Download b. Suponga que los genes se localizan en cromosomas diferentes

Capítulo 3
3 Transmisión independiente de genes
Preguntas claves
¿Qué proporciones se esperan en cruzamientos de individuos dihíbridos, trihíbridos y
así sucesivamente, cuando los genes se encuentran en distintos pares cromosómicos?
¿Cómo se explican estas proporciones a través del comportamiento de los cromosomas
durante la meiosis?
¿Puede la herencia mendeliana explicar la variación continua?
¿Cuáles son los patrones de herencia de los genes de orgánulos?
Esquema
3.1 Ley de Mendel de la transmisión independiente
3.2 Trabajando con la transmisión independiente
3.3 La base cromosómica de la transmisión independiente
3.4 Herencia poligénica
3.5 Genes de orgánulos: herencia independiente del núcleo
En este capítulo se tratan los principios que operan cuando se analizan
simultáneamente dos o más casos de herencia de un único gen. En ningún sitio han sido
tan importantes estos principios como en la agricultura y la ganadería. Por ejemplo,
entre los años 1960 y 2000 se ha duplicado la producción mundial de plantas destinadas
al consumo humano. Este incremento se ha debido a la revolución verde, pero ¿qué ha
hecho posible esta revolución? La revolución verde se ha debido, en parte, a las mejoras
introducidas en las técnicas agrícolas, pero sobre todo al desarrollo de cultivos con
genotipos superiores por parte de los genetistas vegetales. Estos mejoradores están
siempre atentos a la aparición azarosa de mutaciones en un gen que aumenten
significativamente la producción o el valor nutricional. Sin embargo, estas mutaciones
surgen en muchas líneas diferentes en distintas partes del mundo. En el arroz, por
ejemplo, que es uno de los principales cultivos comestibles mundiales, las siguientes
mutaciones han sido claves para la revolución verde:
sd1: Este alelo recesivo da lugar a un porte pequeño, lo que hace que la planta
sea más resistente a curvarse o a caerse por el viento y la lluvia; incrementa
asimismo la
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cantidad relativa de energía de la planta que se invierte en la semilla, la parte
comestible para el hombre.
Se1: Este alelo recesivo altera la necesidad que tiene la planta de un ciclo de luz
concreto, lo que permite su crecimiento en diferentes latitudes.
Xa4: Este alelo dominante confiere resistencia a una enfermedad bacteriana
denominada tizón.
Bph2: Este alelo confiere resistencia al saltamontes marrón del arroz.
Snb1: Este alelo confiere a la planta tolerancia a las inundaciones tras lluvias
intensas.
La combinación de estos alelos en una sola línea es muy conveniente cuando
quiere hacerse un genotipo verdaderamente superior. Para conseguir esta combinación
deben cruzarse dos líneas mutantes a la vez. Un genetista vegetal debería empezar
cruzando, por ejemplo, sd1 y Xa4. La descendencia F1 de este cruce debería llevar
ambas mutaciones pero en un estado de heterocigosis. Sin embargo, la mayoría de los
agricultores usan líneas puras ya que se propagan fácilmente y pueden ser distribuidas
entre los agricultores de una manera eficaz. Para obtener una línea pura doble mutante
sd1/sd1 · Xa4/Xa4 debe cultivarse la F1 para permitir a los alelos “segregar” en las
combinaciones de interés. La Figura 3-1 muestra algunos de los resultados de ese
cultivo. ¿Qué principios son relevantes en este caso? Depende en gran medida de si los
dos genes están en el mismo par cromosómico o en distintos pares. En este último caso,
los pares cromosómicos actúan independientemente durante la meiosis y los pares de
alelos de dos genes heterocigóticos se dice que muestran una transmisión
independiente.
Este capítulo explica cómo puede reconocerse la transmisión independiente y
cómo puede utilizarse el principio de la transmisión independiente para crear cepas
tanto en agricultura como en la investigación genética básica (el capítulo 4 trata sobre
los principios análogos que se aplican a pares de genes heterocigóticos en el mismo par
cromosómico).
Los procedimientos analíticos aplicables a la transmisión independiente de genes
fueron desarrollados por Gregor Mendel, el padre de la Genética, por lo que se usará de
nuevo su trabajo como ejemplo prototípico.
3.1 Ley de Mendel de la transmisión independiente
En gran parte de su trabajo original con guisantes, Mendel analizó la
descendencia de líneas puras que diferían en dos caracteres. A continuación se detalla
los símbolos que generalmente se usan para representar los genotipos que incluyen dos
genes. Si los genes están en diferentes cromosomas las parejas de genes se separan con
un punto y coma, por ejemplo: A/a ; B/b. Si están en el mismo cromosoma, los alelos de
un homólogo se escriben de forma adyacente, sin puntuación y se separan de los que se
encuentran en el otro homólogo mediante una barra oblicua, por ejemplo AB/ab o
Ab/aB. No existe un símbolo aceptado para los casos en los que no se conoce si los
genes están en el mismo cromosoma o en cromosomas diferentes. En este libro se
utilizará un punto para separar los genes en los casos en los que la situación de los genes
es desconocida, por ejemplo: A/a · b/b. Es necesario recordar que, en el capítulo 2, un
heterocigoto de un único gen (por ejemplo, A/a) se denomina monohíbrido; por
consiguiente un doble heterocigoto, como por ejemplo A/a·B/b es denominado
dihíbrido. El segundo principio importante de la herencia surgió de los estudios de
Mendel con cruces dihíbridos (A/a · B/b X A/a· B/b).
La forma y el color de las semillas fueron los dos caracteres con los que Mendel
comenzó a trabajar. En este libro ya se han estudiado los cruces monohíbridos para el
color de las semillas (Y/y X Y/y) con los que se obtenía una proporción en la
descendencia de 3 amarillas : 1 verde. Los fenotipos para la forma de las semillas
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(Figura 3-2) eran liso (determinado por el alelo R) y rugoso (determinado por el alelo r).
Como se esperaba, el cruce monohíbrido R/r X R/r produjo una proporción entre la
descendencia de 3 redondas : 1 verde. Mendel partió de dos líneas parentales puras para
llevar a cabo un cruzamiento dihíbrido. Una de las líneas tenía las semillas rugosas y
amarillas. Dado que carecía del concepto de localización cromosómica de los genes, se
usará el punto para representar este genotipo r/r · Y/Y. La otra línea, de genotipo R/R ·
y/y, tenía las semillas redondas y verdes. Cuando se cruzaron estas líneas, se produjeron
gametos r · Y y R · y respectivamente, por lo que las semillas de la F1 tuvieron que ser
de tipo dihíbrido con genotipo R/r · Y/y. Con este experimento Mendel descubrió que
las semillas de la F1 eran lisas y amarillas lo que demuestra que la dominancia de R
sobre r y de Y sobre y no se veía afectada por la condición de la otra pareja de genes del
dihíbrido R/r · Y/y. A continuación, Mendel realizó la autofecundación del dihíbrido de
la F1 para obtener así la generación F2. Las semillas de la F2 resultaron ser de cuatro
tipos diferentes y aparecieron en las siguientes proporciones:
9/16 lisas amarillas
3/16 lisas verdes
3/16 rugosas amarillas
1/16 rugosas verdes
La Figura 3-3 ilustra estos resultados y muestra los números reales que obtuvo Mendel
en sus experimentos. Esta proporción 9:3:3:1, inesperada a priori, parece mucho más
compleja que las sencillas proporciones 3:1 obtenidas en cruzamientos monohíbridos.
No obstante, esta proporción mostró ser un patrón de herencia consistente en el
guisante. A modo de prueba, Mendel también realizó cruzamientos dihíbridos que
afectaban a otras combinaciones de caracteres y encontró que todos los individuos
dihíbridos de la F1 producían descendientes en proporciones 9:3:3:1 en la F2. Esta
proporción resultó ser otro patrón hereditario que requería el desarrollo de una nueva
idea para ser explicado.
