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GENÉTICA NO-MENDELIANA Los trabajos de Mendel fueron re-descubrimiento en 1900 por Hugo de Vries Se estimuló la investigación en el campo intentando confirmar y extender sus observaciones Generó nuevos descubrimientos en genética que condujeron a la identificación de los cromosomas como los portadores de la herencia. Sin embargo, algunas de las conclusiones de Mendel debieron ser modificadas. GENÉTICA NO-MENDELIANA • Muchas de las características se heredan de acuerdo con las leyes establecidas por Mendel • Otras (tal vez la mayoría) siguen patrones de herencia complejos que alteran las proporciones fenotípicas esperadas por Mendel, debido a las interacciones que se presentan entre: – alelos – genes – medio • ambiente Los cromosomas pueden sufrir cambios (en número o estruc-tura) llamados mutaciones – deletéreas – variabilidad especies) genética (evolutivo y origen de nuevas GENÉTICA NO-MENDELIANA • Los casos que se salen de la Genética Mendeliana son: – – – – – Genes ligados Genes ligados al sexo Alelos múltiples Co-dominancia o dominancia incompleta Características ligadas a varios genes • • • Herencia poligénica Pleiotropía Epistasis GENES LIGADOS GENES DE MISMO CROMOSOMA QUE SE DISTRIBUYEN JUNTOS Algunos de los genes (que pueden tener o no relación entre sí) y que están ubicados en el mismo cromosomas homólogo, tienden a segregar juntos El proceso de entrecruzamiento (quiasmas) puede formar o separar los genes ligados Quiasmas GENES LIGADOS Las moscas de la fruta Drosophila melanogaster posee coloración negra o gris. Además pueden tener alas o alas vestigiales Los genes son: Gris: BB Negro: bb Alas: VV Alas vestigiales: vv GENES LIGADOS T. Hunt Morgan (1910) realizó pruebas con la D. melanogaster * y concluyó que la 3era Ley de Mendel tiene sus excepciones Cruce dihíbrido F1 (todas grises de alas normales) Pero se obtuvieron resultados diferentes a los esperados que indicaban un ligamiento de estos dos genes Cruce prueba de dos puntos (alelos de dos locis) BbVv (heterocigoto) X bbvv (homocigoto recesivo) GENES LIGADOS Resultados 2300 descendientes 83% de los tipos parentales y 17% de las recombinaciones Conclusión Los locis de la forma de las alas y el color del cuerpo están ligados en un miembro de un par de cromosomas homólogos y se heredan juntos GENES LIGADOS AL SEXO Cromosomas sexuales difieren en el tamaño y la cantidad de genes presentes El ligamiento de un gen al sexo se puede deber a que los genes están en el mismo cromosoma El gen X humano, esta ligado al daltonismo, factor de coagulación EJEM: La coloración roja los ojos de la mosca de la fruta esta ligada al cr. X. Los machos pueden tener los ojos rojos, pero las hembras no los pueden tener blancos DETERMINACIÓN DEL SEXO FENOTÍPICA En muchas especies, la dotación genética no determina totalmente el sexo Las condiciones ambientales realizan dicha determinación. Muchas plantas superiores con flores hermafroditas pueden masculinizar o feminizar sus flores cuando se tratan con fitohormonas. En algunos gusanos marinos (Poliquetos), los individuos jóvenes son machos y los adultos hembras. DETERMINACIÓN DEL SEXO FENOTÍPICA Cuando varias hembras crecen juntas en un ambiente cerrado, las más jóvenes acaban transformándose en machos, por influencia de una ecto-hormona elaborada por los óvulos maduros. DETERMINACIÓN DEL SEXO GÉNICA En algunas especies la determinación sexual es producida por un gen con varios alelos: • Es el caso del pepinillo del diablo, en el que se dan tres alelos para la sexualidad: – – – aD es el alelo dominante y determina masculinidad a+ es el alelo intermedio y determina plantas monoicas (plantas con flores masculinas y flores femeninas) ad es el alelo recesivo y determina feminidad DETERMINACIÓN DEL