de madres afectadas Caracteres Mendelianos en humanos •Capacidad de sentir el sabor de la feniltiocarbamida •Albinismo •Tipo sanguíneo •Braquidactilia (dedos de manos y pies cortos) •Hoyuelos de la mejilla •Lóbulos oreja sueltos o adosados •Pecas en la cara •Pulgar hiperlaxo •Polidactilia OMIM - Online Mendelian Inheritance in Man http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?db=OMIM Bases Moleculares del Mendelismo Bases moleculares de la genética mendeliana Alelos: variantes de un mismo gen. Difieren en solo uno o unos pocos nucleótidos entre sí. Alelo “wild-type”: forma en la que cualquier gen particular es hallado en la naturaleza. Ej. Color del pétalo de la planta de guisante. Alelo A es wild-type Genotipo A/A A/a a/a enzima activa enzima activa enzima inactiva pigmento púrpura pigmento púrpura no hay pigmento pétalos púrpura pétalos púrpura pétalos blancos Imp! El fenotipo blanco puede darse por la inactivación de cualquiera de los genes involucrados en la síntesis del pigmento. Dentro de cada variante fenotípica hay muchas variantes poblacionales genotípicas Gen determinante para el color de fruto Am Az Alelos Alelo nulo: aquel que lleva a la ausencia del producto génico normal (ej m6) o a la desaparición fenotípica de la función normal (ej m2 y m3). Los alelos nuevos formados por mutación pueden resultar en la pérdida total o parcial de la función, o de la ganancia de más función o incluso adquisición de una nueva función a nivel proteico. Ej. PKU: enfermedad autosómica recesiva generada por el procesamiento anormal del aa fenilalanina por parte de la enzima fenilalanina hidroxilasa (PAH). Ahora…por qué el alelo defectuoso de PAH es recesivo? El gen PAH es haplosuficiente: una sola “dosis” del alelo wild-type es suficiente para producir el fenotipo wild-type. Tanto el genotipo P/P (dos dosis), como el P/p (una dosis) producen una cantidad de PAH suficiente para el normal funcionamiento de la célula. Individuos p/p no tienen actividad PAH. La recesividad de un alelo mutante es generalmente el resultado de la haplosuficiencia del alelo wild-type de ese gen. Al contrario, la dominancia de un alelo mutante es normalmente el resultado de la haploinsuficiencia del alelo wild-type de ese gen particular. Recesividad de un alelo mutante de un gen haplosuficiente: albinismo