Para comenzar, revisemos los números reales obtenidos por Mendel en sus
experimentos en la Figura 3-3 para determinar si aún pueden observarse en la F2 las
proporciones 3:1 de cruces monohíbridos. Con respecto a la forma de las semillas, hay
423 semillas lisas (315 + 108) y 133 semillas rugosas (101+32), un resultado muy
próximo a la proporción 3:1. A continuación y con respecto al color de las semillas, se
observan 416 semillas amarillas (315+101) y 140 verdes (108+32), números también
muy próximos a la proporción 3:1. La presencia de estas dos proporciones de tipo 3:1
escondidas en la proporción 9:3:3:1, fue, sin ninguna duda, un elemento fundamental
para que Mendel pudiera explicar la proporción 9:3:3:1 ya que se dio cuenta de que tan
sólo era la combinación aleatoria de dos proporciones 3:1. Una forma de visualizar la
combinación aleatoria de estas dos proporciones es utilizar un diagrama de árbol como
el que se muestra a continuación:
¾ de estas semillas serán amarillas
¾ de la F2 es lisa
¼ serán verdes
¾ de estas semillas rugosas serán amarillas
¼ de la F2 es rugosa
¼ serán verdes
Los proporciones de los cuatro resultados posibles se calculan mediante el uso de la
regla del producto para multiplicar a los largo de las ramas del diagrama. Por ejemplo,
¾ de ¾
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se calcula como ¾ x ¾ que es igual a 9/16. Con estas multiplicaciones se obtienen las
cuatro proporciones detalladas a continuación:
3/4 × 3/4 = 9/16 lisas amarillas
3/4 × 1/4 = 3/16 lisas verdes
1/4 × 3/4 = 3/16 rugosas amarillas
1/4 × 1/4 = 1/16 rugosas verdes
Estas proporciones constituyen las razones 9:3:3:1 que se están tratando de
explicar en este apartado. Sin embargo, ¿no es todo ello un simple juego numérico?
¿Cuál es el significado biológico de la combinación de las dos proporciones 3:1? De
hecho, el modo en que Mendel enunció su explicación aporta pistas acerca del
mecanismo biológico. En lo que se conoce ahora como la segunda Ley de Mendel, él
concluye que los diferentes pares de genes segregan independientemente durante la
formación de los gametos. Consecuentemente, para dos pares de genes heterocigóticos
A/a y B/b es igual de probable que el alelo b termine junto con el alelo A en un mismo
gameto a que los haga con el alelo a; lo mismo es válido también para el alelo B. Ahora
se sabe que, en su mayor parte, esta ley es cierta para genes que están en distintos
cromosomas. En general, los genes que se localizan en el mismo cromosoma no
segregan de manera independiente dado que se mantienen juntos por el propio
cromosoma. La versión moderna de la segunda ley de Mendel se enuncia, por tanto,
como se muestra en el siguiente mensaje.
Mensaje La segunda ley de Mendel (el principio de la transmisión independiente) afirma
que los pares de genes localizados en cromosomas distintos se reparten de manera
independiente durante la meiosis.
Se ha explicado la proporción fenotípica 9:3:3:1 como una combinación
aleatoria de dos proporciones fenotípicas 3:1. Pero, ¿Podría llegarse también a la
proporción 9:3:3:1 a través del estudio de las frecuencias de los gametos, es decir, los
productos reales de la meiosis? Considérese los gametos producidos por la F1 dihíbrida
R/r ; Y/y (el punto y coma denota que se está considerando la idea de que los genes
están en el mismo cromosoma). Se comenzará usando de nuevo un diagrama de árbol,
ya que representa de manera visual la independencia de sucesos. Si se combinan las
leyes de Mendel de la segregación equitativa y la transmisión independiente puede
predecirse que
½ de estos gametos R serán Y
½ de los gametos serán R
½ serán y
½ de estos gametos r serán Y
½ de los gametos serán r
½ serán y
De acuerdo con la regla del producto, con la multiplicación a lo largo de las ramas se
obtienen las siguientes proporciones:
1/4 R ; Y
1/4 R ; y
1/4 r ; Y
1/4 r ; y
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Estas proporciones son el resultado directo de la aplicación de las dos Leyes de
Mendel: la de la segregación equitativa y de la transmisión independiente; sin embargo,
aún no se ha llegado a las proporciones 9:3:3:1. Dado que Mendel no especificó reglas
diferentes para la formación de los gametos masculinos y femeninos, el siguiente paso
sería proponer que tanto los gametos masculinos como los femeninos mostrarán las
mismas proporciones que se acaban de presentar. Para obtener la F2, los cuatro tipos de
gametos femeninos serán fecundados al azar por los cuatro tipos de gametos
masculinos; el mejor modo de presentar esto gráficamente es utilizar una cuadrícula 4 ×
4 denominada cuadrado de Punnett, como se muestra en la Figura 3-4. Con anterioridad
se ha comprobado la utilidad de estas cuadrículas para los estudios genéticos ya que
proporcionan una representación visual de los datos obtenidos. Su ventaja reside en el
hecho de que las diferentes proporciones pueden dibujarse en función de las
proporciones genéticas en estudio. La Figura 3-4 muestra un cuadrado de Punnet en el
que, a modo de ejemplo, se han dibujado cuatro filas y cuatro columnas que
corresponden con los cuatro genotipos de los gametos masculinos y con los cuatro
femeninos. Se observan 16 celdas que representan las posibles fusiones gaméticas y
cada una de ellas se corresponde con la dieciseisava parte del área total de la cuadrícula.
De acuerdo con la regla del producto cada dieciseisavo es el resultado de la fertilización
de un tipo de gameto femenino con una frecuencia de ¼ por un tipo de esperma presente
también en una frecuencia de ¼, lo que otorga una frecuencia de (¼)2 a la fusión de
ambos gametos. En el cuadrado de Punnet puede observase que la F2 contiene una gran
variedad de genotipos, pero sólo hay cuatro fenotipos en una proporción 9:3:3:1. Por
tanto, cuando se calculan las frecuencias de la descendencia directamente a partir de las
frecuencias gaméticas, se observa que puede llegarse igualmente a una proporción
9:3:3:1. Así pues, la ley de Mendel no sólo explica los fenotipos de la F2, también
explica los genotipos de los gametos y de la descendencia que subyacen a las
proporciones fenotípicas de la F2.
Mendel continuó trabajando de diferentes formas para corroborar su principio de
la transmisión independiente. El estudio de la proporción gamética 1:1:1:1 producida
por el dihíbrido de la F1 R/r ; Y/y es el modo más directo para esta comprobación ya que
esta proporción surge de su principio de la transmisión independiente y constituye la
base biológica del ratio 9:3:3:1 en la F2 (como puede observarse en el cuadrado de
Punnett). Con el fin de verificar la proporción gamética 1:1:1:1 Mendel utilizó un
cruzamiento prueba entre un dihíbrido de la F1 y un individuo prueba de genotipo r/r ;
y/y que produce solamente gametos con alelos recesivos (genotipo r ; y). Mendel razonó
que si de hecho había una proporción 1:1:1:1 de gametos R ; Y, R ; y, r ; Y, y r ; y, las
proporciones de la descendencia de este cruzamiento debían ser una manifestación
directa de las proporciones gaméticas del dihíbrido; en otras palabras
1/ 4R/r ; Y/y
1 /4 R/r ; y/y
1 /4 r/r ; Y/y
1/ 4 r/r ; y/y
Estos son los resultados que Mendel obtuvo en sus experimentos y que son
perfectamente coherentes con sus predicciones. En todos los cruzamientos dihíbridos
efectuados por Mendel se obtuvieron resultados similares y
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junto con otros tipos de experimentos se demuestra que el modelo concebido por
Mendel era sólido y permitía explicar los patrones de herencia observados en sus
cruzamientos con el guisante.
Las dos leyes de Mendel fueron probadas en un amplio espectro de organismos
eucarióticos a principios del siglo XX y los resultados obtenidos permitieron demostrar
que los principios mendelianos podían aplicarse de un modo muy general. Se dieron a
conocer multitud de casos en los que se comprobaba la existencia de proporciones
mendelianas (tales como 3:1, 1:1, 9:3:3:1 y 1:1:1:1), lo que demostraba que la
segregación equitativa y la transmisión independiente son procesos fundamentales de la
herencia que se observan en toda la naturaleza. Las leyes de Mendel no son sólo leyes
que rigen la herencia en el guisante, sino leyes generales de la genética en organismos
eucariotas.
El estudio de los efectos de la transmisión independiente en organismos haploides sirve
como ejemplo de la aplicabilidad universal de este principio. Si el principio de la
segregación equitativa fuera valido a todos los niveles, deberían poder observarse sus
efectos en los organismos haploides, pues también experimentan la meiosis.
Efectivamente, la transmisión independiente puede ser observada en cruces del tipo A ;
B X a ; b. La fusión de las células parentales produce un meiocito diploide transitorio
que es un dihíbrido A/a ; B/b cuyos productos de la meiosis (esporas sexuales, como las
ascoesporas de los hongos) serán
¼A;B
¼A;b
¼a;B
¼a;b
Se observa por tanto la misma proporción que en los cruzamientos de prueba dihíbridos
de un organismo diploide. De nuevo, esta combinación resulta de la combinación
aleatoria de dos proporciones monohíbridas 1:1 surgidas de la transmisión
independiente.
Mensaje Las proporciones 1:1:1:1 y 9:3:3:1 son indicadoras de la segregación
independiente ocurrida en uno y dos meiocitos dihíbridos, respectivamente.
