TEMA 1: Aspectos generales de la gentica.

1. Aspectos generales:

La gentica estudia los genes y la transmisin de los caracteres (caractersticas observables de un individuocomo por ejemplo el color de ojos) hereditarios e individuales a lo largo de las generaciones. sta tambinestudia la variabilidad de las especies puesto que los seres vivos son diferentes debido a sus protenas de igualnaturaleza. De esta forma relacionamos genes y protenas y las funciones de stas ltimas son:

Estructural Uas, pelo, piel...Cataltica Enzimas que posibilitan las reaccionesContrctil Cilios, flagelos...Transportadora HemoglobinaDefensiva InmunoglobinaHormonal Oxihormonas

1.1 Gen:

Un gen es un trozo de una molcula en forma de cinta cclica llamada cido desoxirribonucleico (ADN). stees el material hereditario que pasa de una generacin a la siguiente, dicta las propiedades inherentes de cadaespecie. Los genes son las partes funcionales de ADN y son, simplemente, tramos activos ordenados a lo largode los cromosomas. El nmero de genes en el organismo asciende a algunas decenas de millar.

ADN

La molcula de ADN presenta una configuracin tal que explica dos de las propiedades bsicas, la replicaciny la generacin de formas. Veremos que el ADN posee una estructura en doble hlice, con la capacidadinherente de producir copias de s misma, siendo esta propiedad la que permite que se generen y persistan a lolargo del tiempo nuevas rplicas de clulas y organismos. Adems, impreso en la secuencia lineal de loselementos bsicos de dicha molcula se encuentra un mensaje con instrucciones precisas para construir unorganismo.

En el ADN humano encontramos unas 2800 millones de bases nitrogenadas, repartidas en 23 partes(cromosomas). Adems disponemos de una copia. Un 5% de ste se transcribe y se hace servir para el procesode traduccin y para la posterior formacin del ARN mensajero.

1.2 Alelo:

Los genes poseen alelos los cuales son las diferentes versiones de stos mismos. (formas alternativas). Vistode otra forma gen es un trmino genrico y alelo un trmino especfico.

1.3 Fenotipo:

Para evitar confusin entre los genes que se heredan y los resultados de la herencia los genetistas hicieron unadistincin fundamental entre el genotipo y el fenotipo de un organismo. Ya que el fenotipo responde a lasvariedades que puede obtener un determinado carcter. Por tanto fenotipo es aquello que se manifiesta y quedepende ntimamente del genotipo, del medio ambiente y del ruido del desarrollo.

1.4 Genotipo:

1

En cambio el genotipo es una caracterstica de un organismo individual esencialmente fija; permanececonstante a lo largo de la vida y es prcticamente inmodificable por efectos ambientales. As pues dosindividuos comparten el mismo genotipo si tienen el mismo conjunto de genes mientras que stoscompartiran el mismo fenotipo si se parecen el uno al otro de alguna forma visible.

2. Tipos de variacin gentica en los individuos de una misma especie:

Recalquemos que las variantes pueden ser: raras o comunes. Las variantes raras son, generalmente,anormalidades. Sin duda muchas de ellas seran eliminadas por seleccin natural en un ambiente normal, peropueden mantenerse con cuidados especiales y estudiarse sus alelos determinantes. Por otro lado, para muchosgenes hay dos o ms alelos comunes en una poblacin. As pues distinguimos los caracteres de variacindiscontinua y los de variacin continua.

2.1 Caracteres de variacin discontinua:

Son aquellos rasgos que se pueden asociar al conjunto de nmeros naturales. Tales son rasgos como la formay el color de los ptalos de una flor. As distinguimos:

Polimorfismos: Caracteres de variacin discontinua que hayamos frecuentemente en una poblacin.En este caso morfismos sera lo mismo que fenotipo.

Mutaciones: De semejante variacin y que se encuentran raramente en una poblacin.

Frutos de la planta Plectritis (congesta):

Cada planta concreta produce frutos alados o sin ellas. Dejando a un lado dichos fenotipos estas plantas sonidnticas. Slo se diferencian en un gen.

2.2 Caracteres de variacin continua:

Esta tipo de variaciones pueden asociarse al conjunto de nmeros reales. Como por ejemplo la altura, peso ola cantidad de leche que produce una vaca.

Albinismo en una persona de raza negra:

El fenotipo se debe a homocigosis para un alelo recesivo, digamos aa. El alelo dominante A controla un pasode la sntesis qumica de la melanina (el pigmento oscuro de las clulas de la piel, del pelo y de la retina delojo). Dicho paso no se produce en los individuos aa y se bloquea as la sntesis de melanina. As pues unalbino representa una mutacin.

3. Efecto del medio ambiente.

El medio ambiente suministra la materia prima de los procesos de sntesis controlados por los genes. Porejemplo, los animales toman varios aminocidos para sus protenas como parte de su dieta. Tambin granparte de la sntesis qumica de las clulas vegetales emplea tomos de carbono obtenidos del aire, en forma deCO2. Finalmente, bacterias y hongos absorben de su medio muchas sustancias que se emplean simplementecomo esqueletos carbonatados o nitrogenados, convertidos luego por sus enzimas en elementos constituyentesde la clula viva. As pues mediante los genes, un organismo genera el proceso ordenado que llamamos vida apartir de materiales desorganizados del medio ambiente.

De esta forma el fenotipo depende de los factores ambientales y del orden en el cual el individuo se ha idotopando con los diferentes factores del medio ambiente a lo largo de su vida. Tomando de ejemplo laenfermedad de PKV (fenilcetonuria) sta provoca la incapacidad de producir la enzima que transforma la

2

fenilalanina en tirosina, provocando una acumulacin excesiva de dicho aminocido que desemboca entrastornos mentales y fsicos. Por lo tanto se debera mantener una dieta baja en fenilalanina durante losprimeros 5 o 6 aos de vida por tal de evitar dichos efectos.

3.1 Norma de reaccin:

Podemos determinar cuantitativamente la relacin entre genotipo, medio ambiente y fenotipo? Dado ungenotipo particular podramos hacer una tabla con los fenotipos que se produciran del desarrollo de esegenotipo en todos los ambientes posibles. Esta tabulacin de las relaciones medio fenotipo para un genotipodeterminado se denomina la norma de reaccin del genotipo. Cojamos por ejemplo el estudio del tamao delojo de la moscas:

El tamao del ojo de las moscas se ha determinado contando el nmero de sus facetas individuales, o clulas.El eje de ordenadas representa el nmero de facetas (en una escala logartmica); el eje de abcisas representa latemperatura constante a la que se desarrollan las moscas. De tal forma que la expresin matemticacorresponde a la frmula:

N f = K1T + R2

3.2 Ruido de desarrollo:

Hasta ahora hemos considerado que el fenotipo viene determinado inequvocamente por la accin conjunta deun genotipo y un ambiente especficos. Pero una mirada atenta nos permitira observar otras variaciones noexplicadas. Las diferencias en forma y tamao dependen en parte del proceso de divisin celular quetransforma el cigoto en un organismo multicelular. La divisin celular, a su vez, es sensible a los sucesosmoleculares del interior de la clula, y stos dependen de elementos cuyo grado de incertidumbre puede serrelativamente importante. As pues los acontecimientos aleatorios durante el desarrollo producen variacionesen el fenotipo; esta variacin, pues, recibe el nombre de ruido de desarrollo.

Un modelo de determinacin fenotpica que muestra la forma en que genes, medio ambiente y ruido dedesarrollo actan conjuntamente para producir un fenotipo determinado.

TEMA 2: Herencia Mendeliana.

1. Herencia Mendeliana.

El concepto de gen y no la palabra fu propuesta en el 1865 por Gregorio Mendel. La idea que prevalecapreviamente en el siglo XIX era que el espermatozoide y el vulo tenan un conjunto de esencias originadasen las diferentes partes del cuerpo del organismo parental y que durante la concepcin stas se mezclaban dealguna forma para influenciar en el desarrollo de la descendencia. Esta idea de la teora de la herenciaharmonizada surgi a modo de explicar el hecho de que la descendencia mostrara, normalmente,caractersticas parecidas a las de los dos padres. Pero segn esto llegara un momento en el que todos seramosiguales.

An as existan dudas acerca de esta teora puesto que se comprob que la descendencia no es siempre unamezcla intermedia y a partes iguales de las caractersticas de los padres. De esta forma Mendel, y comoresultado de sus investigaciones con las plantas del guisante desarroll una nueva teora, la teora de laherencia particulada. Segn esta teora los caracteres estn determinados por unidades discretas que salen alo largo de las generaciones. Este modelo sirvi para explicar muchas observaciones que no podan serlomediante la anterior hiptesis de la herencia harmonizada. Pero la importancia de la hiptesis de Mendel no sereconoci hasta el 1900, tras su muerte. Todo su trabajo escrito fue descubierto por 3 cientficos, despus deque cada uno de ellos obtuviera, de manera independiente, los mismos resultados que Mendel en sus

3

experimentos pioneros. As pues qued demostrado que los experimentos de Mendel constituan un buenejemplo de la correcta utilizacin del mtodo cientfico.

El ms famoso de los experimentos que realiz Mendel fue el del guisante (Pisum Satirum) debido a su granvariedad de morfologas y colores y de fcil identificacin y tambin debido a que ste se puede autopolinizar.Esto es, las partes masculinas (antenas) tanto como las femeninas (ovarios), que producen respectivamente elpolen y los vulos, estn en dos ptalos fusionados formando un compartimento llamado quilla. As pues elcruce no presenta dificultad alguna.

1.1 Plantas que se diferencian en un nico carcter. 1 Ley: Distribucin igualitaria de los alelos

Es el resultado de la separacin de una pareja de cromosomas homlogos en clulas opuestas, durante laprimera divisin mittica. Los dos miembros (alelos) de un par gnico se distribuyen separadamente(segregacin) entre los gametos. As la mitad de los gametos contienen un miembro de la pareja y la otramitad contiene el otro miembro. Definamos pues:

Genotipo: Combinacin de alelos asociada a un determinado fenotipo como (AA);(Aa);(aa) Individuo heterocigoto: Para un mismo gen contiene 2 alelos diferentes como (Aa). Individuo homocigoto: Para un mismo gen contiene los mismos alelos como (AA) o (aa), esto eshomocigoto dominante y homocigoto recesivo respectivamente.

Definamos pues:

Carcter Propiedad especfica de un organismo.

Lnea pura o raza puraIndividuo de una determinada especie la descendencia de lacual, mediante autofecundacin, siempre mantiene elmismo fenotipo para un determinado carcter.

Generacin parental (P) Primeros individuos que se cruzan.Primera generacin (F1) Descendencia directa de la generacin parental.Segunda generacin (F2) Descendencia de la primera generacin filial.

