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Lección 9
Interacciones génicas, efecto
del medio ambiente y
caracteres cuantitativos
¿UN GEN-UN FENOTIPO?
• Muchos miles de genes en el genoma y en
muchos casos varios genes influyen sobre
un fenotipo.
• Efecto del ambiente sobre el paso genfenotipo.
• Un gen puede afectar a varios fenotipos:
PLEIOTROPÍA
PLEIOTROPÍA
Mutantes en los genes Hox13 carecen de
dedos y de la salida del aparato urinario
(vejiga, uretra y genitales externos).
Relación con el síndrome “mano-pie-genital”
humano
Los genes Hox13 se expresan en
dedos y genitales externos
EL GEN TOLL
Moscas Toll- sensibles
a infecciones fúngicas
(llegan a adultas porque
es un alelo termosensible)
Embriones Toll- con problemas
en el patrón dorso-ventral
SERIES ALÉLICAS
• Varias variantes heredables de un carácter
• ¿Son alelos de un mismo locus o
corresponden a varios genes?
PRUEBA DE COMPLEMENTACIÓN
Tres mutantes recesivos que
afectan al color de la flor
¿tres genes?
El mismo gen
Distintos genes
PRUEBA DE COMPLEMENTACIÓN
Análisis de recombinación:
-Dos mutaciones del mismo gen, loci estarán estrechamente ligados
-Dos mutaciones de distintos genes, no tienen por qué estar muy ligados
SERIES ALÉLICAS
Tipos de alelos en relación con el de referencia (silvestre):
–
–
–
–
–
Amorfos o nulos
Hipomorfos o rezumantes
Hipermorfos
Neomorfos
Isoalelos
Alelos favorables, desfavorables y neutros
Genes monomórficos y polimórficos
DOS GENES, UN CARÁCTER:
EPISTASIAS
Fucosa
Precursor
FUT1
Sustancia H
Mutante homocigoto FUT1- (fenotipo Bombay) no producen sustancia H: no pueden actuar IA o IB
FUT1- en homocigosis enmascara la expresión de IA o IB es EPISTÁTICO sobre ellos
DOS GENES, UN CARÁCTER:
EPISTASIAS
No sale la segregación clásica 9:3:3:1 pero NO es debido a ligamiento entre los loci
Es típico que se mezclen clases fenotípicas pero debajo sigue estando la 9:3:3:1
porque los loci siguen segregando de forma independiente
Hay cierta confusión en la nomenclatura
EPISTASIAS
Eumelanina
Tyr
Feomelanina
Tirosinasa
(C)
Pelo agutí A
Pelo negro aa
cc enmascara el fenotipo de los alelos del otro locus
EPISTASIA RECESIVA (9:3:4)
EPISTASIAS
A enmascara el fenotipo de los alelos del otro locus
EPISTASIA DOMINANTE (12:3:1)
EPISTASIAS
Gen w1+
Gen w2+
Para que aparezca uno de los fenotipos debe estar
presente al menos un alelo dominante de cada locus
w1w1 o w2w2 enmascaran el fenotipo
de los alelos dominantes
EPISTASIA DOBLE RECESIVA (9:7)
(COMPLEMENTACIÓN)
EPISTASIAS
A o B enmascaran el posible efecto sobre
el fenotipo ejercido por el otro locus
Dos genes intervienen de forma similar
e independiente en la aparición de UN fenotipo
EPISTASIA DOBLE DOMINANTE (15:1)
(GENES DUPLICADOS)
EPISTASIAS
B o aa enmascaran el posible efecto sobre
el fenotipo ejercido por el otro locus
B SUPRIME el efecto que tiene A sobre el fenotipo
(locus B es supresor del locus A)
Otra posibilidad:
Homocigoto recesivo en el locus supresor
elimina el fenotipo del homocigoto recesivo
del otro locus
EPISTASIA DOBLE DOMINANTE-RECESIVA (13:3)
(SUPRESIÓN DOMINANTE-DOMINANTE)
(SUPRESIÓN RECESIVA-RECESIVA)
DEL GENOTIPO AL FENOTIPO
Fenotipo 1
Genotipo 1
Fenotipo 2
Norma de reacción gen 1
Fenotipo 3
Genotipo 2
Fenotipo 4
Norma de reacción gen 2
Fenotipo 5
Genotipo 3
Fenotipo 6
Norma de reacción gen 3
DEL GENOTIPO AL FENOTIPO
Ay/a
Mismo genotipo,
diferentes fenotipos
(distintas cepas de ratón)
Similares fenotipos,
distintos genotipos
e/e
Ay/a
DEL GENOTIPO AL FENOTIPO
PENETRANCIA: proporción de individuos mostrando
el fenotipo asociado a su genotipo
Q no muestra el fenotipo
¿Genotipo de R?