3.2 Trabajando con la transmisión independiente
Es esta sección se estudiaran varios procedimientos analíticos basados todos ellos en el
concepto de la transmisión independiente y que forman parte de la rutina diaria en la
investigación genética. Estos procedimientos abarcan varios de los aspectos de los
análisis de las proporciones fenotípicas.
Predicción de proporciones en la descendencia
Como se declaró en el capítulo 2, la genética puede trabajarse en dos direcciones: (1)
haciendo predicciones sobre los genotipos de los padres mediante el uso de las
proporciones de la descendencia o (2) prediciendo las proporciones de la descendencia
de padres de genotipo conocido. Este último juega un papel importante en la parte de la
genética que se ocupa de predecir los distintos tipos de descendientes que surgen de un
cruzamiento y de calcular sus frecuencias esperadas, en otras palabras, sus
probabilidades. Ya se han visto dos formas de hacer esto: los diagramas de Punnet y los
diagramas ramificados. Los diagramas de Punnet pueden usarse para mostrar los
patrones de herencia basados en una, dos o más parejas de genes. Estos diagramas son
buenas herramientas gráficas para representar la descendencia, sin embargo, dibujar los
descendientes resulta muy laborioso. Incluso el cuadrado de Punnet de 16 celdas
utilizado para analizar un cruzamiento dihíbrido en este apartado resulta laborioso de
hacer. Sin embargo, para un cruzamiento trihíbrido hay 23 (u 8) tipos diferentes de
gametos con lo que el cuadrado de Punnet tendrá 64 compartimentos. El diagrama de
árbol que se muestra en este apartado para el dihíbrido A/a ; B/b resulta más sencillo de
crear y puede adaptarse para proporciones fenotípicas, genotípicas o gaméticas.
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AQUÍ VA UNA FIGURA
1. Genotipos de la progenie de una autofecundación
2. Fenotipos de la progenie de una autofecundación
3. Gametos
Observe que el diagrama de «árbol» de los genotipos es bastante difícil de manejar,
incluso en este caso en el que hay representados dos genes, dado que hay 3 2 = 9
genotipos. Para tres genes, habrá 33 = 27 genotipos posibles. Para simplificar esto puede
usarse una aproximación estadística que constituye un tercer método para calcular las
probabilidades (frecuencias esperadas) de los fenotipos o los genotipos específicos
resultantes de un cruzamiento. Las reglas estadísticas necesarios para aplicar este
método son la regla del producto y la regla de la suma, que se consideran juntas a
continuación.
Mensaje La regla del producto establece que la probabilidad de que ocurran a la vez dos
sucesos independientes es el producto de sus probabilidades independientes.
Los posibles resultados que resultan de lanzar los dados siguen la regla del
producto, porque el resultado obtenido en un dado es independiente del resultado del
otro. A modo de ejemplo se calcula la probabilidad p de salgan dos cuatros al tirar los
dados. Un dado tiene seis caras y sólo una de ellas es un cuatro, por tanto la
probabilidad de que salga un cuatro es 1/6. Esta probabilidad se representa de la
siguiente forma:
p (de un 4) = 1/6
Así pues, de acuerdo con la regla del producto la probabilidad de que salga un cuatro en
ambos dados se calcula como 1/6 X 1/6 = 1/36. Esta probabilidad se representa como:
p (de dos 4) = 1/6 X 1/6 = 1/36
A continuación para la regla de la suma:
Mensaje La regla de la suma establece que la probabilidad de que ocurra cualquiera de
dos sucesos mutuamente excluyentes es la suma de sus probabilidades independientes.
(Obsérvese que la regla del producto se centra en la probabilidad de que ocurran
los resultados A y B mientras que la regla de la suma se centra en la probabilidad de que
ocurran los resultados A o B)
Puede también emplearse el ejemplo de los dados para ilustrar la regla de la
suma. Ya se ha calculado que la probabilidad de que salgan dos cuatros es 1/36 y,
haciendo el mismo tipo de cálculo, resulta obvio que la probabilidad de que salgan dos
cincos será la misma, 1/36. Ahora puede calcularse
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la probabilidad de obtener dos cuatros o dos cincos. Dado que los resultados son
mutuamente excluyentes, la regla de la suma dice que la respuesta es 1/36 + 1/36 =
1/18. Esta probabilidad se representa de la siguiente forma:
p (de que salgan dos cuatros o dos cincos) 1/36 + 1/36 = 1/18
¿Qué proporción de los descendientes tendrá un fenotipo concreto? Es este punto
puede volverse a un ejemplo genético. Por ejemplo, si se tienen dos plantas de genotipo
A/a ; b/b ; C/c ; D/d ; E/e
y otra de genotipo
A/a ; B/b ; C/c ; d/d ; E/e
Tras el cruzamiento entre estas dos plantas, se pretende recuperar una planta de
genotipo a/a ; b/b ; c/c ; d/d ; e/e (por ejemplo, para ser utilizada en un cruzamiento
prueba). ¿Qué proporción de los descendientes se espera que tengan ese genotipo? Este
cálculo puede hacerse con facilidad mediante la utilización de la regla del producto si se
asume que todas las parejas de genes segregan independientemente. Se consideran las
cinco parejas independientemente como si fueran cinco distintos y las probabilidades
independientes de obtener cada genotipo se multiplican, para así llegar a la probabilidad
final:
Del cruzamiento A/a × A/a, la cuarta parte de los descendientes será a/a
Del cruzamiento b/b × B/b, la mitad de los descendientes será b/b
Del cruzamiento C/c × C/c, la cuarta parte de los descendientes será c/c
Del cruzamiento D/d × d/d, la mitad de los descendientes será d/d
Del cruzamiento E/e × E/e, la cuarta parte de los descendientes será e/e
Por lo tanto, la probabilidad conjunta (o frecuencia esperada) de obtener
descendientes de genotipo a/a ; b/b ; c/c ; d/d ; e/e será 1/4 × 1 /2 × 1 /4 × 1/ 2 × 1 /4 =
1/256 . Este cálculo de probabilidades puede también aplicarse para predecir frecuencias
fenotípicas o gaméticas. De hecho, este método es de gran utilidad en los estudios
genéticos, como se verá en capítulos posteriores.
¿Cuántos descendientes se necesitan cultivar? Para llevar este ejemplo un paso más
lejos, supóngase que se necesita estimar cuantos descendientes es necesario cultivar
para tener una probabilidad razonable de obtener el genotipo deseado: a/a ; b/b ; c/c ;
d/d ; e/e. Se calcula primero la proporción de descendientes con ese genotipo que se
esperan. Como se ha mostrado anteriormente, sería necesario examinar 256
descendiente para tener, de media, una oportunidad para conseguir un planta del
genotipo deseado.
La probabilidad de obtener un “éxito” (una planta completamente recesiva) de
entre 256 descendientes ha de ser tomada con precaución. Representa una probabilidad
media de éxito. Desafortunadamente, si se aíslan y comprueban 256 descendientes, con
toda probabilidad no tendremos ningún éxito por una cuestión de simple mala suerte.
Desde un punto de vista práctico, sería más significativo preguntarse qué tamaño de
muestra sería necesario para obtener al menos un éxito con una certeza del 95% (nota:
el valor de confianza del 95% es un estándar en la investigación científica). La manera
más sencilla de llevar a cabo este cálculo sería considerar la probabilidad de fracaso
total, es decir, la probabilidad de no obtener ningún descendiente del genotipo deseado.
En el ejemplo anterior, la probabilidad de cada uno de los individuos considerados de
no ser del genotipo buscado sería 1 – (1/256) = 255/256. Si se aplica esta idea a una
muestra de tamaño n la probabilidad de no tener éxito sería (255/256)n (Esta
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probabilidad es una mera aplicación de la regla del producto: 255/256 multiplicado por
si mismo n veces). Así pues, la probabilidad de obtener al menos un éxito es la
probabilidad de todos los resultados posibles (es decir, 1) menos la probabilidad de un
fracaso total o (255/256)n. Por lo tanto, la probabilidad de tener al menos un éxito sería
1-(255/256)n. Para cumplir con el nivel de confianza del 95% debe igualarse la
expresión a 0.95 (equivalente a 95%).
Por lo tanto,
1 - (255/259)n = 0.95
Al resolver esta ecuación se obtiene un valor de n de 765, que es el número de
descendientes necesarios para garantizar prácticamente el éxito. Obsérvese cuán
diferente es este número de la predicción anterior, un tanto ingenua, de un éxito entre
256 descendientes. Este tipo de cálculo es de gran utilidad para muchas aplicaciones de
la genética y otras muchas situaciones en las que se necesitan resultados satisfactorios
después de muchos intentos.
