1ESTUDIO DE LA MEIOSIS

INTRODUCCIÓN

Se puede definir la meiosis como el proceso que lleva a la formación de gametos haploides en los seres con reproducción sexual. Consiste en dos divisiones celulares sucesivas con una sola replicación del material cromosómico. La primera división se denomina meiosis I y es de tipo reduccional; la segunda, meiosis II, es de tipo ecuacional. Como en la mitosis, en cada una de las divisiones meióticas se pueden distinguir cuatro etapas: profase, metafase, anafase y telofase. La interfase anterior a la meiosis I es bastante similar a la interfase rnitótica, ocurriendo la duplicación cromosómica durante el periodo S.

A continuación, describiremos el proceso de la meiosis:

2PRIMERA DIVISION MEIÓTICA. Profase l.

Esta es una etapa particularmente compleja, que generalmente se divide en cinco subetapas: Leptotene, Cigotene, Paquitene, Diplotene y Diacinesis. Leptotene La leptotene se caracteriza por el inicio de lacondensación y enrollamiento de loscromosomas, que aparecen comoestructuras filamentosas similares a las deprofase mitótica temprana. Se observa uncuerpo intensamente teñido: el cromosomaX. Los saltamontes son XO los machos y XXlas hembras

Cigotene Durante la cigotene, los cromosomashomólogos se aparean a lo largo de toda sulongitud. La asociación lateral de loscromosomas homólogos, llamada sinapsises un suceso genético importante porquehace posible el intercambio de partes de loscromosomas homólogos conocido comocrossing-over. La pareja de cromosomassinapsados recibe el nombre de bivalente,que consta en total de cuatro cromatidas. Elcromosoma X sigue siendo oscuro y sinforma definida.

3Paquitene La paquitene está caracterizada por unacortamiento y engrosamiento de losbivalentes. Se puede contar el número debivalentes. Los filamentos son bastante másgruesos. El cromosoma X sigue muycontraído y suele estar doblado sobre símismo.

Diplotene Durante la díplotene, los dos cromosomashomólogos se separan uno de otro en sumayor parte, separación que comienza por elcentrómero. Las cromátidas hermanas, sinembargo, se mantienen unidas por elcentrómero común. Además, loscromosomas homólogos mantienen una omás zonas de contacto conocidas comoquiasmas. Cada cromátida puede formarquiasmas con cualquiera de las doscromátidas del cromosoma homólogo, demodo que dos, tres o hasta cuatrocromátidas de un bivalente pueden estarimplicadas en los quiasmas, si bien en cadaquiasma solo intervienen dos cromátidas. Elnúmero de quiasmas por bivalente esvariable pero dos o tres es lo más frecuente.Por ejemplo, en la especie humana durantela meiosis femenina se observan de dos atres quiasmas por bivalente, por términomedio, aunque los cromosomas másgrandes generalmentel muestran másquiasmas que los pequeños. Los quiasmosreflejan la existencia de "crossing-over"(intercambio de partes) entre cromátidas

4Diacinesis La diacinesis se caracteriza por la máximacondensación y enrollamiento de loscromosomas, que aparecen como cuerposgruesos. En la mayoría de los organismoslos quiasmas parecen moverse desde elcentrómero hacia los extremos de losbivalentes. Hacia el final de la diacinesis, losbivalentes se caracterizan, por tanto, por lapresencia de uno o dos puntos terminales decontacto. Cuando termina la diacinesis, lamembrana nuclear y el nucleolo sedesintegran.

Metafase-I Los bivalentes se unen por sus centrómerosa las fibras del huso y se mueven hacia laplaca metafásica, con los dos centrómerosde cada par de homólogos en ladosopuestos de la placa. El apareamiento de loscromosomas homólogos hace a la metafaseI de la meiosis distinta de la rnetafasemitótica, donde no existe el apareamiento.

Anafase-I Los centrómeros de cada par decromosomas homólogos se mueven haciapolos opuestos del huso, llevándose las doscromátidas de cada cromosoma. Losquiasmas se deslizan hacia fuera de losextremos de los cromosomas homólogos amedida que éstos se separan. Una distinciónimportante con la anafase mitótica es que enanafase I meiótica los centrómeros no sedividen.