SEXO CARIOTÍPICA En Himenópteros sociales ( abejas, avispas...) el sexo viene determinado por la dotación cromosómica: los individuos diploides son hembras y los haploides son machos. DETERMINACIÓN DEL SEXO CROMOSÓMICA Es el caso más común de determinación sexual: los genes que determinan la sexualidad se reúnen en unos cromosomas que se llaman sexuales. Dos cromosomas que se identifican por su forma y tamaño, como pertenecientes a uno de los dos sexos, se denominan cromosomas sexuales. Los restantes pares de cromosomas homólogos, que son iguales en tamaño y forma para ambos sexos de una misma especie, se denominan autosomas Cariotipo de mujer HERENCIA LIGADA AL SEXO En la especie humana los cromosomas X e Y presentan diferencias morfológicas y tienen distinto contenido génico. Están compuestos por un segmento homólogo donde se localizan genes que regulan los mismos caracteres y un segmento diferencial, donde se encuentran tanto los genes exclusivos del X , o los del cromosoma Y. Los caracteres cuyos genes se localizan en el segmento diferencial del cromosoma X, como daltonismo, hemofilia, ictiosis están ligados al sexo. HERENCIA LIGADA AL SEXO DETERMINACIÓN DEL SEXO EN HUMANOS Degradación en vasos y venas por deficiencia de alfagalactosidasa herencia holándrica HERENCIA LIGADA AL SEXO DETERMINACIÓN DEL SEXO EN HUMANOS HERENCIA LIGADA AL SEXO • Daltonismo: incapacidad de distinguir determinados colores ( rojo y el verde). Regulado por un gen recesivo localizado en el segmento diferencial del cromosoma X. MUJER X D X D visión normal X D X d normal portadora XdXd daltónica HOMBRE X D Y visión normal X d Y : daltónico • Hemofilia: Incapacidad de coagular la sangre, debido a la mutación de uno de los factores proteicos. Igual que en el daltonismo, se trata de un carácter recesivo MUJER XH XH normal HOMBRE XH Y normal XH Xh normal portadora Xh Y hemofílico Xh Xh hemofílica Daltonismo Xd Y XD Xd Hombre visión normal: Xd Y Portadora: XDXd X X XD Xd Y Xd DXdd D X X X XdXd Portadora Portadora Daltónica XDY XdY Normal Daltónico Visión normal Daltonismo Hemofilia Xh XH Y Xh Hemofilico: Xh Y Portadora: XHXh X X XH Xh Y Xh DXhd H X X X XhXh Portadora Portadora Hemofílica XHY XhY Normal Hemofílico Porcientos: Hemofilica: 1: 100,000,000 Hemofílico: 1: 10,000 Coagulación normal Hemofilia Herencia ligada al sexo Xr Y XR XR Gen para el color de los ojos está en el cromosoma X Xr* XR Ww WY XR Xr WY XR El color rojo (R) domina sobre el mutante white (r) Ligado al sexo Color del ojo de la mosca de la fruta Gen: color de los ojos en cromosoma X R Óvulos de hembra XR Xr Espermatozoide El color rojo de (R) domina sobre mutante macho XRY white (r) Genotipos Frecuencias Fenotipos Frecuencias R r XRXR XRXr hembra hembra YXR YXr Macho Macho XRXR XRXr XRY 1 1 1 XrY 1 Normal f Portador -f Normal m White-e m 25% 25% 25% 25% Herencia ligada al sexo WY Xr Xr Gen para el color de los ojos está en el cromosoma X XR Xr XR Xr Xr Y Xr XR Xr Xr Y El color rojo (R) domina sobre el mutante white (r) CODOMINANCIA O DOMINANCIA INCOMPLETA Dominancia incompleta: El fenotipo de los heterocigotos es intermedio entre los fenotipos de los homocigotos Ambos alelos generan una enzima funcional Ejemplo: Coloración de algunas flores ALTERACIONES A LOS PATRONES MENDELIANOS • Codominancia: los efectos de ambos alelos en un locus particular se reflejan en el fenotipo del heterocigoto. Los grupos sanguíneos A y B son ejemplo de codominancia Alelos Fenotipo IA e IB = IAB ALELOS MÚLTIPLES Para una característica se presentan más de dos alelos que pueden expresarse Unido a mayor variabilidad genética de la especie EJEMPLO Un gen tiene más de dos alelos en la población Grupos sanguíneos ABO Grupo Sanguíneo ABO Tipo Genotipo A B AB Anticuerpo Recibe Donador Frec AA or AO B A or O A or AB 