¿Cuántos genotipos diferentes se producen tras un cruzamiento? Para predecir el
número de genotipos o fenotipos entre la descendencia de líneas parentales complejas se
pueden aplicar las leyes de la probabilidad de una manera muy sencilla. Por ejemplo, en
la autofecundación de un tetrahíbrido A/a ; B/b ; C/c ; D/d hay tres posibles genotipos
para cada pareja de genes; para el primer par de genes los tres genotipos posibles son
A/A, A/a y a/a. Dado que en total hay cuatro parejas de genes, habrá un total de 3 4 = 81
genotipos diferentes. En un cruzamiento prueba de ese tetrahíbrido hay dos genotipos
para cada pareja de genes (por ejemplo, A/a y a/a) y un total de 24 = 16 genotipos entre
la descendencia. Todos los genotipos del cruzamiento prueba se dan con la misma
frecuencia de 1/16 ya que se asume que todos los genes están en distintos cromosomas.
Uso de la prueba de chi cuadrado en las proporciones de cruces monohíbridos y
dihíbridos
En la genética, un investigador suele encontrarse generalmente con resultados que están
cerca de una proporción esperada pero no son idénticos a ella. Estas proporciones
pueden venir de genotipos monohíbridos, dihíbridos o de genotipos más complejos,
independientes unos de otros o no. Pero, ¿cuán próximo ha de estar un resultado a lo
esperado para estar suficientemente cerca? Se necesita un prueba estadística para
comparar esas proporciones con las esperadas y la prueba del chi cuadrado (o prueba
X2) cumple perfectamente con ese papel.
¿En qué situaciones experimentales se aplica en general la prueba de chi cuadrado? Lo
más normal es que los resultados observados se comparen con los predichos por una
hipótesis. En un ejemplo genético muy simple, se supone que se ha cultivado una planta
que, según la hipótesis propuesta en un estudio anterior, será heterocigota A/a. Para
probar esta hipótesis se cruza este heterocigoto con un individuo prueba de genotipo a/a
y se contabilizan los fenotipos con genotipo A/- y a/a entre la descendencia.
Posteriormente, se debe comprobar si los números obtenidos se corresponden con la
proporción esperada 1:1. Si hay una correspondencia cercana a esta razón, entonces la
hipótesis se considera consistente con los resultados, mientras que si hubiera una mala
correspondencia la hipótesis sería rechazada. Se debe juzgar, como parte del proceso, si
los números obtenidos están suficientemente cerca de los esperados. Generalmente, las
correspondencias buenas y los desajustes evidentes no suelen presentar problemas pero
inevitablemente existen zonas de grises en las cuales la correspondencia no es, en
absoluto, obvia.
La prueba de X2 es una manera sencilla de cuantificar las diversas desviaciones
que se esperan por azar si una hipótesis es cierta. Tómese como ejemplo la hipótesis
anterior en la que se espera una proporción 1:1. No siempre se espera una proporción
exactamente 1:1, incluso si la hipótesis es cierta. Esta idea puede modelizarse mediante
el uso de un barril repleto de canicas con igual número de rojas y blancas. Si se sacan al
azar 100 canicas, debido al propio azar, se esperaran frecuentemente pequeñas
desviaciones, como por ejemplo 52 rojas: 48 blancas. Con una frecuencia menor se
esperan grandes desviaciones, como por ejemplo 60 rojas : 40 blancas.
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Es posible incluso obtener un resultado de 100 canicas rojas, aunque con una
probabilidad muy baja de (1/2)100. No obstante, incluso si la hipótesis es cierta cualquier
resultado es posible con una probabilidad determinada, entonces ¿cómo puede
rechazarse una hipótesis? En el ámbito científico se admite, como norma general, que
una hipótesis ha de rechazarse si existe una probabilidad de menos del 5% de observar
una desviación de lo esperado como la observada o mayor. La hipótesis todavía podría
ser cierta, pero debe tomarse una decisión en algún punto y un 5% es la línea convenida
para esta decisión. Esto implica que, aunque los resultados están lejos de lo esperado, se
esperan en un 5% de las ocasiones incluso si la hipótesis es cierta y se estará rechazando
erróneamente la hipótesis solamente en un 5% de los casos y se debe estar dispuesto a
aceptar esa posibilidad de error (este 5% es el inverso del nivel de confianza del 95%
usado con anterioridad).
Miremos algunos datos reales. Se comprobará la hipótesis anterior de que una
planta es heterocigótica. Se determina que el alelo A determina el color rojo de los
pétalos y el alelo a el color verde. Los científicos comprueban una hipótesis haciendo
predicciones basadas en la hipótesis. En este caso, una posibilidad sería predecir los
resultados de un cruzamiento prueba. En virtud de la hipótesis propuesta, la ley de
Mendel de la segregación equitativa predice que debería haber un 50% A/a y un 50%
a/a. Se supone que, en realidad, se obtienen 120 descendientes y se encuentra que 55
son rojos y 65 son blancos. Estos números difieren los esperados, que son 60 rojos y 60
blancos. Los resultados parecen un poco lejos de las proporciones esperadas, lo que
hace aún mayor la duda; así que es necesario usar la prueba X2. El estadístico X2 se
calcula usando la siguiente fórmula:
X2 = Σ (O – E)2 / E para todas las clases
en donde E es el número esperado para una determinada clase, O es el numero
observado para esa clase y Σ significa “la suma de”.
Es más sencillo realizar este cálculo mediante el uso de una tabla:
AQUÍ VA UNA TABLA
1. Clase
2. Rojo
3. Blanco
4. Total
Ahora debe buscarse este valor de X2 en la Tabla 3-1 de donde se obtiene el valor de
probabilidad que desea obtenerse. En esta Tabla, las filas representan los valores para
distintos grados de libertad (gl). El número de grados de libertad es el número de
variables independientes de los datos. En el presente contexto, el número de variables
independientes es simplemente el número de clases fenotípicas menos 1. En este caso gl
= 2 – 1 = 1, así que sólo es necesario fijarse en la primera línea. Se observa que el valor
de X2 de 0.84 está en algún lugar entre las columnas marcadas como 0.5 y 0.1, en otras
palabras, entre el 10 y el 50%. Este valor de probabilidad es mucho mayor que el valor
de corte del 5%, por lo que los resultados observados se aceptan como compatibles con
la hipótesis.
A continuación se detallan algunos puntos importantes de la aplicación de este test:
1. ¿Qué significa realmente el valor de la probabilidad? Es la probabilidad de
observar una desviación de los resultados esperados como fruto del azar al
menos tan grande como la obtenida (no exactamente esta desviación) en el caso
de que la hipótesis fuera correcta.
2. El hecho de que estos resultados hayan pasado la prueba de chi cuadrado porque
el valor de p sea > 0.05 no significa que la hipótesis sea cierta; simplemente
significa que los resultados son compatibles con esa hipótesis. Sin embargo, si
se hubiera obtenido un valor de p < 0.05
Fin página 98
AQUÍ VA UNA TABLA
1. Tabla 3-1 Valores críticos de la distribución X2
2. P
3. gl
nos habríamos visto forzados a rechazar la hipótesis. La ciencia trata sobre
hipótesis que pueden ser declaradas falsas, no sobre la “verdad”.
3. Se debe ser precavido al enunciar la hipótesis, pues se suelen incluir supuestos
de forma velada. La hipótesis en estudio es un ejemplo claro. Si se expone de
forma cuidadosa, deberíamos decir que “el individuo problema es un
heterocigoto A/a, estos alelos muestran segregación equitativa durante la
meiosis y que la descendencia A/a y a/a son igual de viables”. En el capítulo 6 se
estudiarán los efectos de los alelos en la viabilidad de los individuos, pero por el
momento debe tenerse en mente estos efectos como una complicación posible ya
que las diferencias en la viabilidad pueden afectar los tamaños de las diferentes
clases. El problema reside en que si se rechaza la hipótesis que contiene
componentes implícitos, no puede determinarse cuáles de éstos se han
rechazado. En el presente caso, por ejemplo, si como consecuencia del resultado
de la prueba X2 se fuerza el rechazo de la hipótesis, no podrá saberse si se está
rechazando la segregación equitativa, la viabilidad o ambas.
4. El resultado de la prueba X2 depende en gran medida del tamaño de la muestra
(números en cada clase). Por tanto, la prueba debe usar números reales, no
proporciones ni porcentajes. Asimismo, cuanto más grande es la muestra mayor
es la fiabilidad de la prueba.
Cualquiera de las proporciones mendelianas consideradas en este capítulo y en el
capítulo 2 pueden ser comprobadas usando la prueba de X2; por ejemplo 3:1 (1 gl),
1:2:1 (2 gl), 9:3:3:1 (3 gl) y 1:1:1:1 (3 gl). En el capítulo 4 se verán más
aplicaciones para la prueba X2.
Síntesis de líneas puras
Las líneas puras son una de las herramientas esenciales en la investigación genética.