Otro de los experimentos de Mendel realiz fue el cruce de una lnea pura de flores blancas con una de lilas.Observ as que la generacin F1 tena todas las flores lilas. Posteriormente fecund dos individuos de la F1obteniendo en la F2 flores blancas y lilas. En ese mismo momento demostr que la pionera hiptesis no tenalugar ya que en las generaciones filiales no se obtenan individuos que presentaran una mezcla intermedia delos caracteres. De esta forma Mendel defini varios tipos de fenotipos:

Fenotipo: Formas/variantes de un mismo carcter. Fenotipo dominante: Fenotipo de los padres visible en la primera generacin filial. Fenotipo recesivo: Fenotipo de los padres que no visible en la primera generacin filial. Cruzamiento recproco: Experimento por el cual se efecta la fecundacin procurando todas lasposibilidades de cruzamiento tanto como para el sexo como para los caracteres. Esto es, segn qufenotipo, femenino o masculino, se haga servir.

Con posterioridad Mendel realiz el experimento de los guisantes. ste cruz una lnea pura de la semilla delguisante verde con una igual pero amarilla. En la F1 obtuvo toda una generacin de color amarillo. Segn ladefinicin el color amarillo correspondera a un fenotipo dominante y el verde a un recesivo. Pero en la F2volvi a surgir el color verde. As pues Mendel cont el nmero de individuos de la F2 consiguiendo as 705amarillos y 224 verdes igual a una proporcin 3:1. Pero quiso llegar ms lejos y cruz a los individuos verdesde la F2 en la F3, que tras la autopolinizacin de stos dieron lugar slo guisantes verdes. Por lo tanto eraevidente que todos los guisantes verdes de la F2 eran lneas puras tal y como la lnea parental verde inicial. En

4

cambio con los guisantes amarillos el resultado fue diferente puesto que:

2/3: guisantes amarillos, no puros

1/3: guisantes amarillos puros (como la lnea parental pura inicial)

El anlisis de estas autofecundaciones revel una proporcin igual a 1:2:1:

F2 3/4 Amarillos1/4 Amarillos puros

2/4 Amarillos no puros1/4 Verdes 1/4 Verdes puros

1.1.1 Hiptesis deducidas por Mendel:

Existen entidades materiales responsables de los diferentes caracteres (genes). Estas entidades materiales que Mendel defini como factores hereditarios vienen en parejas. Las diferentesformas de un gen se llaman alelos.

La pareja de factores hereditarios se separan de forma igual entre los gametos. Cada gameto que se forma contiene un nico factor hereditario de la pareja. Los gametos (polen y vulos) se fusionan aleatoriamente independientemente del factor hereditario quecontengan.

Dentro de sus hiptesis ste estructur sus ideas y las represent mediante letras, haciendo servir la letramayscula para representar el alelo dominante (A) y la minscula para el recesivo (a). Estructuremosnosotros:

Alelo dominante = Y (amarillo)

Alelo recesivo = y (verde)

Lnea pura = YY (amarillo puro)

Lnea no pura = Yy (amarillo no puro)

Pero siguiendo con el experimento anterior Mendel cruz un individuo de la F1, esto es, amarillo (Yy) juntocon otro verde (yy). De esta forma vemos los siguientes resultados:

(Yy) x (yy) y yY (Yy) (Yy)y (yy) (yy)

Obtuvo pues 58 semillas amarillas (Yy) y 52 verdes (yy) con valores que se aproximan mucho a unaproporcin 1:1 y que confirman la segregacin igualitaria del alelo Y e y de cada individuo de la F1.

1.2 Plantas que se diferencian por dos caracteres. 2 Ley: Segregacin de los alelos independiente

Es el resultado del comportamiento independiente de distintas parejas de cromosomas homlogos. Los genesse reparten independientemente en los gametos, ms exactamente los genes que se encuentran en diferentescromosomas se reparten independientemente en los gametos. (Hoy en da sabemos que esta ley slo es vlidacuando los genes se encuentran en cromosomas diferentes).

5

Los experimentos de Mendel descritos hasta ahora son el resultado del cruzamiento de dos lneas purasparentales que difieren en un nico carcter. As estas lneas producen descendentes en la F1 heterocigotospara un gen llamados a veces monohbridos. La autopolinizacin o cruzamiento cruzado entre individuos de laF1 heterocigotos idnticos como ((AA) x (Aa)) se denomina cruzamiento monohbrido. Pero Mendel continuanalizando la descendencia de las lneas puras que diferan en dos caracteres. Definamos pues:

Dihbrido Individuo heterocigoto para dos genes: [(Aa/Bb), (Ab/aB), (Aa/Bb)]Cruzamiento dihbrido Cruzamiento entre dos individuos dihbridos.

As pues Mendel utiliz una simbologa nueva:

Para dos genes que se hallan en diferentes cromosomas = Aa ; Bb

Para dos genes que se hallan en el mismo cromosoma = AB/ab o Ab/aB

Si desconocemos la situacin ponemos un punto = Aa . Bb

Los dos caracteres concretos con los que Mendel comenz sus anlisis fueron la forma y el color de lassemillas. Para analizar el cruzamiento dihbrido parti de dos lneas parentales puras. Una de ellas tena lassemillas rugosas y amarillas y la otra eran semillas lisas y verdes:

P1= Rugosos y amarillos : (RR ; YY)

P2 = Lisos y verdes : (rr ; yy)

Los resultados en la F1 demostraron que la dominancia de R e Y sobre r e y no se vea afectada por laheterocigocidad pues obtuvo:

315 amarillos lisos: (rr ; YY) o (rr ; Yy)

108 verdes lisos: (rr ; yy) Forma = 3:1

101 amarillos rugosos: (RR ; YY) o (Rr ; YY) o (RR ; Yy) o (Rr ; Yy) Color = segregacin de alelos

32 verdes rugosos: (RR ; yy) o (Rr ; yy)

6

Las semillas de la F2 eran de 4 fenotipos diferentes con diferentes proporciones:

9 amarillos lisos

3 amarillos rugosos

3 verdes lisos

1 verde rugoso

La presencia de las dos proporciones 3:1 para los dos caracteres por separado, escondidos en la proporcin a:3:3:1 era lo que indudablemente necesitaba Mendel para explicar esta misma proporcin. Ya que vio que stano es ms que la combinacin aleatoria de dos proporciones 3:1 independientes. Una forma de visualizar lacombinacin aleatoria de estas dos proporciones es efectuar un diagrama ramificado del cruzamiento y untester, es decir, un homocigoto recesivo.

(RR ; Yy) o ( rr ; Yy) x ry r/yR/Y Rr ; YyR/y Rr ; yyr/Y rr ; Yyr/y rr ; yy

Pero tambin podemos constituir el cuadrado de Punnet

Las proporciones combinadas se calculan multiplicando a lo largo de las ramas del diagrama como porejemplo 3/4 de 3/4 se calcula como 3/4 x 3/4 = 9/16. As:

3/4 lisos3/4 amarillos = 9/16

1/4 verdes = 3/16

1/4 rugosos3/4 amarillos = 3/16

1/4 verdes = 1/16

1.3 Clculo de las proporciones genticas:

7

1.3.1 Regla del producto:

Cuando dos acontecimientos son independientes la probabilidad de que se produzcan todos a la vez es igual alproducto de las probabilidades individuales.

1.3.2 Regla de la suma:

Cuando dos acontecimientos son mutuamente excluyentes (o sucede uno o el otro) la probabilidad de que seproduzcan dichos acontecimientos es igual a la suma de las probabilidades individuales.

Qu probabilidad tenemos de obtener un individuo homocigoto para aa, bb, cc, dd y ee si cruzamos:

Aa bb Cc Dd Ee x Aa Bb Cc dd Ee

2 x 1 x 2 x 2 x 2 2 x 2 x 2 x 1 x 2

16 gametos 16 gametos

16 x 16 = 256 gametos

AA = 1/4

aa = 1/4

Aa = 1/2

Bb = 1/2

bb = 1/2

CC = 1/4

Cc = 1/2

cc = 1/4

Dd = 1/2

dd = 1/2

EE = 1/4

Ee = 1/2

ee = 1/4

aa(1/4) x bb(1/2) x cc(1/4) x dd(1/2) x ee(1/4) = 1/256

1.4 Cromosomas sexuales y herencia ligada al sexo:

1.4.1 Dimorfismo sexual:

Se dice que un individuo padece dimorfismo sexual cuando posee algn carcter que permita distinguir losdos sexos. En la especie humana hay muchos caracteres que diferencian ambos dos sexos como es el caso deldesarrollo de las mamas en las mujeres y no en los hombres o como la barba en los hombres y no en lasmujeres.

1.4.2 Cromosomas sexuales y autosomas:

Los organismos diploides poseen dos copias de material gentico y cada una de estas copias se organiza en loscromosomas homlogos, as pues una copia por cada cromosoma homlogo.

Todos los cromosomas miden lo mismo entre ellos pero encontramos dos de ellos que son de diferente tamaoy que son los que determinan el sexo del individuo. De esta forma tenemos 22 pares de autosomas y un par decromosomas sexuales. Para el hombre el par es (XY) y para la mujer es (XX). En el caso de las mujeres el parde cromosomas sexuales es idntico, mientras que en los hombres no lo son puesto que el cromosoma Y esms pequeo que el X. As pues:

Hombre = Heterogamtico ya que sus cromosomas sexuales son diferentes (XY). Mujer = Homogamtico ya que sus cromosomas sexuales son iguales (XX).

8

Las moscas del vinagre tambin tienen hembras XX y machos XY pero el mecanismo de determinacin delsexo en la Drosophila es diferente. El nmero de cromosomas X es el que determina el sexo, as XX hembra;X macho. En los mamferos, en cambio, la presencia del cromosoma Y hace que sea macho y su ausenciahembra.

XX XY XXY XDrosophila width="22.54%">

width="20.28%">

width="22.54%">

r>

Humanos width="22.54%">

width="20.28%">

width="22.54%">

table>

Partes de un cromosoma sexual:

En ellos encontramos dos zonas, la regin diferencial y la regin homloga de stos.

La regin diferencial, tal y como su nombre indica diferencia un cromosoma del otro mediante suinformacin gentica contenida en su propio ADN mientras que la regin homloga es la zona donde semantiene la misma informacin en todos los diferentes cromosomas. Es decir, las bases nitrogenadascontenidas son siempre las mismas. (Aunque se ha descubierto que esto no es cierto puesto que sihayamos un gen)

Los genes que encontramos en la regin diferencial no cumplen las proporciones Mendelianas puesto quela mayora de los genes que encontramos en estos cromosomas o tienen nada que ver con ladeterminacin del sexo. Muchas veces, para genes con una localizacin cromosmica ligada al sexomuestran descendentes masculinos y femeninos con proporciones fenotpicas muy diferentes.

Un claro ejemplo es el del color de los ojos de la mosca Drosophila, que vara entre rojos o blancos segnun gen situado en la regin diferencial de X.

Salvaje: W+ (rojos) dominante

Mutante: W (blancos)

Cruzamiento recproco:

P1: XW+ XW+ x XW Y P2: XW XW x XW+ Y

Gametos (XW+) x (XW Y) Gametos (XW) x (XW Y)

XW+ XW XW+ Y XW+ XW XW Y

1:1 1:1

Como podemos observar las proporciones son siempre 1:1, no como predijo Mendel.

Pero volviendo al tema de los cromosomas sexuales la mayora de los genes que encontramos en locromosomas sexuales no tienen nada que ver con la determinacin del sexo.