5Telofase-I Cuando termina la migración anafásica delos cromosomas hacia los polos del huso, enalgunos organismos se forma una membrananuclear alrededor de cada dotación decromosomas homólogos, y la célula se divideen dos células hijas.

SEGUNDA DIVISIÓN MEIÓTICA

Cuando comienza los cromosomas ya están duplicados, estando las dos cromátidas hermanas unidas a su centrómero común. Sin embargo, cada célula contiene solo una dotación de cromosomas (n), en vez de dos (2n), como en mitosis o meiosis I. La profase II con frecuencia es muy corta, En metafase II los cromosomas se unen por sus centrómeros a las fibras del huso y se alinean en la placa metafásica. En el comienzo de la anafase II cada centrómero se divide (por primera y única vez durante la meiosis) y, de ese modo, las cromátidas se mueven hacia polos opuestos. La telofase II termina cuando se forma la membrana nuclear alrededor de cada uno de los núcleos haploides.

La interfase entre la primera división meiotica y la segunda división generalmente es corta o no

existe. Es de destacar que entre ambas divisiones no tiene lugar ninguna síntesis de nuevo ADN, a diferencia de las interfases que preceden a la meiosis y a la mitosis.

La primera división meiótica se inicia con 2n cromosomas duplicados por célula y termina con dos

células, teniendo cada una n cromosomas duplicados. La segunda división meiótica se termina con cuatro células, teniendo cada una n cromosomas. lntercinesis Los cromosomas están desespirilizados,excepto el cromosoma X, que esta presenteen la mitad de las células en esta etapa.

6Profase-II Número haploide de cromosomas. La cromátidas suelen repelerse.

Metafase-II Muy semejante a la anterior. Los cromosomas son más cortos y más gruesos.

Anafase-II Las cromátidas hermanas de cada cromosoma se separan hacia polos opuestos.

7Telofase-II Se agrupan las cromátidas en los polos.

El siguiente esquema resume la variación en el número cromosómico y en la cantidad de ADN a lo

largo de la meiosis. El esquema está referido a la espermatogénesis

Nº de cromosomas tipo de célula cantidad de DNA 2n 1 espermatogonia 4C mitosis

2n 1 espermatocito primario [leptotene hasta telofase I] 4C

meiosis I

n 2 espermatocitos secundarios [intercinesis hasta telofase II] 2C

meiosis II n 4 espermátidas C espermiogénesis n 4 espermatozoides C

La significación genética de la meiosis se puede resumir en los tres aspectos siguientes;

• La meiosis hace posible la conservación del número de cromosomas de generación en generación en organismos con reproducción sexual. La reproducción sexual implica fertilización (la fusión de dos células o gametos). Si los gametos de un organismo tuvieran tantos cromosomas como las células somáticas, el número de cromosomas se doblaría en cada generación.

• En metafase I cada cromosoma paterno y materno tiene la misma probabilidad de ir a uno u otro lado de la placa metafasica. En consecuencia, los cromosomas paternos y maternos pueden combinarse en cada gameto. El número de combinaciones cromosómicas posibles es muy grande cuando el número de cromosomas es grande, y la probabilidad de que un gameto reciba todos los cromosomas de un sólo progenitor es muy pequeña. Consideremos el caso del hombre, por ejemplo.

8Una persona normal tiene 23 pares de cromosomas. Supongamos que el cromosoma 1 paterno esté en un lado de la placa metafásica. Le probabilidad de que el cromosoma 2 paterno esté en el mismo lado es 1/2 y lo mismo ocurre para los cromosomas paternos 3, 4, etc. La probabilidad de que los otros 22 cromosomas paternos estén en el mismo lado que el cromosoma 1 paterno es (1/2)22 = 1/ 4.194.304, menos de uno en cuatro millones.

• El "crossing-over" entre cromátidas no hermanas contribuye además a la recombinación de los caracteres hereditarios paternos y maternos en los gametos. Debido a los intercambios entre cromátidas no hermanas, el número de gametos diferentes es virtualmente infinito. Recordemos que en el hombre hay de dos a tres quiasmas (y por tanto intercambios) por cromosoma, por término medio. Además, los puntos de intercambio varían de una meiosis a otra, de modo que incluso es improbable que ocurra alguna vez la misma dotación de intercambios.