Una de los motivos es que sólo las líneas homocigóticas expresan los alelos
recesivos, pero la razón principal de la necesidad de tener líneas
Fin página 99
puras es el mantenimiento de las variedades necesarias para la investigación. Puede
permitirse que los miembros de una línea pura se crucen entre ellos a lo largo del
tiempo y servir así de fuente permanente de este genotipo con el fin de ser
empleados en experimentos científicos. Existen centros internacionales de cepas o
estirpes para muchos organismos modelo que funcionan como repositorios de líneas
puras. Centros similares de stocks proporcionan líneas de plantas y animales para su
uso en agricultura y ganadería.
Las líneas puras de plantas y animales se consiguen gracias a generaciones repetidas
de autofecundación (en los animales la autofecundación se consigue mediante el
cruce de animales de genotipos idénticos). Mediante la autofecundación de una
planta monohíbrida se puede ver el principio que opera. Supóngase que se comienza
con una población de individuos que son todos A/a y se les permite autofecundarse.
Puede aplicarse la primera ley de Mendel y predecir que en la siguiente generación
habrá ¼ A/A, ½ A/a y 1/4 a/a. Obsérvese que la heterocigosidad (la proporción de
heterocigotos) se ha reducido a la mitad pasando de 1 a ½. Si se repite este proceso
de autofecundación en la siguiente generación todos los descendientes de los
homocigotos serán homocigotos y los heterocigotos, de nuevo, reducirán su
proporción a la mitad quedando en ¼. El siguiente gráfico muestra este proceso:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1. Todos
Después de, por ejemplo, ocho generaciones de autofecundación, la proporción de
heterocigotos se reduce a (1/2)8, es decir, 1/256 ó 0.4%. Miremos ahora este proceso
desde un punto de vista diferente: se supone que el programa comienza con un
genotipo que es heterocigótico para 256 genes. Si se supone también la transmisión
independiente, tras ocho generaciones de autofecundación se obtendrá una variedad
de líneas cada una de las cuales tendrá como media un único gen en heterocigosis
(1/256). En otras palabras, este es el camino correcto para crear una gran variedad
de líneas puras.
Apliquemos ahora este principio al tema con el que comenzó este capítulo, a la
selección de líneas para la agricultura. Puede utilizarse el ejemplo de de la selección
del trigo Marquis llevada a cabo por Charles Saunders a principios del siglo veinte.
El objetivo de Saunders era desarrollar una línea productiva de trigo que tuviera un
periodo de crecimiento más corto que permitiera su extensión a grandes territorios
de siembra en países del norte como Canadá y Rusia, ya que el trigo es unos de
alimentos básicos mundiales. Saunders cruzó una línea con una excelente calidad de
grano denominada Red fife con una línea Hard red Calcutta de rendimiento y
calidad pobre, pero que maduraba 20 días antes que la línea Red Fife. El cruce
produjo una F1 que seguramente multiplicó la heterocigosidad de los genes que
controlan la calidad del trigo. A partir de esa F1, Saunders realizo autofecundaciones
y selecciones que finalmente llevaron a una línea pura que reunía una combinación
de las características favorables que se deseaban: buena calidad del grano y
maduración temprana. Esta línea se denominó Marquis y fue rápidamente adoptada
en muchas partes del mundo. Se puede aplicar una aproximación similar para las
líneas de arroz con las que comenzaba este capítulo. Todas las mutaciones de un
único gen se cruzan por parejas y las plantas de la F1 se autofecundan o se cruzan
con otras plantas F1.
Fin página 100
Para ilustrar este hecho, se considerarán tan sólo cuatro mutaciones, de la 1 a la 4.
Un programa de cría puede describirse como se hace a continuación, con los alelos
mutantes y sus correspondientes alelos salvajes siempre enumerados en el mismo
orden:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1.
Autofecundación
2.
Selección del homocigoto
3.
Cruzamiento de estos homocigotos
Este tipo de reproducción se ha aplicado a muchas otras especies de cultivo; en la
Figura 3-5 se muestran el colorido y la diversidad de líneas puras de tomates de uso
comercial.
Obsérvese que, en general cuando se autofecunda un individuo múltiple
heterocigoto se produce una gama de distintos homocigotos. Por ejemplo, en un
individuo A/a ; B/b ; C/c existen dos homocigotos para cada gen (es decir, para el
primer gen los homocigotos son A/A y a/a) y por lo tanto habrá 23 = 8 homocigotos
diferentes posibles; A/A ; b/b ; C/c y a/a ; B/B ; c/c y así sucesivamente. Cada uno de
estos homocigotos puede significar el comienzo de una nueva línea pura.
Mensaje la autofecundación repetida conduce a un incremento de la proporción de
homocigotos, proceso que puede ser utilizado para la creación de líneas puras para la
investigación u otras aplicaciones.
Vigor Híbrido
Se ha considerando la síntesis de líneas puras superiores para su uso en investigación y
agricultura. El uso de líneas puras es una forma apropiada de propagar fácilmente un
genotipo año tras año. No obstante, una gran cantidad de las semillas comerciales
usadas por agricultores (y jardineros) se denominan semillas híbridas. Curiosamente, en
muchos casos en los cuales se unen dos líneas dispares de plantas (y animales) en una
F1 híbrida (presumiblemente heterocigótica), el híbrido muestra un mayor tamaño y
vigor que las líneas parentales (Figura 3-6). Esta superioridad general de los múltiples
heterocigotos es lo que se conoce como vigor híbrido. Las bases moleculares del vigor
híbrido son, en su mayor parte, desconocidas y aún son motivo de un acalorado debate,
pero el fenómeno es innegable y ha hecho grandes contribuciones a la agricultura. El
uso de híbridos tiene un aspecto negativo y es que cada temporada ambas líneas
parentales deben ser cultivadas por separado y cruzadas para producir semillas
destinadas a la venta. Este proceso es bastante más incómodo que mantener líneas
puras, que solo requieren que se les permita la autofecundación y en consecuencia las
semillas híbridas resultan más caras que las de líneas puras.
Desde el punto de vista del usuario existe otro aspecto negativo en el uso de
híbridos. Después de que una planta se ha cultivado y producido su cosecha para la
venta
Fin página 101
no es realista mantener algunas de sus semillas producidas y esperar que estas semillas
tengan el mismo vigor el próximo año. La razón de esto es que en la meiosis del
híbrido, la transmisión independientemente de los distintos pares génicos producirá
muchas combinaciones de alelos diferentes, y muy pocas de éstas serán las mismas que
las del híbrido. Por ejemplo, cuando se autofecunda el tetrahíbrido descrito con
anterioridad, se producen 81 genotipos diferentes de los cuales sólo una minoría serán
tetrahíbridos. Si se asume transmisión independiente, la autofecundación producirá, para
cada par génico, la mitad de heterocigotos (A/a  ¼ A/A, ½ A/a y ¼ a/a). Dado que
hay cuatro pares génicos en este tetrahíbrido, la proporción de descendientes que será
como el híbrido original A/a ; B/b ; C/c ; D/d es (1/2)4 = 1/16.
Mensaje Algunos híbridos entre líneas genéticamente diferentes muestran vigor híbrido.
Sin embargo, en la meiosis del híbrido la segregación de genes deshace la combinación
alélica favorable, por lo que pocos miembros de la siguiente generación mostrarán este
vigor.
3.3 Bases cromosómicas de la transmisión independiente
Al igual que la segregación equitativa, la transmisión independientemente de parejas
génicas en diferentes cromosomas se explica por el comportamiento de los cromosomas
durante la meiosis. Considérese un cromosoma que denominaremos número1, sus dos
homólogos podrían llamarse 1´y 1´´. Si los cromosomas se alinean en el ecuador de la
célula entonces el cromosoma 1´ puede ir al “norte” y el 1´´ al “sur” o viceversa. Del
mismo modo, para un cromosoma 2 con sus homólogos 2´ y 2´´, 2´ puede ir al norte y
2´´ al sur o
Fin página 102
viceversa. Así pues, el cromosoma 1´ puede terminar empaquetado bien con el
cromosoma 2´ o con el 2´´, en función de que cromosomas son conducidos en la misma
dirección.
No es fácil demostrar la transmisión independiente mediante la observación de
los cromosomas en segregación con el microscopio, ya que los cromosomas homólogos,
como el 1´ y el 1´´, no son diferentes a pesar de que pueden contener pequeñas
variaciones en su secuencia. Sin embargo, en determinadas casos especiales la
transmisión independiente puede ser visualizada. Uno de estos casos fue decisivo en el
desarrollo histórico de la teoría cromosómica.
En 1913 Elinor Carothers se encontró con una circunstancia inusual en los
cromosomas de una especie de saltamontes, una situación que permitía una
demostración directa de que diferentes parejas de cromosomas realmente segregan de
forma independiente. Mediante el estudio de las meiosis en los testículos de la especie
de saltamontes, encontró un par de cromosomas constituido por dos miembros que no
eran idénticos. Esta pareja se conoce como par heteromorfo y, presumiblemente, los
cromosomas muestran sólo una homología parcial. Asimismo, observó que otro
cromosoma (no relacionado con el par heteromórfico) no tenía ningún compañero.