40% BB or BO A B or O B or AB 10% ninguno AB, A, B, O AB 4% AB RBCs universal O OO ambos O universal O,AB, A,B universal 46% Donador y aceptor universal INTERACCIONES ENTRE GENES Muchas características están influidas por la acción de otros genes Una característica muy variable puede deberse al efecto de varios genes (herencia poligénica) La acción de un gen puede modificar o regular la acción de otro gen (epistasis) La acción de un gen no relacionado a una característica, puede influir en la expresión de los genes que si lo están (pleiotropía) De igual forma un gen puede causar varios efectos sobre el fenotipo ALTERACIONES A LOS PATRONES MENDELIANOS Herencia poligénica: Varios genes intervienen en la modificación de una característica. Ej: color de piel, peso, tamaño. La herencia poligénica produce diferencias cuantitativas por lo que se le llama “herencia cuantitativa” EPISTASIS La actividad de un gen es enmascarada por la de otro EPISTASIS Cruce de 2 variedades de arvejillas con flores blancas F1: tienen flores púrpuras. F2: relación de plantas con flores púrpuras y flores blancas es 9:7. Color púrpura se debe a la presencia de ambos alelos dominantes P y C el homocigota recesivo de ambos genes enmascara al otro gen EPISTASIS EN COLOR DEL PELO DEL RATÓN Un gen controla la síntesis de melanina, el pigmento del pelo M (con melanina) y m (sin melanina) Otro gen controla la distribución del pigmento en el pelo A (agutí) y a (color negro) Epistasis en color de pelo- Agutí Proporciones: -Pelo agutí: 9 -Pelo negro: 3 -Pelo blanco: 4 PLEIOTROPÍA Y ALELOS LETALES Cuando un gen tiene varios efectos fenotípicos Ratón albino ojos rojos (sin pigmento) Con el tiempo se produce la ceguera Gato Manx sin cola -MLM sin cola -MM normal -MLML muere DIAGRAMA QUE ILUSTRA EL EFECTO PLEIOTRÓPICO DE LOS GENES QUE DETERMINAN LA FORMA DE LA PLUMA EN UNA VARIEDAD DE GALLINAS Influencia del medio en la expresión de características Conejo himalaya Mas de 35ºC son blancos y a menores con igual genotipo presentan cola, nariz, patas de color negro. Hortensia flores rosas se ponen azules si son cultivadas en suelos ácidos (pH 4,5) mientras las variedades de hortensias a flores azules se ponen rosas en terrenales alcalinos (pH 7,5 y mas). Gato siamés En invierno son pálidos y en verano oscuros por degradación de enzima de gen cs MUTACIONES Cambios en la secuencia específica de las BN del ADN que codifican para un gen específico. Ocasionan efectos sobre la estructura y función de una proteína Cambia la secuencia de a.a. (proteína codificada) Codifica un a.a. que funciona de manera equivalente Codifica una a.a. que funciona diferente Pueden producir un codón inapropiado (terminación y corte la traducción del ADN) MUTACIONES Fuente de variabilidad genética Depende de la naturaleza de la mutación (neutras, deletéreas o útiles) Fuente primaria y constante de variaciones hereditarias de la evolución, pero no determinan la dirección del cambio evolutivo MUTACIONES Algunos de los factores de mutación son: • • • • • • Procesos de división celular Errores durante la replicación del ADN o la síntesis proteica LUV Temperatura Factores nutricionales Actividad viral CLASIFICACIÓN DE LAS MUTACIONES Mutación somática: afecta a las células somáticas del individuo. Como consecuencia aparecen individuos mosaico que poseen dos líneas celulares diferentes con distinto genotipo. Mutaciones en la línea germinal: afectan a las células productoras de gametos apareciendo gametos con mutaciones. Estas mutaciones se transmiten a la siguiente generación y tienen un mayor importancia desde el punto de vista evolutivo. NIVELES MUTACIONALES Es una clasificación de las mutaciones basada en la cantidad de material hereditario afectado por el cambio: Mutación génica: afecta a un solo gen. Mutación: