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Tema 14. VARIACIONES ESTRUCTURALES CROMOSOMICAS El postulado fundamental de la Citogenética es la constancia del número y de la morfología de los cromosomas de una especie. No obstante, existen determinados factores biológicos (como los virus, por ejemplo), físicos (radiaciones) o químicos (determinadas drogas, pesticidas, insecticidas, etc.) que pueden producir cambios en el número o en la forma de los cromosomas. Las anomalías cromosómicas se clasifican en: - Anomalías de estructura o variaciones estructurales - Anomalías de número o variaciones numéricas Tanto las anomalías de estructura como las de número, tienen repercusiones negativas en la producción animal y son de gran importancia económica en la ganadería de un país porque: A): Disminuyen o anulan la fertilidad. B): Multiplican la anomalía en todos sus descendientes. Especialmente los machos que se utilizan en inseminación artificial y en general todos los ejemplares que vayan a utilizarse como reproductores. Existe evidencia de: - Toros que han sido seleccionados como reproductores, siendo portadores de anomalías cromosómicas, no dando, por ello, el resultado esperado. - Vacas a las que se les viene inseminando repetidas veces, negativo, sin que cromosómicamente. y siempre se les con haya resultado controlado VARIACIONES ESTRUCTURALES Principios generales que se cumplen en la producción de alteraciones: 1- Para que se produzca un cambio estructural, sin pérdida de genes tienen que darse, al menos, dos roturas. 2- Los extremos de rotura son inestables y muestran tendencia a fusionarse con otros extremos. 3- Los extremos inestables no se fusionan con extremos naturales o telómeros. 4- Los extremos de rotura no persisten indefinidamente sin que se reúnan con otros inestables o "cicatricen". CATEGORIAS DE LAS VARIACIONES CROMOSÓMICAS: 1.- Deletéreas. Son eliminadas rápidamente por la selección. 2.- Las que dan origen a polimorfismos cromosómicos equilibrados. 3.- Las que reducen la fertilidad de los portadores heterocigotos y pueden desempeñar un papel importante en los mecanismos de aislamiento conducentes a especiación. ANOMALÍAS ESTRUCTURALES: 1.- DELECION. Cuando el fragmento cromosómico se pierde, quedando el cromosoma carente del mismo. 2.- DUPLICACION. El fragmento está duplicado en un mismo cromosoma o en otro no homólogo. 3.- INVERSION. El fragmento sufre una rotación y se fusiona en orden invertido, con respecto a la posición original. 4.- TRANSLOCACION. El fragmento se fusiona o transloca a una posición distinta a la original. Variaciones cromosómicas estructurales Origen de las reordenaciones cromosómicas En meiosis, todas ellas experimentan unas conformaciones características: Anomalía Forma meiótica deleciones y asas Duplicaciones inversiones asas y bucles translocaciones cruz de translocación. 1.- DELECIÓN: Las deleciones pueden ser intersticiales o terminales. La pérdida de un fragmento cromosómico tiene graves consecuencias porque seguramente esa pérdida comprenderá un gran número de genes. Para ver esta película, debe disponer de QuickTime™ y de un descompresor TIFF (sin comprimir). Pa ra ve r esta pe lícu la ,de be disp oner de QuickT ime ™y de un d esco mpre sor T IF F (sin co mprimir) . Pa ra ve r esta pe lícu la ,de be disp oner de QuickT ime ™y de un d esco mpre sor T IF F (sin co mprimir) . Deleción terminal: a b c d a b c d e En meiosis: f f e a b c d a b c d Deleción intersticial: a b c d a b c f En meiosis: d e e a b c f a b c f f Variaciones cromosómicas estructurales Deleciones También pueden reconocerse las deleciones debido al fenómeno de pseudodominancia (desenmascaramiento de alelos recesivos, que parecen tener una expresión dominante. Deleciones - Displasia ectodérmica anhidrótica bovina 1. Enfermedad ligada al cromosoma X y atribuida a una deleción genómica que elimina el exón 3 del gen de la ectodisplasina 1. 2. Este gen está implicado en el desarrollo de estructuras ectodérmicas. El tamaño de la deleción en bovino no se ha caracterizado, y podría oscilar entre 2 kb y 160 kb. Variaciones cromosómicas estructurales Deleciones - Displasia ectodérmica anhidrótica bovina 3. Los individuos afectados presentan hipotricosis (alopecia parcial) y dentición incompleta. Variaciones cromosómicas estructurales Deleciones - Displasia ectodérmica anhidrótica bovina HIPOTRICOSIS NORMAL - folículos pilosos (fo) - glandulas sebáces (seg) - glándulas sudoríparas apocrinas (sg) Las deleciones terminales tienen solo un punto de ruptura y comprenden también la pérdida del telómero. Ejemplo: el síndrome de Cri du Chat, que comprende la pérdida de una pequeña parte de la región distal del brazo corto del cromosoma 5. Los nacidos alteraciones con este faciales, síndrome retraso presentan mental y del desarrollo y es característico el llanto que asemeja el maullido de gato, de ahí su nombre. 