Carothers aprovechó estos cromosomas inusuales como marcadores citológicos para
estudiar la conducta de los cromosomas durante la segregación. Mediante la
observación de muchas meiosis pudo determinar el número de veces que un miembro
determinado del par heteromorfo migraba al mismo polo que el cromosoma
desapareado (Figura 3-7). Observó que las dos posibilidades ocurrían con la misma
frecuencia. A pesar de que estos cromosomas inusuales no son comunes, estos
resultados sugieren que, en general, los cromosomas homólogos segregan de manera
independiente.
Transmisión independiente en organismos diploides
La Figura 3-8 muestra de manera formal las bases cromosómicas de la ley de la
transmisión independiente. Esta figura ilustra como el comportamiento independiente
de dos pares de cromosomas diferentes da lugar a las proporciones mendelianas 1:1:1:1
de los gametos esperados de acuerdo con la ley de la transmisión independiente. La
hipotética célula tiene cuatro cromosomas: un par de homólogos largos y un par de
homólogos cortos. El genotipo de los meiocitos es A/a ; B/b y los dos pares alélicos A/a
y B/b se muestran en dos pares cromosómicos diferentes. Los apartados 4 y 4´de la
Figura 3-8 muestran el paso clave de la segregación equitativa: hay dos patrones de
segregación alélica que se dan con la misma frecuencia, mostrados en 4 y
4´respectivamente. En un caso, los alelos A/A y B/B son empujados juntos a una de las
células y los alelos a/a y b/b a la otra célula. En el otro caso, los alelos A/A y b/b van
juntos a una de las células y los alelos a/a y B/b a la otra. Ambos patrones ocurren con
la misma frecuencia y resultan de las uniones de las fibras del huso a los centrómeros
durante la primera anafase. Por lo tanto, la meiosis produce cuatro células con los
genotipos previamente indicados para cada uno de estos patrones de segregación. Dado
que los patrones de segregación 4 y 4´son igual de frecuentes, las células que se
producen a partir del meiocito de genotipo A ; B, a ; b, A ; b y a ; B se producen con la
misma frecuencia. En otras palabras, la frecuencia de cada uno de los cuatro genotipos
es ¼. Esta distribución gamética es la postulada por Mendel para el caso de un dihíbrido
y es la que se ha incluido en el margen del cuadrado de Punnet. La unión aleatoria de
estos gametos da como resultado una proporción fenotípica múltiple de la F2 de 9:3:3:1.
Transmisión independiente en organismos haploides
En los hongos ascomicetos pueden inspeccionarse los productos de un único meiocito
para mostrar la transmisión independiente de una forma directa. Para ilustrar este punto
se
Fin página 103
utilizará el hongo filamentoso Neurospora crassa (véase el cuadro del organismo
modelo en la página 107). Como se ha visto en anteriores ejemplo de hongos, un
cruzamiento en Neurospora se realiza mediante la mezcla de dos cepas parentales
haploides con tipos de apareamientos opuestos. De una manera similar a como sucede
en las levaduras, los tipos de apareamiento se determinan por dos “alelos” de un mismo
gen denominados en esta especie MAT-A y MAT-a. LA Figura 3-9 muestra el modo en
que se lleva a cabo un cruzamiento de este tipo.
Las esporas sexuales son los productos de la meiosis en los hongos. Recuérdese
que los ascomicetos (que incluyen a Neurospora y Saccharomyces) son únicos en el
sentido de que, para cualquier meiocito, las esporas se mantienen juntas en un saco
membranoso denominado asca. Por tanto, en estos organismos los productos de una
única meiosis pueden recuperarse y analizarse. En el moho rojo del pan, Neurospora, el
huso de la meiosis I y II no solapan dentro del asca y por tanto los cuatro productos de
un único meiocito permanecen en una hilera (Figura 3-10a). Asimismo, por alguna
razón que se desconoce, existe una división posmeiotica que tampoco muestra
solapamiento de las fibras del huso por lo que la meiosis y la mitosis extra dan lugar a
una asca que contiene ocho ascoesporas. Si no ocurre entrecruzamiento entre el gen y
su centrómero (véase el Capítulo 4), en un meiocito heterocigótico A/a habrá dos
bloques adyacentes de ascoesporas, cuatro de genotipo A y cuatro a (Figura 3-10b).
Ahora puede examinarse el caso de un dihíbrido mediante un cruzamiento entre
dos mutantes que presentan mutaciones en diferentes genes de distintos cromosomas. Si
se asumen que los loci de los genes mutantes están situados cerca de sus respectivos
centrómeros, se evitan las complicaciones debidas al entrecruzamiento ente los loci y
los centrómeros. El primer mutante es albino (a) mientras que el tipo salvaje es rosa
(a+). El segundo mutante es biscuit (b) que forma colonias muy compactas con forma de
galleta, en contraste con las colonias lisas y extensas del tipo salvaje (b+). Se asume que
los dos mutantes pertenecen a tipos de apareamientos opuestos, por lo que el cruce será
A ; b+ X a+ ; b
Los dos tipos siguiente de octadas se producen con la misma frecuencia debido a
la unión aleatoria de las fibras del huso:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
La frecuencia idéntica de estos tipos de octadas es una demostración clara de que la
transmisión independiente ocurre en meiocitos individuales.
Transmisión independiente de combinaciones de genes autosómicos y ligados al X
El principio de la transmisión independiente resulta también de utilidad en el análisis de
genotipos heterocigóticos, tanto para los genes autosómicos como para los ligados al X.
Los autosomas
Fin página 105
y los cromosomas sexuales son arrastrados independientemente por la fibras del huso
unidas aleatoriamente a sus centrómeros, al igual que suceden con dos parejas diferentes
de autosomas. Se producen algunas proporciones dihíbridas interesantes. Analicemos a
continuación un ejemplo en Drosophila. El cruzamiento se produce entre una hembra
con alas vestigiales (autosómico recesivo, vg) y un macho con ojos blancos (ligado al X
y recesivo, w). El cruzamiento se simboliza como
vg/vg ; +/+ ♀ X +/+ ; w/Y ♂
La F1 será
Hembras de genotipo +/vg ; +/w
Machos de genotipo+/vg ; +/Y
Estas moscas de la F1 deben cruzarse entre ellas para obtener una F2 y dado que el cruce
es un cruce monohíbrido para el gen autosómico vestigial, ambos sexos de la F2 serán
Machos y hembras
¾ +/- (tipo salvaje)
¼ vg/vg (vestigial)
Para el gen del ojo blanco ligado al X las proporciones serán las siguientes:
Hembras ½ +/+ y ½ +/w (todos de tipo salvaje)
Machos ½ +/Y (tipo salvaje) y ½ w/Y (blanco)
Si se combinan el gen autosómico y el gen ligado al sexo, las proporciones fenotípicas
de la F2 serán
Hembras
¾ totalmente salvajes
¼ vestigial
Machos
3/8 totalmente salvajes (3/4 x ½)
3/8 blanco (3/4 x ½)
1/8 vestigial (1/4 X 1/2)
1/8 vestigial, blanco (1/4 X 1/2)
Se observa por tanto un proporción entre la descendencia que revela claramente
elementos tanto de herencia autosómica como de herencia ligada al X.
Recombinación
La transmisión independiente de genes durante la meiosis es uno de los mecanismos
principales por el cual un organismo produce nuevas combinaciones de alelos, lo que
formalmente se conoce como recombinación.
Generalmente se acepta que un organismo produce nuevas combinaciones de
alelos con el fin de generar variabilidad como material sobre el que actúe la selección
natural. La recombinación es un proceso crucial para la genética, en parte por su
relevancia en la evolución pero también por su uso en el análisis genético. Resulta
particularmente útil para el análisis de los patrones de herencia
Fin página 106
Organismo modelo Neurospora
Neurospora crassa fue unos de los primeros microbios eucariotas en ser adoptado como
organismo modelo por los genetistas. En un hongo haploide (n = 7) que crece en la vegetación
en descomposición de muchas partes del mundo. Cuando una espora asexual germina, se
produce una estructura tubular que se extiende rápidamente mediante un crecimiento axial que
genera múltiples ramas laterales. Como resultado de este proceso se forma una masa de hilos
ramificados (denominados hifas) que constituyen una colonia. Las hifas no poseen una
estructura interna de paredes por lo que la colonia es, en esencia, una única célula que
contiene multitud de núcleos haploides. Una colonia genera millones de esporas asexuales que
se dispersan y repiten el ciclo asexual.