9

2. Gentica Humana.

Los apareamientos humanos muestran patrones de herencia del tipo descubierto por Mendel (herenciaautosmica) y patrones ligados al sexo. Pero en stos no se pueden realizar cruzamientos controlados a lapar de no obtener tanta descendencia como para comprobar proporciones sino que hemos de estudiar loscaracteres por deduccin. De tal forma que se emplean rboles genealgicos o pedigres utilizando lossmbolos determinados para el estudio de un carcter u otro. As pues el sexo femenino se representa conun crculo y ste mismo con color si representa homocigoto recesivo (afectado) y medio coloreado si esheterocigoto autonmico recesivo (portador). La misma simbologa se utiliza para el sexo femenino perocon un cuadrado. As pues:

En el estudio de las enfermedades poco comunes se pueden detectar 4 patrones generales de herenciamediante anlisis de rbol:

Trastornos autosmicos recesivos Trastornos autonmicos dominantes Trastornos ligados al cromosoma X recesivo Trastornos ligados al cromosoma X dominante

2.1 Trastornos autosmicos recesivos:

El fenotipo afectado por una enfermedad gentica autonmica recesiva viene determinado por una alelorecesivo. Mientras que el fenotipo no afectado est determinado como alelo dominante. Las principalescaractersticas para detectarlo son:

La enfermedad aparece entre la descendencia de padres no afectados pero que s pueden serportadores.

Afecta a ambos dos sexos, femenino y masculino. Los trastornos suelen saltarse generaciones. Slo se muestran pocos individuos afectados.

10

De esta forma podemos descartar problemas de herencia ligada al sexo puesto que si sucede, como hemosmencionado antes, afecta tanto a mujeres como a hombres. Ejemplos de este tipo de enfermedadescongnitas son:

2.1.1 PKV (Fenilcetonria):

Es una enfermedad relacionada con el procesamiento del aminocido fenilalanina (un componente detodas las protenas que ingerimos como parte importante en nuestra dieta). ste se convierte,normalmente en tirosina por la accin de la enzima hidroxilasa. Por lo tanto, si una mutacin en el genresponsable de la segregacin de esta enzima altera su secuencia de aa cerca del centro activo sta nopuede unirse ni transformar a la fenilalanina (sustrato). Lo que provoca que ste aa se acumule en elcuerpo y se convierta en cido fenilpirvico (un compuesto que interfiere en el desarrollo del sistemanervioso y que provoca un retraso mental). Si se detecta el error metablico se pueden disminuir losefectos mediante una diera especial.

Haploinsuficiencia:

En este caso se producira la haploinsuficiencia si uno de los cromosomas homlogos fuese normal ycapaz de codificar la enzima activa. Mientras que el otro no.

2.1.2 Fibrosis qustica:

Enfermedad cuyo sntoma ms grave provoca la hipersecrecin de mucosidad en los pulmones, lo queprovoca la muerte por diferentes causas aunque la mayora de veces a causa de una infeccin de las vasrespiratorias. Pero esta mucosidad puede extraerse mediante agitadores mecnicos y evitando medianteantibiticos la infeccin pulmonar. Los individuos afectados y tratados pueden llegar incluso a la edadadulta. Esta enfermedad est causada por defecto de una protena que transporta iones cloruro (Cl) atravs de la membrana celular. La alteracin del equilibrio salino resultante provoca la hipersecrecin deesta mucosidad pulmonar.

2.1.3 Albinismo:

Esta enfermedad afecta directamente al gen que produce la melanina. Si una persona no tiene ningn genque la produzca sta ser totalmente blanca. El alelo recesivo (a) est causado por un cambio en un par debases nitrogenadas que introducen un codn sin sentido en la fase final de la traduccin gentica en lazona media del gen, lo que da lugar a un polipptido truncado. De forma casual la mutacin introducetambin una nueva diana para una enzima de restriccin. As pues una sonda especfica del gen detectados fragmentos en el caso de (a) y un nico fragmento en el caso de (A).

2.2 Trastornos autosmicos dominantes:

En las enfermedades autosmicas dominantes el alelo normal es el recesivo y el anormal el dominante.Un claro ejemplo son las enfermedades de polidactlia (mayor nmero de dedos) o branquidactlia (queproduce un acortamiento de stos) y la Piebald spoltry (que produce una piel manchada). Lascaractersticas propias que presentan este tipo de enfermedades son:

Los individuos que las padecen se encuentran en cada generacin. Afecta a ambos dos sexos. El cruce de dos individuos afectados puede dar lugar a uno de sano (homocigoto recesivo).

2.2.1 Pseudoacondroplastia:

11

Es un tipo de enanismo. Las personas con estatura normal presentan un genotipo del tipo dd mientras quelos individuos enanos pueden presentar DD o Dd en su genotipo. Aunque se piensa que los individuosDD debido a la doble dosis podran producir efectos mortales en ellos.

2.2.2 Enfermedad de Huntington:

Es una enfermedad degenerativa del sistema nervioso que provoca convulsiones y muerte prematura.Aunque su manifestacin es tarda y slo empieza a aparecer a partir del cruce entre dos individuosportadores del alelo anormal. Por lo tanto sta se manifiesta en el 50% de la descendencia de dichosindividuos.

Cuando se computa globalmente los descendientes de muchos de estos matrimonios se espera unaproporcin 1:1 de aa y Aa. Las enfermedades genticas son muy graves aunque poco frecuentes ya que lamayora de las poblaciones no padecen la enfermedad ni son portadoras. De ah que seamos testigos demuy pocos casos.

2.3 Trastornos ligados al cromosoma X recesivo:

Las caractersticas que rodean a este tipo de enfermedades ligadas al sexo son:

Los afectados son mucho ms hombres que mujeres ya que una mujer slo puede estar afectada silos dos padres son portadores del alelo. Mientras que en los hombres slo es necesario que lamadre sea la portadora. Debido al carcter recesivo que provocan dichas enfermedades.

Ningn descendiente de un varn afectado surgir de igual modo afectado aunque todas sus hijassern portadoras de este alelo recesivo. Por lo tanto, el 50% de los varones de la descendencia deestas hijas portadoras estarn afectados.

Ninguno de los hijos de un varn afectado mostrar el fenotipo en estudio, ni transmitir supropio fenotipo en la descendencia ya que el hijo heredar el cromosoma Y (sano) de su padre ynormalmente no heredar el cromosoma X (afectado) del mismo.

2.3.1 Hemofilia:

En la sangre hayamos un pptido (Factor VIII) que es necesario para iniciar la coagulacin de la sangre.En los afectados de esta enfermedad no lo encontramos.

2.3.2 Daltonismo:

Es la enfermedad que produce la confusin de visin entre los colores rojo y verde.

2.3.3 Distrofia muscular de Duchenne:

Degeneracin de la musculatura a partir de los 6 aos de vida. A los 12 aos estos individuos ya precisande una silla de ruedas y a los 20 mueren. Esto se produce debido a la no sintetizacin de la protenadistrofina.

2.3.4 Sndrome de feminizacin testicular:

Una proporcin igual a 1: 65.000 de los hombres podran verse afectados por esta enfermedad queprovoca una atrofia en los rganos genitales masculinos y por consiguiente una mala regulacin hormonalde los andrgenos.

2.4 Trastornos ligados al cromosoma X dominante:

12

Las caractersticas tpicas de este tipo de enfermedades son:

Los hombres afectados pasan el trastorno a todas sus hijas. Las mujeres heterocigticas (que padecen el trastorno) transmiten la enfermedad a la mitad de sudescendencia. Tanto a hijos como a hijas.

2.4.1 Hipofosfatemia:

Producida por una baja concentracin de fsforo en sangre y en huesos lo que provoca raquitismo conunos consecuentes huesos dbiles.

2.5 Inactivacin del cromosoma X:

El exceso de material gentico como en el caso (XXX) en lugar de (XX) o de (XXY) en lugar de (XY)puede provocar problemas. Durante las primeras divisiones del zigoto, en el caso de la mujer, uncromosoma X se inactiva lo que hace que se condense bastante y sea visible mediante microscopio ynombrado corpsculo de Barr. Sorprendentemente, el estado inactivo persiste a lo largo de todas lasdivisiones mitticas subsiguientes que dan lugar al cuerpo adulto del animal. El proceso de inactivacinocurre al azar, afectando a cualquiera de los cromosomas X. Como consecuencia de esta inactivacin elcuerpo adulto de la hembra es una mezcla, o mosaico, de clulas con cualquiera de los dos genotiposposibles respecto al cromosoma X. Como es el caso del fenotipo en mosaico de las gatas carey y calic.

Los gatos poseen un gen O que origina el color naranja:

OO : Naranja (y blanco)

Oo : Mosaico

oo : Negro (y blanco)

De esta forma, el cuerpo de la gata, en cualquier zona de su cuerpo puede estar inactivado un cromosomaX o el otro formando as 3 colores que nos ayudan a determinar sin duda el sexo femenino de cualquiergato en cuestin.

2.6 Herencia ligada al cromosoma Y:

Los genes de la regin diferencial del cromosoma Y humano son heredados slo por los varones, siendotransmitida slo la regin de padres a hijos varones. El gen TDF desempea un papel primordial en ladeterminacin de la masculinidad, ya que es responsable de la sntesis del factor determinante de lostestculos. Aunque tambin puede ser posible que la hipertricosidad en orejas venga determinada por ungen contenido en el cromosoma Y.

2.7 Polimorfismos autosmicos humanos:

13

Polimorfismo es la coexistencia en una poblacin de dos o varios fenotipos comunes de un carcter. Losfenotipos alternativos de un polimorfismo se heredan a menudo como alelos de un solo gen. De modo quelo que nos hace diferentes los unos de los otros no son mutaciones si no polimorfismos. Como porejemplo el tener los ojos azules o marrones, hoyuelos en la barbilla o no La interpretacin de lospedigres de dimorfismos es diferente a la realizada con para el caso de las enfermedades raras porque,por definicin ambas formas de un dimorfismo son frecuentes. Por lo tanto deben utilizarse mtodos degentica moleculares como el SNP.

3. Interacciones entre los alelos de un gen.

3.1 Dominancia incompleta:

Se da lugar cuando el heterocigoto est asociado a un fenotipo intermedio entre el homocigoto dominantey el recesivo. Como es dicho ejemplo de flores:

AA : rojo

aa : blanco P: AA x aa

Aa : rosa F1: Aa

Este experimento, por tanto contradice las leyes de Mendel y s en cambio favorece a la pionera teora dela herencia harmonizada. Este fenmeno tiene lugar cuando uno de los alelos implicados no produce elproducto activo. Este alelo no produce el compuesto E de tal forma que no todas las clulas podrnobtener este color. El resultado por tanto es rosa ya que se infiltran pequeas dosis de pigmentacincolorada.

3.2 Codominancia:

Se lleva a cabo cuando dos alelos aportan una caracterstica diferente en el fenotipo. Veamos el ejemplode los grupos sanguneos y su respectiva coagulacin mediante sus glicoprotenas:

AA AO BB BO AB OO Genotipo

A A B B AB O Fenotipo

Como podemos observar en este esquema los grupos sanguneos A y B tienen una determinadalipoprotena en la superficie de membrana respectivamente. Los grupos AB contienen las dos y losgrupos sanguneos O no contienen ninguna. Por lo tanto cada uno de los alelos aporta una caractersticadeterminada al fenotipo.