cromosómica: afecta a un segmento cromosómico que incluye varios genes. Puede dar origen a cambios cromosómicos estructurales. Mutación genómica: afecta a cromosomas completos (por exceso o por defecto) o a juegos cromosómicos completos. Puede dar origen a cambios cromosómicos numéricos. MUTACIONES GÉNICAS Son llamadas mutaciones puntuales ya que ocurren sobre una o varias Bases Nitrogenadas de la molécula de ADN. Sucede por accidentes (replicación del ADN; traducción o transcripción en la síntesis de proteínas (a pesar de contar con un sistema de regulación) Pueden ser poco nocivas, si el cambio en el código del gen ocurre en la 2 o 3 BN. Aunque puede ser letal si interviene el desarrollo del organismo. MUTACIONES GÉNICAS Sustituciones de bases: cambio o sustitución de una base por otra en el ADN. Transiciones: cambio de una purina (Pu) por purina, o bien cambio de una pirimidina (Pi) por otra pirimida. Transversiones: cambio de una purina (Pu) por pirimidina (Pi) o cambio de una pirimidina (Pi) por una purina (Pu). MUTACIONES GÉNICAS Deleciones: se pierden pares de bases Inserciones: se agregan pares de bases Duplicaciones: se duplican pares de bases Inversiones: un segmento del cromosoma rota 180° y se vuelve a unir Translocaciones: dos cromosomas NO homólogos intercambian partes MUTACIONES GÉNICAS MUTACIONES GÉNICAS Cuatro tipos de tripletes tienen capacidad de expansión patogénica en seres humanos (CGG/GCC, CAG/GTC, CTG/GAC y GAA/CTT) Se le encuentra en secuencias codificadoras (atrofia muscular bulboespinal, enfermedad de Huntington y algunas ataxias espinocerebelosas) como no codificadoras (síndrome X frágil, ataxia de Friedreich, distrofia miotónica). Las expansiones de tamaño intermedio (premutaciones), aunque clínicamente silentes, muestran una marcada tendencia a expandirse a mutaciones completas durante la transición por línea germinal. No se ha logrado explicar por completo los fenómenos relacionados con la mutación o la expresión fenotípica en estas enfermedades. MUTACIÓN CROMOSÓMICA Ocurre en poblaciones naturales por cambios que afecten a segmentos cromosómicos, cromosomas enteros e incluso a todo el genoma del individuo. Pueden causarse durante la división celular (metafase) y durante la meiosis (quiasmas, metafase, etc) Se pueden clasificar en dos tipos: Variaciones estructurales (cambios en la composición del cromosoma o estructura interna) Variaciones numéricas (cambios en el número de cromosomas) MUTACIONES CROMOSÓMICAS POR ESTRUCTURA a) Las que suponen pérdida o duplicación de segmentos o partes del cromosoma: - Deleción cromosómica: Es la pérdida de un segmento de un cromosoma. - Duplicación cromosómica: Es la repetición de un segmento del cromosoma. MUTACIONES CROMOSÓMICAS POR ESTRUCTURA b) Las que suponen variaciones en la distribución de los segmentos de los cromosomas. - Inversiones: Un segmento cromosómico de un cromosoma se encuentra situado en posición invertida. Traslocaciones: Un segmento cromosómico de un cromosoma se encuentra situado en otro cromosoma homólogo o no. MUTACIONES CROMOSÓMICAS POR NÚMERO Es frecuente en la naturaleza (extendido en el reino vegetal). En vegetales es común en de angiospermas (30% de especies) y relacionado con latitud geográfica. Entre animales –insectos, crustáceos, pocos anfibios y peces) En animales es menos difundida por presentar problemas fisiológicos: tamaño del animal no aumenta: células poliploides (más grandes) en menor número. determinación del sexo (depende del cociente entre cr. autosomas y cr. sexuales) MUTACIONES CROMOSÓMICAS POR NÚMERO Poliploides Organismos eucarióticos superiores poseen, generalm., dos juegos cromosómicos, uno procedente del padre y otro de la madre. Sin embargo hay especies o individuos que presenta más de dos juegos cromosómicos