Mantener colonias asexuales en el laboratorio resulta fácil y barato, tan sólo es necesario un
medio compuesto por sales inorgánicas y una fuente de energía como el azúcar (se añade un
gel inerte, como por ejemplo el agar, para proporcionar una superficie sólida). El hecho de que
Neurospora sea capaz de sintetizar todas sus moléculas esenciales a partir de un medio tan
simple ha llevado a los genetistas-bioquímicos a elegir este organismo para el estudio de rutas
metabólicas de síntesis (los primeros fueron George Beadle y Edward Tatum, véase el
capítulo 6). Los genetistas descubrieron las diferentes etapas de estas rutas mediante la
producción de mutaciones y la observación de sus efectos. El estado haploide de Neurospora
es ideal para estos estudios de mutaciones ya que los alelos mutantes se expresan directamente
en el fenotipo.
Neurospora presenta dos tipos de apareamiento opuestos, MAT-A y MAT-a que pueden
considerarse como “sexos” rudimentarios. Cuando dos colonias de tipos de apareamientos
opuestos entran en contacto, sus paredes celulares y sus núcleos se fusionan creando múltiples
núcleos diploides transitorios que entran en meiosis. Las cuatro células haploides resultantes
de una meiosis permanecen juntas en un saco denominado asca. Cada uno de estos productos
de la meiosis experimenta una división mitótica posterior que da como resultado ocho
ascosporas en cada una de las ascas. Las ascosporas germinan y producen colonias iguales a
las producidas por las esporas asexuales. Este hongo ascomiceto es por tanto ideal para el
estudio de la segregación y la recombinación de genes en meiosis individuales.
El hongo Neurospora crassa. (a) Colonias naranjas de Neurospora creciendo en la caña de
azúcar. En la naturaleza, las colonias de Neurospora suelen aparecer después de un incendio
que activa las ascosporas latentes (los campos de caña de azúcar son incendiados para
eliminar el follaje antes de la recogida de los tallos).
(b) Desarrollo de octadas de Neurospora a partir de un cruce de una cepa de tipo salvaje con
otra que porta un alelo de medusa insertado mediante ingeniería genética y que codifica una
proteína verde fluorescente que se une a las histonas. Las octadas muestran la segregación
mendeliana esperada 4:4 en la fluorescencia. En algunas esporas el núcleo se divide por
mitiosis para formar dos, por lo que puede ocurrir que cada espora contenga varios núcleos (
(a) Cortesía de David Jacobson; (b) Cortesía de Namboori B. Rajau).
en genotipos con múltiples genes. Es este apartado, se ha definido la recombinación de
manera que pueda ser identificada a partir de resultados experimentales y se ha
mostrado el modo en el que la recombinación es analizada e interpretada.
La recombinación puede observarse en una gran variedad de situaciones
biológicas pero, por el momento, aquí se define solamente en relación con la meiosis.
La recombinación meiótica se define como cualquier proceso meiótico que
tiene como resultado un producto haploide con una nuevas combinaciones de los
alelos portados por los genotipos haploides que se unieron para formar el
meiocito.
Esta definición aparentemente farragosa es, en realidad, muy simple; establece
que puede detectarse la recombinación mediante la comparación de los elementos de
entrada y salida en la meiosis (Figura 3-11).
Fin página 107
Los elementos de entrada son los dos genotipos haploides que se combinan para crear el
meiocito, la célula diploide que experimenta la meiosis. En el caso de los seres
humanos, los elementos de entrada son el óvulo y el espermatozoide parentales que se
dividen para dar lugar a todas las células del cuerpo, incluidos los meiocitos que son
reservados dentro de las gónadas. Los genotipos de salida son los productos haploides
de la meiosis. En el caso de los humanos, estos productos haploides son los propios
óvulos o espermatozoides de una persona. Cualquier producto meiótico con una nueva
combinación de los alelos procedentes de los genotipos de entrada es, por definición, un
recombinante.
Mensaje La meiosis genera recombinantes que son productos meióticos haploides con
nuevas combinaciones de los alelos que portan los genotipos haploides que se unen para
formar el meiocito
En primer lugar vamos a ver como se detectan los recombinantes
experimentalmente. La detección de recombinantes en organismos con ciclos de vida
haploide es directa, como en el caso de los hongos o las algas. Los tipos de elementos
de entrada y salida en los ciclos de vida haploides son los genotipos de los individuos,
no los gametos, y pueden inferirse a partir de los fenotipos. La Figura 3-11 resume lo
fácil que es detectar recombinantes en organismo haploides. La detección de
recombinantes en organismos con ciclos de vida complejos resulta un poco más
complicada. Los elementos de entrada y de salida son los gametos y, por tanto, deben
conocerse los genotipos de ambos elementos para poder detectar los recombinantes. Los
genotipos de entrada y salida no pueden determinarse de un modo directo, pero pueden
inferirse mediante la aplicación de las técnicas apropiadas:
· Para conocer los gametos de entrada se usan líneas puras de parentales
diploides, ya que producen un único tipo de gametos.
· Para detectar los gametos recombinantes de salida se realizan cruzamientos
prueba del individuo diploide y se estudia su descendencia (Figura 3-12).
Un descendiente de un cruzamiento prueba que surge a partir de un producto
recombinante de la meiosis también se le conoce como recombinante. Obsérvese de
nuevo que los cruzamientos prueba permiten concentrar la atención en una única
meiosis y evitar posibles ambigüedades. Por ejemplo, a partir de una autofecundación
de la F1 de la Figura 3-10, un descendiente recombinante A/A · B/b no puede
distinguirse de uno A/A · B/B sin más y son necesarios cruces posteriores.
Uno de los principales puntos de interés en el estudio de la recombinación es la
frecuencia de recombinación. El motivo de este interés, entre otros, es que a través de su
valor numérico puede comprobarse si dos genes están o no en el mismo cromosoma de
una manera muy práctica. Los recombinantes se producen debido a dos procesos
celulares diferentes: la transmisión independiente de genes situados en diferentes
cromosomas (en este capítulo) y el entrecruzamiento ente genes del mismo cromosoma
(véase el Capítulo 4). La proporción de recombinantes es el término clave en esta
cuestión, ya que el valor obtenido ayuda a determinar si dos genes están situados en
cromosomas diferentes. Por el momento, en este apartado se tratará el proceso de la
transmisión independiente.
Los recombinantes de genes situados en diferentes cromosomas se producen
gracias a la transmisión independiente, como se muestra en la Figura 3-13. De nuevo se
observa la proporción 1:1:1:1, pero ahora los descendientes de los cruzamientos prueba
son clasificados, bien como recombinantes o bien como de tipo parental o P. En este
sentido,
Fin página 108
la proporción de recombinantes es claramente ¼ + ¼ = ½ , ó el 50% del total de los
descendientes. Puede comprobarse por tanto que la transmisión independiente durante la
meiosis produce una frecuencia de recombinación del 50%. Si en un cruzamiento
prueba se observara una frecuencia de recombinación del 50%, podría inferirse que los
dos genes en estudio segregan de manera independiente. La interpretación más simple y
más sencilla de la transmisión independiente es que los dos genes se encuentran en
cromosomas separados (no obstante, debe resaltarse que cuando dos genes se
encuentran muy lejos en el mismo cromosoma pueden segregar independientemente y
producir los mismos resultados; véase el capítulo 4).
Mensaje Una frecuencia de recombinación del 50% indica que los genes segregan de forma
independiente y que muy probablemente están situados en cromosomas diferentes.
Fin página 109
3.4 Herencia Poligénica
Los análisis presentados en este libro se han centrado, hasta el momento, en las
diferencias en un único gen mediante el uso de fenotipos muy contrastados tales como
pétalos rojos y blancos, semillas lisas y rugosas o moscas Drosophila de alas normales y
vestigiales. No obstante, gran parte de la variación en las poblaciones naturales
representa una variación continua, típica de caracteres que pueden tomar cualquier valor
medible situado entre dos extremos. La altura, el peso o la intensidad del color son
algunos ejemplos de estos caracteres métricos o cuantitativos. Si se representa en una
gráfica el valor métrico de estos caracteres frente a su frecuencia en las poblaciones
naturales, normalmente la curva de la distribución toma la forma de una campana
(Figura 3-14). Esta forma de campana, conocida como campana o distribución de
Gauss, se debe al hecho de que los valores situados en la zona media de la distribución
son los más comunes mientras que los valores extremos son poco frecuentes.