Un ejemplo interesante de relaciones de codominancia en la especie humana lo encontramos en la anemiafalciforme (forma de hoz). El gen en cuestin codifica la molcula transportadora de O2, hemoglobina,constituyente principal de los glbulos rojos. Los tres genotipos presentan diferentes fenotipos:

14

bA bA: Normal; glbulos rojos nunca se deforman.

bS bS: Anemia grave, a menudo mortal; la hemoglobina anmala origina glbulos falciformes.

bA bS: Sin anemia; los glbulos rojos se deforman slo en condiciones de baja concentracin de O2.

TEMA 3: Interrelacin entre genes.

1. Relacin entre genes y fenotipos.

Definamos pues la Norma de Reaccin; perteneciente a una funcin matemtica en la cual el fenotipo esla variable dependiente y el factor ambiental es la variable independiente. Esto es abundante en lapleiotropa. As pues:

Fenotipo = K ( T )2

1.1 Pleiotropa:

Existe una relacin un gen: muchos fenotipos. Esta relacin se conoce como pleiotropa. Se infiere alobservar que determinadas mutaciones seleccionadas por su efecto sobre un carcter especfico afectan amenudo a otros caracteres del organismo. Esto podra significar que existen muchas rutas fisiolgicasrelacionadas que desembocan en un fenotipo similar en varios tejidos.

Por ejemplo la mutacin de ojos blancos en Drosophila no slo resulta una carencia de pigmentacin enlos ojos compuestos, sino tambin en los ocelos (ojos simples), en las capas de tejido que rodean lasgnadas masculinas y en los tmulos de Malpigio (los riones de la mosca). En todos estos tejidos, laformacin del pigmento requiere la incorporacin al interior de la clula de molculas precursoras delpigmento. El alelo blanco provoca un defecto en dicha incorporacin, quedando bloqueada porconsiguiente la formacin del pigmento en todos estos tejidos. La realidad es que una mutacin puede serdominante y recesiva a la vez dependiendo de qu aspectos de su fenotipo pleiotrpico se consideren.

1.2 Polignia:

Existe una relacin un fenotipo: muchos genes. Esta idea inversa a la anterior se basa en la observacinde muchos genes distintos que pueden influir sobre un fenotipo concreto. Este concepto es sencillo deentender si consideramos un carcter como el color de ojos, para el que se requiere el funcionamiento deuna ruta metablica compleja, con numerosos pasos enzimticos, que a su vez se encuentran reguladospor uno o ms productos gnicos.

As se calcula que en la Drosophila hay 100 genes o ms implicados en la pigmentacin del propio ojocompuesto.

15

2. Modificaciones de las proporciones Mendelianas.

AA x aa Aa x Aa Aa x aa Aa ; Bb x Aa ; Bb

1 3:1 1:1 9:3:3:1

2.1 Alelos letales:

Lucien Guenot, 1905, pretenda conseguir una lnea pura de ratones amarillos. Pens que si el color de lapiel dependa de los dos genes (negro y amarillo). Pero no pudo conseguirlo, por lo tanto propuso lasiguiente hiptesis:

El gen A cuando se encuentra en homocigosis s es letal (A'A'), en cambio cuando se encuentra enheterocigosis genera ratones amarillos vivos (A'a). Pero cuando se encuentra en homocigosis recesiva(aa) se da lugar a ratones negros

Por lo tanto, si nos fijamos en la viabilidad (el carcter de vivo) el alelo dominante es a, mientras que sinos referimos al color de piel amarillo el alelo dominante es A'. Otro ejemplo es el del gato Manx. Estosgatos son heterocigotos para un alelo dominante que impide el desarrollo de la cola. El alelo es letal enhomocigosis. Por lo tanto:

M'M' : Gato muerto

M'm : Gato sin cola

Mm: Gato con cola

Tipos de alelos letales:

A. Letales temporales: Son aquellos alelos que afectan al individuo en una u otra etapa de su vida,claros ejemplos:

F. Embrionaria: Fenilcetonria

F. Infantil: Fibrosis qustica

F. Adulta: Enfermedad de Hungtinton

A. Letales condicionales: Un gen pude ser letal dependiendo de los factores ambientales como laenfermedad de PKV (fenilcetonria).

A. Letales subvitales: Afectan a una pequea proporcin de la poblacin. No todo el mundo que poseeel alelo desarrolla la enfermedad.

16

Carga gentica:

Es la frecuencia de alelos letales que hay en una determinada poblacin donde:

N personas = 6 106 3 alelos 3 104 genes 6 106 personas = X alelos

N genes = 3 104 gen individuo

* 3 alelos por gen

105 alelos letales ! Carga gentica = 105 alelos letales 100 = A

X alelos

2.2 Epistasia simple de los alelos recesivos:

Epistasia significa predominante sobre por lo tanto este trmino se refiere a cuando un alelo de un genenmascara la expresin de los alelos de otro gen y expresa en su lugar su propio fenotipo. Por lo tantoeste fenmeno modifica las proporciones de las leyes mendelianas.

Escogemos el ejemplo de la flor Mary ojos azules o Llinsia Parviflora.

Incoloro gen w+ magenta gen m+ azul

Los genes (w) y (m) no estn ligados. Si se cruzan plantas homocigticas blancas y magenta, la F1 y laF2 sern:

ww ; m+m+ (blanca) x w+w+ ; mm (magenta)

!

F1: w+w ; m+m (azul)

w+w ; m+m x w+w ; m+m

!

F2: 9 w+0 ; m+0 (azul) 9

3 w+0 ; mm (magenta) 3

3 ww ; m+0 (blanca)

1 ww ; mm (blanca)

9:3:4

Por tanto se observa una proporcin fenotpica 9:3:4. Esta clase de interaccin se llama epistasia. En esteejemplo el alelo w es epistsico sobre los alelos m+ y m, y stos ltimos slo pueden expresarse enpresencia de w+. Puesto que el alelo epistsico es recesivo.

17

2.3 Epistasia doble de los alelos recesivos:

sta se produce cuando se cruzan dos lneas mutantes y obtenemos el fenotipo salvaje. La campanilla esazul y en algunos casos y debido a mutacin se genera de color blanco. Por lo tanto cruzamos dos lneaspuras blancas. En la F1 nos salen todas azules y en la F2 9 azules y 7 blancas. Con lo que nos sale unaproporcin 9:3:3:1 ya que tan slo hace falta un homocigoto recesivo para que la flor sea blanca.

9 w1+0 ; w2+0

3 w1w1 ; w2+0

1 w1w1 ; w2w2

2.4 Epistasia simple de los alelos dominantes:

Es el fenmeno que produce en los resultados de la F2 una supresin mediante el alelo dominante de laexpresin de las dos alternativas reemplazndolas por otro fenotipo. Como es el caso del perro de la razaLabrador en que su fenotipo mutante presenta un color dorado.

2.5 Genes duplicados:

Algunos genes pueden estar presentes ms de una vez en el genoma. En este caso encontramos dos genesA1 y A2 exactamente iguales (con los mismos caracteres) de manera que estos dos genes llegan amodificar las leyes de Mendel . As pues la lnea pura dominante contiene los dos genes de formahomocigtica y lo cruzamos con una lnea recesiva (para los dos genes) de manera que obtenemos una F1heterocigtica para los dos genes (aunque los dos son el mismo carcter) pero al realizar el

18

autocruzamiento se obtiene una proporcin 15:1. Por lo tanto los genes duplicados ofrecen alternativasgenticas para la produccin de un fenotipo concreto.

2.6 Genes supresores:

Un supresor es un alelo que elimina el efecto de una mutacin ocurrida en otro gen, dando lugar a unfenotipo normal (silvestre). Pueden hallarse tanto en forma recesiva como dominante y por lo tantopueden suprimir tanto mutaciones dominantes como recesivas. La proporcin en la F2 es de 13:3. EstaProporcin es tpica de un supresor recesivo que acta sobre una mutacin recesiva.

La supresin se confunde a menudo con la epistasia. Sin embargo, la diferencia fundamental estriba enque un supresor anula la expresin de un alelo mutante y restablece el correspondiente fenotipo silvestre.Por lo tanto la proporcin dihbrida modificada slo puede presentar dos fenotipos (anormal y normal)mientras que en el caso de la epistasia, el alelo epistsico introduce un tercer fenotipo en la proporcin.

3. Penetracin y expresividad.

Los trminos penetrancia y expresividad cuantifican las modificaciones que sufre la expresin gnica porinfluencias del medio ambiente y del fondo gentico del organismo; miden el porcentaje de casos en losque el gen se expresa y la intensidad con que lo hace, respectivamente.

3.1 Penetracin:

Se define como el porcentaje de individuos de un genotipo determinado que muestra realmente elfenotipo asociado a dicho genotipo. Por ejemplo un organismo puede ser de un genotipo concreto y noexpresar el fenotipo correspondiente, debido a la accin de genes modificadores, epistsicos o supresoresdel resto del genoma, o debido a un efecto modificador del medio ambiente. Por otro lado la carencia deuna determinada funcin gnica puede provocar efectos muy sutiles que son difciles de medir en unasituacin de laboratorio.

3.2 Expresividad:

Otro trmino que define el rango de expresin fenotpica se conoce como expresividad. sta mide elgrado o la intensidad con que se expresa fenotpicamente un genotipo determinado.

TEMA 4: Base cromosmica de la herencia.

1. Desarrollo histrico.

Cmo tom forma la teora cromosmica? Las pruebas se acumularon de forma gradual a partir dedistintas fuentes. Una de las primeras pruebas vino del comportamiento de los cromosomas durante ladivisin nuclear de las clulas. En el perodo de tiempo entre las investigaciones de Mendel y suredescubrimiento, muchos bilogos estaban interesados en la herencia, aunque no eran conscientes de losresultados de Mendel y abordaban el problema de una manera completamente distinta. Estosinvestigadores prestaron atencin a la naturaleza fsica del material hereditario. Un lugar obvio parabuscarlo eran los gametos, que constituyen los nicos elementos de enlace entre las generaciones.Considerando que el vulo y el espermatozoide difieren en tamao pero contribuyen por igual al legadogentico de los descendientes el citoplasma no pareca el alojamiento ms probable de las estructurashereditarias. Se saba, sin embargo, que los ncleos eran aproximadamente del mismo tamao en el vuloy en el espermatozoide, de modo que se consideraron buenos candidatos para contener las estructurashereditarias.

19

Pronto se hizo evidente que los componentes ms conspicuos eran los cromosomas, los cuales resultaronposeer propiedades nicas que los diferenciaba del resto de estructuras celulares. Lo que intrigaba a losbilogos era la constancia del nmero de cromosomas de una clula a otra dentro de un organismo, de unorganismo a otro de la misma especie y de generacin en generacin en esa especie. Cmo se mantieneel nmero de cromosomas? La respuesta surgi observando con el microscopio el comportamiento destos en la divisin celular. De ah surgi la hiptesis de que los cromosomas eran los portadores de losgenes.