EXPRESIVIDAD: todos los individuos muestran
el fenotipo pero no el mismo grado
EXPRESIVIDAD
Distintos perros de la raza “beagle”
con el mismo alelo SP (manchado)
muestran variable expresividad
CARACTERES INFLUIDOS POR EL
SEXO
P/-: pubertad precoz
p/p: pubertad normal
Pubertad precoz
OMIM 176410
Alelo P: pubertad precoz
(cromosoma 2)
P/-: pubertad normal
p/p: pubertad normal
LH
LH
LH
LH
Testosterona
Pubertad
Testosterona
Pubertad
Receptor LH
(alelo p)
LH
Receptor LH*
(alelo P)
CARACTERES CUANTITATIVOS
No hay clases fenotípicas discretas sino un continuo
CARACTERES CUANTITATIVOS
Un único locus, dos alelos
y dominancia incompleta
CARACTERES CUANTITATIVOS
Dos loci no ligados, dominancia
incompleta, efectos aditivos de
cada alelo (2 por locus)
CARACTERES CUANTITATIVOS
Tres loci no ligados, dominancia
incompleta, efectos aditivos de
cada alelo (2 por locus)
CARACTERES CUANTITATIVOS
Al aumentar el número de
loci se hace menor la diferencia
entre clases fenotípicas:
se pasa de distribución discreta
a distribución continua
(también si hay más alelos
por locus)
Distribución NORMAL surge cuando
hay varios factores (aquí genes)
actuando independientemente y
de forma aditiva
CARÁCTERES
CUANTITATIVOS
Los caracteres cuantativos surgen del efecto
acumulativo de varios loci.
En el caso más simple cada locus estaría
ocupado por alelos que añaden una cierta
cantidad al fenotipo (alelos de efecto aditivo) y
la contribución de cada alelo al fenotipo es
pequeña y similar.
Complicaciones: dominancia de unos alelos
sobre otros, epistasias entre loci, genes con
mayor efecto que otros …
Cada alelo A o B añade 1
unidad de color
CARACTERES CUANTITATIVOS
Efecto “emborronador” del ambiente:
solapan aún más las clases fenotípicas
El rango de valores del fenotipo de cada
clase es más amplio que la separación
entre clases.
Separación entre
clases
Consecuencia: dado un fenotipo no podemos
saber inequívocamente qué genotipo lo
origina y no se pueden usar los métodos
mendelianos (aunque cada gen sigue
en su herencia los principios mendelianos)
Rango de cada
fenotipo
Varianza total = suma de varianzas
CARACTERES CUANTITATIVOS
Dado un fenotipo no podemos saber
inequívocamente qué genotipo lo origina
No podemos predecir los resultados de un cruce
entre individuos ¿cómo saber si el carácter está
controlado genéticamente, cuántos loci, si hay
dominancias, epistasias …?
Fenotipo
Los tres genotipos
pueden originarlo
Fenotipo “2”: tres genotipos
pueden originarlo
PREGUNTAS PARA LA GENÉTICA
CUANTITATIVA
•¿Cuántos genes o loci influyen sobre el carácter?
•¿Qué efecto tienen los loci y como interactúan entre sí?
•¿Qué parte de la variación fenotípica de un carácter
cuantitativo se debe a diferencias genéticas entre los
individuos y qué parte a diferencias en el ambiente?
•¿Qué parte de la variación fenotípica puede ser
seleccionada por un mejorador o por la selección
natural?