completos, son los denominados individuos poliploides Poblaciones naturales puede ser una ventaja evolutiva porque mezcla el acervo genético de dos especies emparentadas MUTACIONES CROMOSÓMICAS POR NÚMERO Ha sido utilizada por el hombre induciéndola de manera artificial. Plantas Más grandes (beneficio agronómico) Híbridos con características de varias especies Animales (piscifactorías) soportan en medianamente bajos niveles de poliploidía (trucha –triploidía; moluscos) mas grandes sin desarreglos fisiológicos incompatibles con la vida Raphanobrassica MUTACIONES CROMOSÓMICAS POR NÚMERO Haploide: se aplica a toda célula, tejido u organismo que posee una constitución cromosómica igual a la de los gametos de la especie. Tiene la mitad de los cromosomas que los normales de su especie Es normal en hongos, fase gametofítica de las plantas inferiores y en animales (machos de especies con determinismo sexual por haplo-diploidía). MUTACIONES CROMOSÓMICAS POR NÚMERO Produce individuos de menor tamaño que los normales y generalmente incompatibles con la vida (excepto en los grupos anteriores). El hombre ha utilizado los haploides en su beneficio, sobretodo en la mejoramiento de plantas. Producción artificial de plantas haploides MUTACIONES CROMOSÓMICAS POR NÚMERO Aneuploide: aquel, cuya constitución cromosómica no comprende un número exacto del genoma. puede ser por defecto o por exceso y supone un desequilibrio que generalmente los animales soportan peor que las plantas. ocurrida de forma espontánea, es frecuente en la naturaleza, y dependiendo de los cromosomas implicados el organismo es más o menos viable. MUTACIONES CROMOSÓMICAS POR NÚMERO Los individuos normales son disómicos y los aneuploides se clasifican siguiendo la siguiente terminología: Monosómico: Individuo al que le falta un cromosoma completo (insectos) Reproduccion por partenogenesis o estériles. En cromosomas autosómicos son letales Síndrome XO de Turner: pérdida del X mujeres estériles, corta estatura, inteligencia normal. Proporción: 1/5000 MUTACIONES CROMOSÓMICAS POR NÚMERO •Nulisómico: Individuo al que le falta una pareja cromosómica de su complemento cromosómico. No suelen manifestarse por ser una condición de letal –en trigo los otros cromosomas homólogos suplen la falta de los dos cromosomas eliminados. •Trisómico: Es un individuo que tiene un cromosoma extra. (2n + 1): provoca anormalidades MUTACIONES CROMOSÓMICAS POR NÚMERO Existen varios tipos de trisómicos dependiendo de las características que tenga el cromosoma crítico: Primario: Tiene adicionalmente un cromosoma del complemento normal. Secundario: El cromosoma extra es un isocromosoma es igual. Terciario: Es un trisómico cuyo cromosoma extra se ha originado por translocación y sus dos brazos se corresponden a cromosomas distintos del complemento normal. MUTACIONES CROMOSÓMICAS POR NÚMERO • Síndrome de Klinefelter: 1/1000 XXY: varones muy altos y delgados con retraso mental y estériles. – XYY: normalmente fértiles ( se relaciona con violencia, debate) – XXX: mujeres normales y fértiles – • Síndrome de Down: frec. 0.15% trisomía del cromosoma 21 No disyunción del cromosoma en meiosis – Translocación de segmentos cromosómicos – Se relaciona con la edad de los padres, aumentado la probabilidad con la edad. – • Síndrome de Edwards: cromosoma 18 ENLACES http://www.criba.edu.ar/genetica/Teoria/4Variaciones%20en%20la%20herencia%20mendeliana_ppt.pdf Enfermedades causadas por expansión de tripletes. Revisiones en Neurogenética REV NEUROL 2009;49:79-87 M.A. Rosales-Reynoso, A.B. Ochoa-Hernández, P. Barros-Núñez http://web.educastur.princast.es/proyectos/biogeo_OV/2BCH/B4_INF ORMACION/T411_MUTACIONES/diapositivas (Web de José Luis Sánchez Guillén. Profesor de Biología y Geología I.E.S. PANDO - OVIEDO (ESPAÑA) [email protected])