Qu es lo que impide la duplicacin del nmero de cromosomas en cada generacin? Este enigma seresolvi tras la prediccin de un tipo de divisin especial que reduca a la mitad el nmero decromosomas. Dicha divisin se denomina meiosis.

El mrito de la teora cromosmica de la herencia se atribuye generalmente a Walter Sutton y aTheodor Boveri en 1902.

2. Mitosis y Meiosis.

Mitosis MeiosisNo disminuye el material gentico. S disminuye a la mitad el material gentico.Divisin de clulas somticas. Divisin de clulas sexuales.A partir de 2n se obtienen 2(2n) iguales. A partir de 2n se obtienen 4(n) diferentes.Desde la fecundacin todo mitosis hasta adulto. Produccin de gametos.

2.1 Mitosis:

Es la divisin nuclear asociada a la divisin de las clulas somticas (clulas de un organismo eucariticoque no van a convertirse en clulas sexuales). Las etapas del ciclo de divisin celular son similares en lamayora de los organismos. Y sus dos procesos fundamentales son:

Replicacin del ADN

Segregacin (separacin de los dos cromosomas homlogos o cromtidas.

Interfase (Fase S):

Se replica el ADN de cada cromosoma la consecuencia de lo cual es que todos los cromosomas estncompuestos por dos cromtidas hermanas y que se harn ms visibles en la profase.

Profase:

Los cromosomas se contraen en una serie de estructuras espirales para que puedan desplazarse msfcilmente.

Metafase:

Cada pareja de cromtidas hermanas se sita en el plano ecuatorial de la clula.

Anafase:

stas cromtidas hermanas son empujadas hacia los polos opuestos de la clula mediante microtbulosque se unen a los centrmeros. stos forman parte del huso acromtico (fibras paralelas que se extienden

20

de un polo a otro de la clula.

Telofase:

El proceso de separacin de las cromtidas se completa en la telofase, durante la cual la membranazanuclear se reconstituye alrededor de cada ncleo y la clula se divide en dos clulas hijas. Cada una deella hereda una cromtida de cada pareja de cromtidas hermanas, obteniendo as una copia de cadacromosoma.

2.2 Meiosis:

Es el nombre que reciben las dos divisiones nucleares sucesivas, denominadas meiosis I y meiosis II. Lasdos divisiones meiticas dan lugar a un grupo de cuatro clulas denominadas productos meiticos. En losanimales y plantas stos se convierten en gametos haploides. En la especie humana estas divisiones sedan en las gnadas, y sus productos son espermatozoides en el hombre y vulos en la mujer. Por lo tantolos acontecimientos fundamentales de la meiosis son:

Replicacin del ADN

Apareamiento de homlogos

Segregaciones

3. Sistemas de determinacin sexual.

Encontramos varios mtodos para la determinacin sexual como:

Determinacin ambiental del sexo.

Determinacin por hapopoliploidia.

Determinacin por homognea.

Determinacin cromosmica.

21

3.1 Determinacin ambiental del sexo:

El cigoto cabe la posibilidad de que sea macho o hembra en funcin de unos determinados factoresambientales. Veamos varios ejemplos:

Bonolia Virilis:

La hembra pone huevos y de ah salen larvas las cuales pueden quedarse pegadas a las rocas ydesarrollarse como hembras o bien pueden penetrar las gnadas de otra hembra llegando as al tero ydesarrollarse pues como machos.

Lagartija:

En las lagartijas y los caimanes, si sus huevos se incuban a altas temperaturas, su desarrollo sexual serade macho y si por el contrario la temperatura es baja se convertiran en hembras. En el caso de lastortugas es al revs.

Semilla de cola de caballo:

Si la semilla aflora en un lugar de temperaturas medias normales y nutrientes ptimos sta ser hembra,por el contrario desarrollar macho.

Por lo tanto la determinacin del sexo viene determinada por la activacin de otros genes debidos afactores ambientales, en su mayora a la temperatura.

3.2 Determinacin por hapopoliploidia:

Los machos y las hembras se distinguen por el nmero de dotaciones cromosmicas como es el ejemplode la Arrenotocia. sta hembra virgen produce huevos que dan lugar a machos. stos padecen unameiosis aberrante (mitosis que genera individuos) y producen gmetos que si se aparean con los huevosde la hembra producen individuos 2n. Veamos otros ejemplos:

Abejas:

Cuando un cromosoma no tiene su homocigtico se nombra hemicigosis.

3.3 Determinacin por monogeneidad:

La planta Ecballium Elatenium es dioica o monoica segn la combinacin de genes que tenga.

Dioica: La planta puede producir tanto plantas masculinas como femeninas e individuos diferentes.

Monoica: La planta puede albergar tanto flores femeninas como masculinas.

Alelos Genotipo FenotipoaD > a+ > ad

aD = macho

a+ = monoica

ad = hembra

adaD

a+aD

a+ad

a+a+

Dioicas (machos)

Dioicas (machos)

Monoico

Monoico

22

adad

aDaD

Dioico (hembras)

No se puede dar este caso.

3.4 Determinacin cromosmica:

Sabemos que existe la presencia de cromosomas sexuales diferentes en machos y hembras puesto quesexo homogamtico (dos cromosomas iguales como XX) corresponde a una hembra y sexoheterogamtico (dos cromosomas diferentes como XY) a un macho. Distinguimos dos sistemas pues:

3.4.1 Sistemas X dependientes:

El sexo masculino y femenino depende del nmero de cromosomas X independientemente de la presenciadel cromosoma Y. As:

Absolutos (puros):

Y se designan dependiendo del nmero de cromosomas X existentes como es el caso de algunos insectosarcnidos en los que XX significara una hembra y X un macho.

Relativos:

X/A donde A es igual al nmero autosmico de X. Por lo tanto:

Frmula X / A Sexo3X / 2A

3X / 3A

2X / 2A

2X / 3A

3X / 4A

1X / 2A

XY / 2A

XY / 3A

1,5

1,0

1,0

0,67

0,75

0,5

0,5

0,33

Metahembras

Hembras

Hembras

Estriles

Estriles

Machos

Machos

Metamachos

3.4.2 Sistemas Y dependientes:

Si encontramos un cromosoma Y es un macho, si por el contrario no podemos aseverar que se trata deuna hembra. Esto sucede en los mamferos puesto que son de sexo heterogamtico.

4. Topografa de los cromosomas.

Hasta ahora hemos considerado los cromosomas como estructuras vermiformes que contienen ADN (portanto los genes). En realidad, los cromosomas varan mucho en su tamao y forma, y poseen algunascaractersticas que ayudan a los citogenetistas a identificar en muchos casos cromosomas especficos. Loscromosomas pueden clasificarse segn el nmero de cromosomas, por el tipo, por el tamao (cariotipo) y

23

por la posicin del centrmero.

Segn la posicin del centrmero:

Distinguimos los cromosomas telocntricos, acrocntricos o metacntricos como veremos en esteesquema:

Segn el nmero de cromosomas:

Las distintas especies poseen un nmero de cromosomas caracterstico. El nmero de cromosomas sepresenta en un intervalo muy amplio, que va desde dos cromosomas en algunas plantas con flor hastavarios centenares en ciertos helechos.

Segn el tamao cromosmico:

Los cromosomas de un genoma concreto pueden diferir considerablemente de tamao. En la especiehumana, por ejemplo, hay una diferencia de cerca de cuatro veces entre el tamao del cromosoma 1 (elmayor) y el del cromosoma 21 (el menor).

Segn la posicin de los organizadores nucleolares:

Los nuclolos son estructuras esfricas que contienen ARN ribosmico. Los distintos organismos difierencon respecto a los nuclolos, que varan en nmero desde slo uno hasta muchos por dotacincromosmica y que se encuentran en posiciones muy especficas. Por lo tanto su posicin conforma unmarcador gentico muy til para el anlisis citogentico.

Segn la distribucin de los cronmeros:

24

Son engrosamientos localizados a lo largo del cromosoma que se observan durante la profase de lamitosis y la meiosis. Aunque son muy buenos marcadores su naturaleza molecular es desconocida.

Segn la distribucin de los patrones de bandas:

Ciertos mtodos de tincin cromosmica han puesto de manifiesto la existencia de series intrincadas debandas (rayas transversales) en una amplia gama de organismos. Las posiciones y tamaos de las bandasson muy especficas de cada cromosoma. Uno de los patrones es el reactivo Giemsa. Dicho reactivogenera un patrn de regiones teidas dbilmente (bandas G claras) y regiones teidas intensamente (Goscuras). Parece que el factor crucial es la densidad del empaquetamiento de la cromatina. As las msoscuras presentan una cromatina ms densa y empaquetada y al contrario con las bandas G claras.

Aunque los genetistas tambin utilizan un sistema especial de bandas denominados cromosomaspolitnicos que se desarrollan en tejidos secretores y que son un manojo de rplicas de ADN.

TEMA 5: Ligamiento y recombinacin.

1. El descubrimiento del ligamiento:

A inicios de la primera dcada del siglo XX, William Bateson y R.C. Punnet estaban analizando laherencia en una variedad de guisante. Estudiaban dos genes: uno que afectaba al color de la flor (P,prpura, y p, rojo) y otro que afectaba a la forma de los granos de polen (L, alargado, y l, redondo).Cruzaron lneas puras PP LL (prpura/alargado) con pp ll (rojo/redondo) y autofecundaron la F1heterocigtica para obtener la F2. Dichos resultados los podemos ver en la siguiente tabla:

Fenotipo y genotipo Descendientes observados Descendientes esperados dela proporcin 9:3:3:1Prpura/alargado (P L)

Prpura/redondo (P ll)

Rojo/alargado (pp L)

Rojo/redondo (pp ll)

4831

390

393

1338

3991

1303

1303

435TOTAL: 6952 6952

Los fenotipos de la F2 se desviaron llamativamente de la proporcin 9:3:3:1 esperada. Qu estabaocurriendo? Esto no pareca que pudiera explicarse como una modificacin de las proporcionesmendelianas. Se observa pues que dos de las clases fenotpicas son ms abundantes de lo esperado: losfenotipos (prpura/alargado) y (rojo/redondo). Como posible explicacin se propuso que la F1 produca

25

ms gametos P L y p l de los esperados de la segregacin independiente mendeliana. Puesto que estosgenotipos eran los mismos de los gametos de las lneas puras originales, los investigadores pensaron quealguna forma de acoplamiento fsico entre los alelos dominantes P y L, y entre los alelos recesivos p y l,les impeda segregar de manera independiente en la F1. No saban, sin embargo, cul poda ser lanaturaleza de este acoplamiento.