•¿Cómo se distribuyen los loci por el genoma?
¿CÓMO SE TRABAJA EN
GENÉTICA CUANTITATIVA?
No se trabaja con cruces de individuos sino con poblaciones de
individuos a lo largo de varias generaciones y en diferentes
ambientes. Análisis estadístico de los valores del fenotipo en ellas
¿CUÁNTOS GENES?
¿Proporción de individuos con fenotipos extremos?
1/4 + 1/4 = 1/2
Menor cuantos más loci implicados
1/16 + 1/16= 1/8
…
Problemas si:
•No todos los genes contribuyen igual
•No todos los genes tienen efecto aditivo
(dominancias, epistasias …)
•No es una población F2
•Fuerte efecto ambiental
¿CUÁNTA INFLUENCIA GENÉTICA,
CUÁNTA AMBIENTAL?
Si hay más genes
hay más varianza
Con dispersión ambiental
hay más varianza
¿CUÁNTA INFLUENCIA GENÉTICA,
CUÁNTA AMBIENTAL?
VP = VG + VE
Heredabilidad en
sentido amplio
H2 = VG/VP
0 ≤ H2 ≥ 1
CUESTIONES SOBRE LA
HEREDABILIDAD
¿Cómo calcularla?
•Respuesta a la selección
•Correlación entre padres e hijos
•En humanos por estudios de gemelos: varianza entre monocigóticos
no es genética, sólo ambiental (VP = VE), varianza entre dicigóticos
es VP = ½ VG + VE
¿Qué significa?
La proporción de la varianza fenotípica total de una POBLACIÓN
CONCRETA que se debe a factores genéticos
¿Qué NO significa?
•La proporción en que el fenotipo de un individuo se debe al genotipo
•La proporción en que un carácter es determinado genéticamente (en
distintas poblaciones puede tener diferente valor. Por ejemplo, en una
F1 H2 = 0, pero en la F2 H2 para el mismo carácter podrá ser > 0)
CUESTIONES SOBRE LA
HEREDABILIDAD
¿Caracteres con H2 pequeña no están controlados por genes?
No necesariamente, pueden tener pequeña H2 porque no haya apenas
alelos diferentes en los genes que lo controlan. Pasa en muchos
caracteres importantes para la supervivencia (valor evolutivo)
¿DÓNDE ESTÁN LOS GENES?
Análisis de QTLs (Quantitative Trait Loci)
M
Crom. 1
M2
M3
M4
M5
M6
M7
1
QTL
QTL
Dos QTLs que afectan a la longitud de la vida de un individuo
situados en el cromosoma 1.
Dos poblaciones: una de vida corta (tiene alelos que dan vida corta
en sus QTLs) y otra de vida larga.
Una serie de marcadores distribuidos a lo largo del cromosoma que
no tienen nada que ver con el carácter, pero en una población están
los alelos M y en la otra los m
¿DÓNDE ESTÁN LOS GENES?
Línea de vida corta, S
QS
M1
c1
P:
M1
Línea de vida larga, L
M2
c2
QS
QL
m1
c1
M2
m1
QS
M1
c1
F1:
m1
m2
c2
QL
m2
M2
c2
QL
m2
En la F2 los individuos que hereden el marcador M1 tenderán a tener vida más corta
que los que hereden el m1. Ese sesgo será menor (pero también se dará) para los
marcadores M2 y m2 porque están más alejados del QTL (más recombinantes)
¿DÓNDE ESTÁN LOS GENES?
Línea de vida corta, S
Línea de vida larga, L
M3
M4
m3
m4
M3
M4
m3
m4
P:
M3
M4
m3
m4
F1:
En la F2 los individuos que hereden los marcadores M3, m3, M4 o m4 tendrán una vida
similar ya que no hay ningún QTL que afecte a ese carácter en el intervalo
QTL PARA TAMAÑO EN RATÓN
Poca resolución
(difícil identificar el gen)
200
F statistic
Statistical
Support
180
160
140
120
100
80
60
40
49
51
53
55
57
59
61
63
65
67
position along chromosome (cM)
69