La observación de la meiosis en las Prácticas de Genética tiene por objeto mostrar a los alumnos de

esta asignatura el modo de producirse los fenómenos genéticos siguientes;

- la producción de células con número haploide de cromosomas. - el mecanismo que poseen los individuos diploides para asegurar la distribución al azar de los

cromosomas paternos y maternos. - la observación citológica del entrecruzamiento.

El estudio de la meiosis ha permitido la extracción de conclusiones de gran interés en Citogenética,

Citotaxonomía y Mejora Genética, por citar algunos ejemplos. MATERIAL

Los tejidos reproductores en los animales superiores son los ovarios (hembras) y testículos(machos), siendo la ovogénesis y la espermatogénsis los procesos seguidos para la formación de los óvulos y espermatozoides, gametos femeninos y masculinos respectivamente.

En las plantas superiores el órgano reproductor es la flor, en la que pueden estar juntos los órganos reproductores femeninos y masculinos, o existir flores exclusivamente femeninas o exclusivamente masculinos, en pies diferentes, dioicas o en un mismo pie, monoicas.

La parte de la flor en la que se producen los gametofitos masculinos, granos de polen o microsporas, son las anteras, y los femeninos, óvulos o megasporas, el ovario.

Nosotros hemos elegido los saltamontes para el estudio de la meiosis por ser uno de los materiales más adecuados para ello, Concretamente, examinaremos la formación de los espermatozoides.

TECNICA

9Se anestesia un macho de saltamontes con acetato de etilo y se extraen los testículos, los cuales

se encuentran reunidos en una única masa testicular de color amarillo por el cuerpo graso que la acompaña. Inmediatamente se sumergen en fijador e Carnoy (etanol-ácido acético en proporción 3:1, respectivamente). Los testículos de saltamontes están constituidos por un gran número de unas unidades menores que se llaman folículos o túbulos testiculares. La fijación es mejor cuando se separan e individualizan en el fijador estos folículos (con ayuda de una lupa). Cuando ha transcurrido un tiempo mínimo de una hora, el material está apto para su estudio. El tiempo máximo que se puede guardar un material fijado puede ser muy grande cuando se ha fijado bien y además se mantiene el material en un frigorífico (1 o 2 años).

Para el estudio citológico del material se hacen preparaciones por aplastamiento, procediendo del

modo siguiente:

Se limpia un portaobjetos desengrasado (con alcohol) y se coloca sobre papel de filtro. En el centro del porta se coloca una gota pequeña (del diámetro de un cigarrillo) del colorante ORCEINA ACETICA al 2%, sobre la cual se deposita un folículo. Con el extremo plano de un objeto metálico o de plástico (un bolígrafo plano, una aguja enmangada, etc.) se macera el folículo golpeándolo directamente. Se coloca un cubreobjetos sobre esta suspensión celular en orceina, se eliminen las burbujas de aire que puedan haber quedado (sujetando el cubre, con papel de filtro, por uno de sus ángulos y ejerciendo una leve presión con la punta de una aguja enmangada), y finalmente se realiza el aplastamiento, para lo cual se coloca un papel de filtro sobre el cubre, se sujeta el porta con una mano y con el dedo pulgar de la otra se ejerce una fuerte presión sobre el cubre. REALIZACION DE LA PRÁCTICA Observación al microscopio

El alumno deberá localizar; estudiar y realizar un dibujo interpretativo de las principales etapas de la meiosis.

Para la observación de la meiosis en saltamontes es conveniente tener en cuenta que existen dentro de los folículos testiculares de estos organismos unas subunidades funcionales llamadas CISTOS, que son conjuntos de células que se encuentras en la misma etapa meiótica. Por ello, en una misma preparación microscópica de un folículo, solo se pueden observar como máximo 2 ó 3 etapas meióticas diferentes. Así, para observar el máximo número de etapas meioticas es necesario hacer varias preparaciones.

CUESTIONES

- 1º ¿Son las células hijas más pequeñas que las células madres? ¿Por qué? - 2º Describir las diferencias entre la primera y la segunda divisiones meióticas. - 3º Indicar el número de bivalentes que se pueden contar, - 4º¿ Qué rasgos citológicos podrías usar para distinguir en las distintas fases meióticas el

cromosoma X de los autosomas? - 5º Indicar el número de quiasmas que se observan en diplotene.

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COMPARACIÓN ENTRE MITOSIS Y MEIOSIS

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