La situacin en la que dos genes residen en un mismo par de cromosomas homlogos recibe el nombre deligamiento. Dos genes localizados en el mismo par de cromosomas homlogos decimos que estnligados. Es propio tambin referirse al ligamiento de alelos especficos: por ejemplo, en un individuo Aa Bb, A podra estar ligado a b, de forma que a estara necesariamente ligado a B. Estos trminos aludengrficamente a la existencia de una entidad fsica que liga los genes, esto es, el propio cromosoma.Cualquiera podra preguntarse por qu nos referimos a los genes como ligados en lugar de acoplados; larespuesta es que los trminos acoplamiento y repulsin se emplean en la actualidad para indicar dos tiposdiferentes de situaciones de ligamiento en un doble heterocigoto, esto es:

Fase de acoplamiento

Fase de repulsin

En otras palabras, el acoplamiento hace mencin al ligamiento entre dos alelos dominantes o dosrecesivos, mientras que la repulsin indica que los alelos dominantes estn ligados a los alelos recesivos.Para averiguar si un doble heterocigoto est en fase de acoplamiento o en la de repulsin, hay que teneren cuenta los genotipos de sus parentales o realizar con l un cruzamiento de prueba. Ver apartado (2.Recombinacin).

2. Recombinacin:

La recombinacin es el proceso que permite la formacin de nuevas combinaciones gnicas. Eneucariotas se da en la meiosis y en cualquier proceso del meiocito (clula que sufre la meiosis) que dalugar a combinaciones allicas distintas a las de inicio (parentales). La mejor manera de detectar losproductos meiticos recombinantes en los organismos haploides es realizar un cruzamiento entre unindividuo heterocigoto y otro homocigoto recesivo (cruzamiento de prueba o tester). As pues se detectacomparando los genotipos de los gametos de salida y de entrada en la meiosis, los nuevos gametosformados en la recombinacin se denominan recombinantes.

2.1Recombinacin meitica:

Incide en cualquier proceso meitico que da lugar a un producto haploide cuyo genotipo difiere de losdos genotipos haploides que formaron la clula meitica diploide. El producto as generado se denominarecombinante. El punto importante de esta definicin se establece en la deteccin de la recombinacinmediante la comparacin de los genotipos de salida de la meiosis con los de entrada parentales. Losgenotipos de entrada son los dos genotipos haploides que se combinaron para dar lugar a la constitucingentica del meiocito (clula diploide que sufre la meiosis).

26

2.2 Recombinacin mediante segregacin independiente:

En un cruzamiento de prueba, las dos clases recombinantes representan siempre el 50% de ladescendencia; esto es, hay un 25% de cada tipo recombinante entre la descendencia. Si en un cruzamientode prueba observamos una frecuencia de recombinantes del 50%, podemos inferir que los dos genesimplicados segregan independientemente. La interpretacin ms simple de este resultado es que los dosgenes se encuentran en pares de cromosomas homlogos distintos, es decir, entre un cromosoma y otro.Sin embargo, genes situados en posiciones lejanas en el mismo par de cromosomas pueden comportarsecomo si no estuvieran ligados y dar el mismo resultado de la segregacin independiente.

2.3 Recombinacin mediante entrecruzamiento:

Los recombinantes tambin pueden aparecer a travs de entrecruzamiento. Esto ocurre entre cualquierade dos cromtidas no hermanas. No se trata de que haya un entrecruzamiento entre dos genes especficosen todas las meiosis; pero cuando lo hay, la mitad de los productos de esa meiosis son recombinantes. Lameiosis sin entrecruzamiento entre dos loci gnicos producen nicamente genotipos parentales para losgenes estudiados.

Para los genes situados muy cerca en el mismo par cromosmico, el ligamiento fsico de lascombinaciones de los alelos parentales hace imposible la segregacin independiente, dndo lugar, portanto, a frecuencias de recombinantes significativamente menores al 50%. Por tanto la frecuencia derecombinantes entre genes ligados oscila de 050%, dependiendo de la distancia entre los genes. Unfrecuencia mayor del 50% nunca se da.

Observemos que cada entrecruzamiento genera dos productos recprocos, lo que explica que lasfrecuencias de las clases de recombinantes sean aproximadamente iguales:

Cromosomas Productos

27

Meiosis sinentrecruzamientoentre los genes

Parental

Parental

Parental

Parental

Meiosis con unentrecruzamientoentre los genes

Parental

Recombinante

Recombinante

Parental

Para los genes situados muy cerca en el mismo par cromosmico, el ligamiento fsico de lascombinaciones de los alelos parentales hace imposible la segregacin independiente, dndo lugar, portanto, a frecuencias de recombinantes significativamente menores al 50%. Por tanto la frecuencia derecombinantes entre genes ligados oscila de 050%, dependiendo de la distancia entre los genes. Unfrecuencia mayor del 50% nunca se da.

Observemos que cada entrecruzamiento genera dos productos recprocos, lo que explica que lasfrecuencias de las clases de recombinantes sean aproximadamente iguales:

Una frecuencia de recombinantes significativamente menor del 50% indica que los genes estnligados. Una frecuencia de recombinantes del 50% significa, generalmente, que los genes no estnligados y se hallan en cromosomas distintos.

3. Ligamiento.

3.1 Ligamiento de genes en el cromosoma X:

Hasta ahora hemos tenido en cuenta la recombinacin entre genes autosmicos. Cules son lasconsecuencias de un entrecruzamiento de cromtidas no hermanas entre dos genes de inters delcromosoma X? Recordemos que en la especie humana o en Drosophila, las hembras tienen descendenciahemicigtica para los genes del cromosoma X, de forma que los fenotipos de los hijos dependen tan slode los genotipos de los gametos aportados por la madre. Consideremos un ejemplo en el que primero seobserva la descendencia F1 de un cruzamiento entre dos moscas Drosophila y, con posterioridad,analizamos la descendencia F2 producida al cruzar entre s los individuos de la F1. En este ejemploutilizaremos los siguientes smbolos; y e y+ para los alelos que determinan cuerpo amarillo y cuerpomarrn; w y w+ para los alelos que determinan ojo blanco y ojo rojo; e Y para el cromosoma Y:

P yw+/ yw+ &X y+w/ Y

F1 yw+/ y+w &X yw+/ Y &

El nmero de machos para cada clase fenotpica de la F2 es:

y w 43 Recombinantes

28

y+ w

y w+

y+ w+

2146

2302

22

4513

Parentales

Parentales

Recombinantes

Puesto que los machos de la F2 obtienen de los machos de la F1 nicamente el cromosoma Y, estas clasesreflejan a la perfeccin los productos de la meiosis de las hembras F1. Observemos que esto elimina lanecesidad de realizar un cruzamiento de prueba; podemos seguir la meiosis de un solo progenitor, de lamisma forma que lo haramos en un cruzamiento de prueba. La frecuencia total de los recombinantes eneste ejemplo es:

3.2 Mapas de ligamiento o mapa gentico:

Dada una distancia gentica en unidades de mapa (1m.u. = 0,01 = 1%) podemos predecir la frecuencia delas diferentes clases de la descendencia. As pues la conclusin directa es que la distancia en el mapagentico de ligamiento (lineal) se corresponde con la distancia fsica a lo largo del cromosoma.

3.3 El cruzamiento de 3 alelos:

Hasta ahora hemos estudiado e ligamiento en cruzamientos de dobles heterocigotos con dobleshomocigotos recesivos. El siguiente nivel es un cruzamiento entre un triple heterocigoto y un triplehomocigoto. Este tipo de cruzamiento ilustra sobre el tipo comn de estrategia que se utiliza en el anlisisde ligamiento. Vamos a poder ver dos ejemplos de lates cruzamientos:

En primer lugar nos centraremos en 3 genes de Drosophila cuyos alelos no silvestres son: sc (prdida dealgunas cerdas torcicas), ec (superficie ocular rugosa) y vg ( vestigial, alas cortas). Podemos cruzarmoscas triples heterocigticas recesivas con moscas silvestres para generar el triple heterocigtico:

sc sc ec ec vg vg X sc+ sc+ ec+ ec+ vg+ vg+

sc sc+ ec ec+ vg vg+

Una vez obtenido analizaremos la recombinacin sometiendo hembras triples heterocigticas acruzamiento de prueba con machos triples homocigotos recesivos:

sc sc+ ec ec+ vg vg+ X sc sc ec ec vg vg

A continuacin se muestran los resultados de este cruzamiento de prueba. La descendencia se indica conlos genotipos gamticos que derivan de las hembras heterocigticas. Tenemos ocho tipos de gametosdistintos que, en una muestra de 1008 moscas, aparecen en los nmeros siguientes:

sc ec vg 235

sc+ ec+ vg+ 241

sc ec vg+ 243

sc+ ec+ vg 233

29

sc ec+ vg 12

sc+ ec vg+ 14

sc ec+ vg+ 14

sc+ ec vg 16

1008

La forma sistemtica de analizar estos cruzamientos consiste en hacer el clculo de todas las posiblesfrecuencias de recombinacin. Sin embargo, antes de hacerlo, siempre merece la pena inspeccionar losdatos para intentar extraer alguna conclusin obvia. A primera vista podemos observar una importantedesviacin de la proporcin 1:1:1:1:1:1:1:1, que sera la esperada si no hubiera ligamiento entre los tresgenes. Una vez hecha esta observacin comencemos a calcular los valores de las frecuencias derecombinacin, tomando cada vez una pareja de genes.

Empezando con los loci sc y ec (ignoramos de momento, el locus vg), determinamos qu genotiposgamticos son recombinantes para sc y ec. Puesto que los heterocigotos se formaron con gametos sc ec ysc+ ec+, sabemos que los productos recombinantes de la meiosis deben ser sc ec+ y sc+ ec. En la listase observa que hay:

12 + 14 + 14 +16 = 56 individuos de estas clases

Esta frecuencia nos dice que los dos loci deben estar ligados en el mismo cromosoma, de la siguientemanera:

sc ec

5,5 m.u.

Veamos ahora la recombinacin entre los loci sc y vg. Los genotipos parentaes de entrada fueron sc vg ysc+ vg+, de forma que debemos calcular las frecuencias de los descendientes de tipo sc vg+ y sc+ vg(en esta ocasin ignoraremos ec) Observamos que hay:

243 + 233 + 14 + 16 = 506 recombiantes; y puesto que:

Obtenemos un valor de RF muy cercano al 50%, concluimos pues que los loci sc y vg no estn ligados y ,probablemente, se hallan en cromosomas distintos. Podemos resumir estas relaciones de ligamiento de lasiguiente manera:

sc ec vg

5,5 m.u.

Un conclusin evidente es que los loci ec y vg tampoco deben estar ligados. Hecho que podraconfirmarse obteniendo el nmero de recombinantes y calculando la RF. Una vez hechas estasdeducciones sobre el ligamiento, podemos reescribir el genotipo delos paentales del cruzamiento deprueba como:

sc+ ec+ / sc ec ; vg+ / vg X sc ec / sc ec ; vg / vg

30

3.4 Interferencia:

La deteccin de las clases de recombinantes dobles demuestra que los entrecruzamientos dobles debenocurrir. Sabiendo esto nos podemos preguntar si los entrecruzamientos en regiones cromosmicasadyacentes son independientes o si, por el contrario, un entrecruzamiento en una regin afecta a laprobabilidad de que se produzca otro en un sitio cercano. Resulta que, a menudo, los entrecruzamientosno son independientes unos de otros y esta interaccin recibe el nombre de interferencia.

Podeos analizar este fenmeno empleando el siguiente razonamiento. Si los entrecruzamientos en dossitios distintos fueran independientes, de acuerdo con la regla del producto, la frecuencia derecombinantes dobles debera ser igual al producto de las frecuencias de recombinantes en las dosregiones adyacentes.