2.- Duplicaciones. Se producen: 1a) cuando un segmento cromosómico se replica más de una vez por error en la duplicación del ADN, 1b) como producto de una reorganización cromosómica de tipo estructural (ver más adelante inversiones y translocaciones), 1c) relacionado con un proceso de sobrecruzamiento defectuoso. •Las duplicaciones no suelen ser deletéreas, más bien puede decirse que es una fuente de nuevo material genético y base para nuevos cambios evolutivos. Muchas de las familias génicas con un origen evolutivo común, o las familias multigénicas pueden tener su origen en las duplicaciones. Si el segmento afectado es de gran tamaño, se puede detectar en meiosis con los mismos criterios que en las deleciones Para ver esta película, debe disponer de QuickTime™ y de un descompresor TIFF (sin comprimir). Para ver esta película, debe di sponer de Qui ckTime™ y de un descompresor TIFF ( sin compri mi r). 1 1 2 2 3 3 4 4 5 6 5 7 6 7 Variaciones cromosómicas estructurales Duplicaciones - Mecanismo 1 Emparejam. Normal 2. Emparejam desigual 3. Recombinación desigual 4 Resultado de la recomb desig. La importancia evolutiva de las duplicaciones radica en el hecho de que los individuos portadores tienen dos copias de un mismo gen. En un individuo normal una mutación de ese gen puede tener efectos deletéreos, pero si hay dos copias y se produce una mutación en una de ellas, el individuos podrá seguir manifestando un fenotipo "aparentemente normal" y la selección natural no actuaría en su contra. Mediante este proceso se pueden ir originando nuevas copias de un mismo gen y producirse variantes y alternativas no alélicas a una secuencia de ADN. Este es el origen de las familias multigénicas (Histonas, rRNAs, etc.) y de las familias génicas con un origen evolutivo común (Ej, haptoglobinas). La estructura citogenética de las familias multigénicas suele ser muy típica: Todos los genes que componen la familia se encuentran juntos en el cromosoma en un mismo "nicho" o cluster, que a su vez puede estar repetido una o varias veces. Las globinas se agrupan en dos clusters, cada uno de ellos en cromosomas distintos. Las histonas se agrupan en un cluster que puede estar repetido hasta cientos de veces en la misma región cromosómica. Los distintos genes están separados por unos espaciadores ricos en pares A-T y que son regiones SAR (Scaffold Attachement regions), esto es regiones por las que un lazo ADN se une al armazón proteico del cromosoma. Variaciones cromosómicas estructurales Duplicaciones – El gen kit porcino 1. El color blanco dominante en porcino se debe a una duplicación de una región cromosómica de 450 kb que contiene el gen KIT (mast/stem cell growth factor receptor). 2. La duplicación se debe a la recombinación desigual entre dos elementos LINE que flanquean al gen KIT. Variaciones cromosómicas estructurales Duplicaciones – El gen kit porcino Variaciones cromosómicas estructurales 3.- Inversiones 1. No se produce una pérdida de material genético y por tanto los individuos afectados son viables. 2. No obstante,pueden producirse consecuencias patológicas si las zonas de rotura cromosómica afectan a un gen. Variaciones cromosómicas estructurales Inversiones 3. Las inversiones pueden ser pericéntricas (la región invertida incluye al centrómero) o paracéntricas (no lo incluye). Para ver esta película, debe disponer de QuickTime™ y de un descompresor TIFF (sin comprimir). 1 2 3 Pa ra ve r esta pe lícu la ,de be disp oner de QuickT ime ™y de un d esco mpre sor T IF F (sin co mprimir) . 4 6 5 7 Variaciones cromosómicas estructurales Inversiones pericéntricas Variaciones cromosómicas estructurales Inversiones paracéntricas Emparejam. Variaciones cromosómicas estructurales Inversiones 1. Inversión paracéntrica en el brazo corto del cromosoma 9 (p1.2; p2.2) en porcino. Las flechas indican el punto estimado de rotura. 2. El individuo afectado presentaba un fenotipo intersexo (cariotipo 38, XX), con genitales externos femeninos y gónadas hipoplásicas con cordones seminíferos y folículos ováricos.