3.4.1 Coeficiente de coincidencia (c.o.c):

La interferencia se cuantifica calculando primero un valor denominado (c.o.c) que es el cociente entre losdobles recombinante observados y os esperados y restndole a 1 este valor. As:

Utilizaremos los valores numricos del cruzamiento con los loci: v, ct y cv

Clculo de las frecuencias de recombinacin entre cada par de genes:

v cv = 18,5 %

cv ct = 6,4 %

ct v = 13,2 %

Representacin de las relaciones de ligamiento en un mapa:

v ct cv

13,2 mu 6,4 mu

Determinacin de las clases de recombinantes dobles: Clculo de la frecuencia o nmero de recombinantes dobles eperados en caso de que no hubierainterferencia:

Frecuencia esperada = 0,132 0,064 = 0,0084

Nmero esperado = 0,0084 1448 = 12

Clculo de la interferencia:

Nmero observado de recombinantes dobles = 8

Nmero esperado de recombianantes dobles = 12

I = 1 8/12 = 4/12 = 0,33 o 33%

3.5 Clculo de las frecuencias de recombinacin en cruzamientos dihbridos:

31

La va ms adecuada para calcular la RF es la del cruzamiento de prueba. Sin embargo en la prctica, nosiempre est disponible el homocigoto recesivo apropiado. Una situacin bastante comn es laidentificacin de un nuevo fenotipo que, mediante anlisis mendeliano, se demuestra que est producidopor cierto genotipo a/a. Para localizar este nuevo locus en el mapa gentico, el individuo aa se cruza conotros genotipos como el bb, donde ya conocemos la posicin en el mapa:

Pero se ha ideado un mtodo ms adecuado que incorpora todos los fenotipos de la F2. Se calcula unvalor denominado razn del producto (z) y la frecuencia de recombinacin se obtiene a partir de unastablas de valores de z. En el dihbrido en fase de repulsin (Ab aB) la z se calcula como sigue, donde los4 componentes del clculo son los 4 fenotipos de la F2:

Valores de RF correspondientes a valores de z en cruzamientosde dihbridos en fase de repulsinz RF0,001

0,005

0,020

0,040

0,100

0,200

0,300

0,500

0,700

2,2

4,9

9,9

13,8

21,1

28,5

33,5

40,3

45,0

TEMA 6: Mutaciones cromosmicas I : Cambios en la estructura cromosmica.

Se entiende por mutacin al proceso de cambio que da lugar a la reorganizacin de partes de uncromosoma, o a un nmero anormal de cromosomas concretos o de la dotacin cromosmica completa.En ocasiones, las mutaciones cromosmicas se detectan mediante examen microscpico, otras vecesmediante anlisis gentico y en otras mediante ambos procedimientos. Por el contrario las mutacionesgnicas no se detectan nunca por microscopio; un cromosoma portador de una mutacin gnica tiene elmismo aspecto al microscopio que otro que contiene el alelo silvestre.

Debido a la gran afinidad de las regiones homlogas de los cromosomas para aparear durante la meiosis,los diploides que disponen de una dotacin cromosmica normal y otra que incluye algunareorganizacin cromosmica generan estructuras cromosmicas emparejadas con formas y propiedadescaractersticas de la reorganizacin.

Una delecin en una dotacin cromosmica resulta generalmente deletrea, debido a que seproducen desequilibrios gnicos y a la manifestacin de los alelos nocivos presentes en la otradotacin cromosmica.

Las duplicaciones pueden provocar desequilibrios gnicos, pero proporcionan tambin materialadicional para la divergencia evolutiva.

32

Las inversiones, cuando estn en heterocigosis, disminuyen la fertilidad y reducen larecombinacin en la regin abarcada por la inversin.

La hetocigosis para una traslocacin reduce la fertilidad al 50% (semiesterilidad) y provoca elligamiento de genes situados en los cromosomas implicados en la translocacin.

Propiedades de los cromosomas:

En la profase I de la meiosis, las regiones homlogas de los cromosomas presentan un elevado gradode afinidad para el apareamiento y, de ser necesario, se contorsionarn para conseguir suemparejamiento. En consecuencia, se pueden observar muchas estructuras curiosas en una clula queposee una dotacin cromosmica normal y otra aberrante. Recuerde que, en los cromosomaspolitnicos, los homlogos tambin se aparean (incluso sin estar en clulas meiticas) dando lugar aestructuras similares.

Los cambios estructurales se deben normalmente a rupturas cromosmicas. Los extremoscromosmicos originados son altamente reactivos y tienden a unirse frecuentemente a otros extremosrotos. Sin embargo los telmeros (nombre que reciben los extremos cromosmicos intactos) no tiendenunirse.

En un diploide, la ganancia o prdida de partes de los cromosomas suele ser letal. La dotacincromosmica es muy sensible a cambios en el contenido gnico, incluso cuando la otra dotacin estcompleta.

1. Mecanismos responsables de las mutaciones.

1.1 Rompimiento y reenlace:

Las reorganizaciones cromosmicas pueden aparecer por rotura fsica gracias a las nucleasas y posteriorunin de la molcula de ADN que constituye el cromosoma. Estos procesos pueden sucederespontneamente o ser inducidos mediante tratamiento con radiaciones de alta energa como los rayos Xo la radiacin Y.

1.2 Entrecruzamiento entre ADN repetitivo:

Otro mecanismo puede ser el entrecruzamiento ilegtimo entre elementos repetidos en el genoma. Esteproceso tiene lugar tras el apareamiento asimtrico de los segmentos repetidos.

33

2. Delecin.

Este proceso requiere de dos roturas cromosmicas para la eliminacin de un tramo intermedio medianteradiacin ionizante. Si ambos extremos se unen y en uno de ellos se encuentra en centrmero se generaun cromosoma de menor tamao portador de una delecin. El fragmento delecionado es acntrico (carecede centrmero), en consecuencia no puede ser arrastrado a un polo del huso acromtico durante ladivisin celular y se perder. Son posibles dos tipos de deleciones:

Delecin intersticial: rotura de dos partes cromosmicas. Delecin terminal: rotura de una slo parte cromosmica. Aunque debido a la necesidad de losextremos cromosmicos especiales (telmeros), aparentemente las deleciones terminalesimplican dos roturas, una de ellas prxima al telmero.

Delecin intragnica: delecin pequea dentro de un gen que lo inactiva y tiene el mismo efectoque otras mutaciones nulas de dicho gen. Si el fenotipo nulo homocigtico resulta viable (comoel albinismo humano) entonces la delecin tambin ser viable en homocigosis. Las delecionesintragnicas pueden distinguirse de los cambios de un solo nucletido porque no son reversibles.

2.1 Deteccin gentica de deleciones:

Las deleciones multignicas implican la prdida de dos o varios miles de genes, pudiendo tenerconsecuencias graves. Si, mediante cruzamiento llevamos una delecin a homocigosis (amboscromosomas son portadores de la delecin) la combinacin resulta casi siempre letal. Este hecho sugiereque la mayora de las regiones cromosmicas son esenciales para la viabilidad normal y que laeliminacin completa de de cualquier segmento del genoma resulta deletrea. Incluso los organismosheterocigticos para una delecin multignica. stos, pueden tambin, no sobrevivir.

Apariciones de bucles de delecin: Si se examinan los cromosomas meiticos de un individuoportador de una delecin en heterocigosis, la regin de la delecin puede localizarse por la ausencia deapareamiento con el segmento correspondiente del cromosoma homlogo normal, dando lugar as a unbucle de delecin. En los insectos dpteros, los bucles de delecin se detectan en los cromosomaspolitnicos, en los que los cromosomas homlogos estn fusionados.

Aparicin de fenotipos nicos: Un buen ejemplo es la delecin de una pequea regin cromosmicaespecfica del genoma de Drosophila. Cuando uno de los homlogos es portador de la delecin lamosca presenta un fenotipo caracterstico que se manifiesta en forma de muesca en el ala, por lo que,en este sentido, la delecin es dominante. Dicha delecin es letal en homocigosis y, por tanto se

34

comporta como recesiva respecto a la letalidad. La dominancia fenotpica que presentan ciertasdeleciones puede deberse a que una de las roturas cromosmicas se haya producido en un gen que, alquedar interrumpido, se comportar como una mutacin dominante.Reduccin de la frecuencia de recombinacin: Las RF entre los genes que flanquean la delecin sonmenores que en los cruzamientos control. Intuitivamente esto tiene sentido ya que parte de la regincontiene una zona no apareada. Que no puede participar pues en entrecruzamientos.

Pseudodominancia: A veces, la delecin de un segmento en uno de los homlogos da lugar a laexpresin fenotpica inesperada de los alelos recesivos presentes en el cromosoma homlogo normal.As pues:

Por tanto el fenotipo es: ( a+ b c d+ e+ f+ )

En este caso, pues, no se espera la expresin fenotpica de ninguno de los seis alelos recesivos; noobstante, si b y c se expresaran, esto significara que en el otro homlogo se habra producido la prdidade un segmento que cubre los loci b+ y c+. Como en estos casos parece que los alelos recesivos secomportan como dominantes, esta situacin se denomina pseudodominancia.

Letalidad recesiva y la imposibilidad de reversin: As pues en muchos organismos existen, portodo el genoma, mutaciones letales recesivas y otras mutaciones deletreas. Los alelos recesivos no seexpresan cuando estn enmascarados por los alelos silvestres presentes en el homlogo. Sin embargouna delecin puede desenmascararlos permitiendo as su expresin fenotpica.

2.2 Hibridacin in situ y deleciones:

Los genetistas han cartografiado genes humanos a partir de deleciones, empleando una tcnica moleculardenominada hibridacin in situ. De esta forma si se ha aislado un gen de inters u otro fragmentocromosmico utilizando tecnologa molecular moderna pueden marcarse con radioactividad o con unproducto qumico, y aadirse despus una preparacin de cromosomas para su observacin almicroscopio. En esta situacin el ADN marcado reconoce y se une fsicamente, por emparejamiento debases, a su equivalente en el cromosoma; y su presencia se manifiesta como una mancha deradioactividad o tincin. As pues si una delecin ocupa un locus en cuestin ste no aparecer medianteninguna seal cuando el ensayo se realice con un cromosoma portador de alguna delecin y esto esdebido a que la regin de la hibridacin no est presente.

2.3 Trastornos provocados por deleciones:

Las deleciones de regiones concretas de los cromosomas humanos provocan sndromes conanormalidades fenotpicas nicas. Son ejemplos:

Sndrome cri du chat :

O el vulgarmente llamado enfermedad del maullido de gato que es debido a la heterocigosis para unadelecin del extremo del brazo corto del cromosoma 5. Se denomina p al brazo corto del cromosoma y qal brazo largo del mismo. El rasgo ms peculiar de este sndrome, y que le da nombre, es el sonidocaracterstico del llanto de los nios afectados por esta delecin, similar al maullido de gato. Tambin sepresenta microcefalea y rostro ancho en forma de luna llena. Incluyendo tambin retraso mental como lossndromes debidos a otras delelciones.

35

3. Duplicacin.

Los procesos de mutacin cromosmica producen a veces una copia extra de alguna regin cromosmica.Considerando un organismo haploide, que tiene una nica dotacin cromosmica, es fcil ver por quuna duplicacin tiene esta denominacin: la regin est ahora presente dos veces. Las regiones duplicadaspueden estar situadas una junto a otra, o bien en una posicin normal y la otra en un lugar distinto delmismo cromosoma o incluso en un cromosoma distinto.

En un organismo diploide, la dotacin cromosmica que contiene la duplicacin aparece generalmentejunto a una dotacin normal. Por lo tanto, las clulas de este organismo heterocigtico para la duplicacintendrn tres copias de la regin en cuestin, aunque se sigue hablando de duplicacin por que sonportadores del producto de un solo hecho de duplicacin.

La estructura concreta que se forma depende del tipo de duplicacin. As pues, slo consideraremosduplicaciones adyacentes:

Duplicacin en tndem :

Duplicacin invertida :

La regin extra de una duplicacin puede sufrir mutaciones gnicas ya que la otra copia aporta lasfunciones bsicas necesarias de la regin. La mutacin de la regin extra proporciona una oportunidadpara la divergencia funcional de los genes duplicados, lo cual puede resultar ventajoso para la evolucingenmica. De hecho, en situaciones en las que se pueden comparar productos gnicos distintos quepresentan funciones relacionadas, tales como las globinas.

Por tanto las duplicaciones aportan material gentico adicional capaz de evolucionar hacia nuevasfunciones.

3.1 Trastornos provocados por duplicaciones:

Como ocurre en algunas deleciones, las duplicaciones de ciertas regiones pueden producir fenotiposconcretos y comportarse como mutaciones gnicas.

36

Reduccin de las facetas de los ojos en Drosophila:

En Drosophila la mutacin dominante (Bar) produce un ojo rasgado en lugar del ojo ovalado normal.Este efecto se debe a una disminucin en el nmero de facetas de los ojos. El estudio citolgico de loscromosomas politnicos revel que el fenotipo (Bar) se debe a una duplicacin en tndem de la regincromosmica 16A. La duplicacin se genera, probablemente, por un entrecruzamiento asimtrico durantela meiosis, como se muestra a continuacin:

4. Inversin.

Si se producen dos roturas en un cromosoma, la regin entre ellas gira, a veces, 180 grados antes de quese produzca la reunin con los dos extremos. Esto crea una mutacin denominada inversin. A diferenciade las deleciones y las duplicaciones, las inversiones no suponen un cambio en la cantidad total dematerial gentico, por lo que generalmente son viables y no dan lugar a anormalidad fenotpica alguna.En algunos casos, una de las roturas se produce en un gen esencial, y entonces el sitio de ruptura actacomo una mutacin gnica letal ligada a la inversin. En tal caso no puede haber hemicigosis para lainversin. Sin embargo muchas inversiones s se presentan en homocigosis.

Tambin se detectan inversiones en los organismos haploides y, en estos casos, es obvio que el sitio deruptura no puede estar situado en una regin esencial.

La mayora de los anlisis utilizan inversiones en heterocigosis (diploides en los cuales un cromosomaposee la secuencia normal y el otro lleva la inversin). EN organismos de este tipo, la observacin de lameiosis al microscopio muestra el lugar que ocupa el segmento invertido, puesto que un cromosomapresenta un giro de extremos de la inversin, formando un bucle, para aparearse con el otro cromosomaque no ha girado. La pareja de homlogos forma as un bucle de inversin.

La posicin del centrmero en relacin al segmento invertido determina el comportamiento gentico delcromosoma:

Inversin paracntrica: Si el centrmero no est incluido en la inversin. Inversin pericntrica: Se produce si la inversin contiene el centrmero.

4.1 Productos de recombinacin de regiones invertidas:

Productos en el entrecruzamiento dentro del bucle de inversiones paracntricas:

Un entrecruzamiento en el bucle de inversin produce la conexin de los centrmeros homlogos pormedio de un puente dicntrico y, adems genera un fragmento acntrico (fragmento sin centrmero).

37

De este modo cuando los cromosomas se separan en la anafase I, los centrmeros permancen unidos porel puente. Esto hace que los centrmeros se orienten de tal modo que las cromtidas que no hanintervenido en la recombinacin sean las que quedan ms separadas. El fragmento acntrico no puedealinearse ni migrar y por lo tanto se pierde. Finalmente la tensin rompe el puente dando lugar a doscromosomas con deleciones terminales. Los gametos portadores de estas deleciones no son viables y,aunque lo fueran, los cigotos formados seran inviables.

Por lo tanto, un hecho de entrecruzamiento, que normalmente produce la clase de productos meiticosrecombinantes, genera en su lugar productos letales. El resultado total es una reduccin de las RF. Dehecho, la RF para los genes incluidos en la inversin es cero y la RF entre genes situados a ambos ladosde la inversin, se reduce en concordancia con el tamao relativo de la misma.

Productos en el entrecruzamiento dentro del bucle de inversiones pericntricas:

Aunque por causas distintas, el efecto gentico neto de una inversin pericntrica es el mismo que el deuna inversin paracntrica puesto que no se recuperan los productos recombinantes. En una inversinpericntrica, debido a que los centrmeros estn incluidos en la regin invertida, la separacin de loscromosomas recombinante ocurre de una forma norma, sin la creacin de un puente. Sin embargo, elentrecruzamiento produce cromtidas que contienen una duplicacin y una delecin de partes distintasdel cromosoma. En este caso si ocurre la fecundacin de un ncleo portador del cromosomarecombinante el cigoto muere debido al desequilibrio gnico producido.

38

De nuevo el resultado es la recuperacin selectiva de los cromosomas no recombinantes en losdescendientes viables.

5. Translocacin.

Cuando dos cromosomas no homlogos sufren una mutacin por intercambio de segmentos, lasreorganizaciones cromosmicas resultantes se denominan translocaciones. Consideraremos lastranslocaciones recprocas puesto que son las ms comunes. As pues un segmento de un cromosoma seintercambia con otro de un cromosoma no homlogo, de modo que se producen simultneamente doscromosomas portadores de una translocacin. El intercambio de regiones cromosmicas entrecromosomas no homlogos establece nuevas relaciones de ligamiento. Estos nuevos ligamientos se ponende manifiesto cuando los cromosomas translocados son homocigticos y, como veremos, incluso si sonheterocigticos. Adems las translocaciones pueden alterar el tamao de un cromosoma as como laposicin del centrmero.

5.1 Consecuencias citolgicas y genticas de las translocaciones:

Los efectos son importantes en los heterocigotos portadores de cromosomas normales y translocados. Denuevo, la tendencia de las regiones homlogas a aparearse determina una configuracin caractersticadurante la sinapsis de los cromosomas en la meiosis:

Segregacin adyacente Productos Viabilidad

Arriba T1 + N2

Abajo T2 + N1

Duplicacin del segmento naranjatranslocado y delecin delamarillo.

Duplicacin del segmentoamarillo translocado y delecindel prpura.

A menudo inviables.

Segregacin alternada Productos ViabilidadArriba T1 + T2

Abajo N1 + N2

Genotipo translocado completo.

Normal Ambos completos y viables.

Existe otra posibilidad que es la segregacin adyacente 2, en la que los centrmeros homlgos migran almismo polo, aunque esto ocurre generalmente con una frecuencia muy baja. Pero ya que lassegregaciones adyacentes 1 y alternadas son igualmente frecuentes, aproximadamente la mitad de losgametos ser incapaz de contribuir a la siguiente generacin, condicin que se reconoce como

39

semiesterilidad. La semiesterilidad es una caracterstica importante de los heterocigotos paraunatranslocacin. Sin embargo, la semiesterilidad se define de forma diferente en plantas y animales.

En las plantas, el 50% de los productos meiticos de una segregacin adyacente tipo I, desequilibrados,abortan normalmente en el estado de gameto. En los animales, sin embargo, los productos meiticos conla duplicacindelecin son viables como gametos pero letales en el cigoto.

Deberamos recordar que los heterocigotos para otras reorganizaciones pueden mostrar una ciertareduccin de la fertilidad; pero la reduccin exacta al 50% de lo gametos o cigotos viables constituye,normalmente, un diagnstico fiable de la presencia de una translocacin. Aunque tambin podemosidentificar a stas por el aparente ligamiento de genes que sabemos que estn situados en cromosomasdistintos.

5.2 Transtornos provocados por translocaciones:

En la especie humana, las translocaciones se presentan siempre en heterocigosis

Sndrome de Down:

Es el conjunto de anomalas por la presencia del cromosoma 21 extra que no se separ de su homlogo enla meiosis. Este tipo comn de sndrome de Down (que constituye el 95% de todos los casos) esespordico y no presenta recurrencia dentro de la familia. Sin embargo existe otro tipo de sndrome deDown debido a una clase especial de translocacin denominada translocacin Robertsoniana, la cul spresenta recurrencia e la familia. Este tipo de translocacin combina los brazos largos de dos cromosomasacrocntricos. Inicialmente tambin se forma un cromosoma pequeo compuesto por los dos brazoscortos; sin embargo, este cromosoma generalmente no est presente. EL material gentico de los brazoscortos no es esencial ya que su prdida no tiene ningn efecto fenotpico pero la translocacinresponsable de este sindrome se origina por la fusin entre los cromosomas 14 y 21.

TEMA 7: Mutaciones cromosmicas II : Cambios en el nmero de cromosomas.

Los organismos con dotaciones cromosmicas mltiples (poliploides) suelen ser ms grandes que losorganismos diploides, aunque anomalas en el apareamiento meitico de los cromosomas en estosorganismos poliploides pueden producir esterilidad.

Aunque tambin debemos saber que un nmero par de dotaciones cromosmicas poliploides es msprobable que resulte frtil. En esta condicin las proporciones de segregacin para cada locus individualdifieren de las de los diploides.

40

El cruzamiento entre dos especies diferentes y la duplicacin subsiguiente del nmero de cromosomas enel hbrido producen una clase especial de poliploide frtil interespecfico.

Generalmente las variables que han ganado o perdido un cromosoma se originan por falta de disyuncin(segregacin cromosmica anormal en meiosis o mitosis). Por lo tanto tales variantes tienden a serestriles y manifiestan anomalas atribuibles al desequilibrio gnico. Pero cuando son frtiles estasvariantes presentan proporciones anormales de segregacin gnica nicamente para el cromosomaimplicado.

1. Euploida anormal.

El nmero de cromosomas que constituye una dotacin bsica se denomina nmero monoploide (x). Losorganismos que contienen mltiplos del nmero monoploide de cromosomas se denominan euploides.Anteriormente comentamos que los eucariotas suelen tener una dotacin cromosmica (haploides) o dos(diploides). Haploides y diploides son, pues, casos de euploida normal. Los euploides que presentan msde dos dotaciones cromosmicas se denominan poliploides. Deacuerdo con esto: 1x es monoploide, 2xdiploide y los tipos tipos poliploides son triploides (3x), tetraploides (4x)

Los poliploides surgen de forma natural como mutaciones cromosmicas espotneas y,