Muchos casos de variación continua tienen un origen meramente ambiental con
escasa influencia genética. Una población de plantas genéticamente homocigóticas, por
ejemplo, suele presentar una distribución de Gauss para la altura cuando se cultiva en
una parcela; las plantas de mayor talla se sitúan en el centro y las plantas más pequeñas
en los bordes. Esta variabilidad solo puede explicarse por factores ambientales como la
humedad o la cantidad de fertilizante añadido. Sin embargo, muchos casos de variación
continua tienen una base genética. Un ejemplo es el color de la piel en los seres
humanos: en poblaciones de diversas partes del mundo pueden observarse todos los
posibles tonos de piel y esta variación tiene un claro componente genético. En estos
casos, varios genes, o muchos, interaccionan entre ellos con un mayor o menor efecto
aditivo. Estos genes capaces de interaccionar que subyacen a la variación continua
heredable se denominan poligenes o loci de caracteres cuantitativos (QTLs del inglés
quantitative trait loci). El término loci de caracteres cuantitativos necesita una pequeña
aclaración: cuantitativo es más o menos sinónimo de continuo; literalmente locus
significa sitio o lugar en el cromosoma, caracteres es más o menos sinónimo de rasgo o
propiedad. Los poligenes o QTLs para un mismo carácter se distribuyen por el genoma
y en muchos casos se encuentran en diferentes cromosomas segregando de manera
independiente, lo que hace que sean tratados en este capítulo. Se demostrará cómo la
herencia de varios poligenes heterocigóticos (incluso con tan sólo dos) puede dar lugar a
una distribución de Gauss.
Consideremos un modelo sencillo usado originalmente para explicar la variación
continua de los diferentes tonos de rojo en las semillas de trigo. Hermann Nilsson-Ehle
realizó este trabajo a principios del siglo veinte. Se suponen dos pares de genes que
segregan de manera independiente R1/r1 y R2/r2. Ambos genes R1 y R2 contribuyen al
color rojo de las semillas del trigo: con cada “dosis” de un alelo R de cualquiera de los
dos genes se obtiene un efecto aditivo, es decir, se incrementa la intensidad del color
rojo proporcionalmente. Un cruce ilustrativo sería el cruzamientos entre dihíbridos R1/r1
; R2/r2. Tanto los gametos de los machos como los de las hembras mostraran las
siguientes proporciones genotípicas:
¼ R1 ; R2
2 dosis de rojo
¼ R1 ; r2
1 dosis de rojo
¼ r1 ; R2
¼ r1 ; r2
1 dosis de rojo
0 dosis de rojo
En esta población de gametos, en total habrá un cuarto con dos dosis, un medio
con una dosis y un cuarto sin ninguna dosis. La Figura 3-15 ilustra la unión de un
gameto masculino y un gameto femenino que muestran esta distribución de dosis de R.
El número de dosis entre la descendencia varía entre cuatro (R1/R1 y R2/R2) y ninguna
(r1/r1 y r2/r2) y pueden presentarse todos los valores intermedios.
Las proporciones de la tabla de la Figura 3-15 pueden representarse como un
histograma tal y como se muestra en la Figura 3-16. La forma del histograma puede
tomarse como la base sobre la que surge una distribución de Gauss. En el análisis
Fin página 110
original de la intensidad del color rojo en las semillas del trigo, se encontró variación en
las clases que supuestamente representaban una sola dosis poligénica, probablemente
como resultado de diferencias ambientales. Puede por tanto verse el ambiente como un
modo de suavizar las aristas de las barras en los histogramas, dando como resultado una
curva con una suave forma de campana (la línea roja en el histograma). El histograma se
acerca más a una distribución continua de perfil suave si se incrementa el número de
poligenes. La Figura 3-17 muestra un ejemplo de histograma de una característica
determinada por tres poligenes.
Para demostrar cómo se crea un histograma se ha usado como ejemplo el
cruzamiento entre dihíbridos representado en la ilustración. No obstante, conviene
preguntarse cuán representativo es este ejemplo de lo que sucede en poblaciones
naturales; después de todo puede que todos los cruces no sean de esta clase. Sin
embargo, si los alelos de cada uno de los genes tienen la misma frecuencia en la
población (R1 es casi tan común como r1 por ejemplo) puede decirse que un cruce
dihíbrido representaría a un cruzamiento medio en una población en la cual segregan
dos poligenes.
La identificación de los poligenes y entender el modo en que actúan e
interaccionan es unos de los retos más importante a los que se enfrentan los genetistas
del siglo XXI. La identificación de los poligenes será especialmente relevante en
medicina dado que muchas enfermedades frecuentes, como la arterioesclerosis
(endurecimiento de las arterias) y la hipertensión (presión sanguínea alta), se creen que
tienen un componente poligénico. De ser así, para conocer a fondo estas enfermedades
que afectan a grandes proporciones de las poblaciones humanas, se requiere un
conocimiento completo de estos poligenes, su herencia y su función. Hoy en día pueden
utilizarse varias aproximaciones de tipo molecular para la búsqueda de poligenes,
algunas de las cuales se estudiarán en capítulos posteriores. Obsérvese que los poligenes
no se consideran una clase funcional
Fin página 111
especial de genes; se identifican como un grupo sólo en el sentido de que tienen alelos
que contribuyen a la variación continua.
Mensaje La variación y la segregación de los poligenes puede contribuir a la variación
continua en una población.
3.5 Genes de orgánulos: herencia independiente del núcleo
Hasta el momento se han estudiado tan sólo genes nucleares y aunque el núcleo
contiene la mayor parte de los genes en los organismos eucariotas, existe una parte
distinta y especializada del genoma que se localiza en la mitocondria y, en las plantas,
también en los cloroplastos. Esta parte del genoma se hereda de una forma
independiente del genoma nuclear y por lo tanto constituye un caso especial de herencia
independiente conocida como herencia extranuclear.
La mitocondria y los cloroplastos son orgánulos especializados localizados en el
citoplasma. Contienen pequeños cromosomas circulares que portan un subconjunto
definido del total del genoma celular. Los genes mitocondriales se asocian con las
funciones de producción energía de la mitocondria mientras que los genes de los
cloroplastos son necesarios para llevar a cabo la fotosíntesis. No obstante, ninguno de
estos orgánulos es autónomo desde un punto de vista funcional, ya que para realizar su
función dependen de un gran número genes nucleares. El por qué algunos de los genes
indispensables para la función de los orgánulos están en el núcleo y otros en los propios
orgánulos continúa siendo un misterio que no será abordado en este libro.
Otra peculiaridad de los genes de los orgánulos es el gran número de copias
presentes en cada célula. Cada orgánulo está presente en la célula en muchas copias y
además cada orgánulo posee muchas copias de su cromosoma. Cada célula contiene por
tanto cientos, o miles, de cromosomas pertenecientes a los orgánulos. Considérese, por
ejemplo, los cloroplastos presentes con muchas copias en cada célula vegetal de una
planta y cada cloroplasto contiene muchas moléculas de DNA circulares denominadas
cromosomas del cloroplasto. Así pues, el número de cromosomas del cloroplasto puede
ser del orden de miles y puede variar algo entre diferentes células. En ocasiones puede
observarse que el DNA se encuentra empaquetado en estructuras suborganulares
denominadas nucleoides, visibles con tinciones de unión al DNA (Figura 3-18). El
DNA se encuentra plegado dentro del nucleoide, pero no con el tipo de enrollamiento
dependiente de histonas de los cromosomas nucleares. El mismo tipo de organización
del DNA se presenta en las mitocondrias. Por el momento supondremos que todas las
copias de un cromosoma de un orgánulo en una célula son idénticas, pero más adelante
se deberá relajar este supuesto.
En la actualidad se han secuenciado muchos cromosomas de orgánulos. La
Figura 3-19 muestra ejemplos del tamaño relativo de los genes y el espaciado del DNA
mitocondrial (mtDNA) y del DNA de los cloroplastos (cpDNA). Los genes de los
orgánulos están muy cerca unos de otros y en algunos organismos pueden contener
intrones. Obsérvese que muchos genes se relacionan con reacciones químicas que tienen
lugar en el propio orgánulo: la fotosíntesis en los cloroplastos y la fosforilación
oxidativa en las mitocondrias.
Patrones de herencia en los orgánulos
Los genes de los orgánulos muestran su propio modo de herencia especial denominado
herencia uniparental: la descendencia hereda los genes de los orgánulos exclusivamente
de uno de los parentales.
Fin página 112
En muchos casos ese parental es la madre y el patrón se denomina herencia materna.
¿Por qué sólo la madre? La respuesta está en el hecho de que los orgánulos celulares se
localizan en el citoplasma y en que los gametos masculinos y femeninos no contribuyen
de igual modo al citoplasma del cigoto. En lo referente a los genes nucleares, ambos
gametos contribuyen al cigoto por igual. Sin embargo, el óvulo aporta la mayor parte
del citoplasma mientras que el espermatozoide básicamente nada. Dado que los
orgánulos residen en el citoplasma, el parental hembra aporta los orgánulos junto con el
citoplasma y en esencia nada del DNA de los orgánulos del cigoto proviene del parental
macho.
Algunas variantes fenotípicas se producen debido a un alelo mutante de un gen
de los orgánulos y estos mutantes pueden usarse para seguir los patrones de herencia de
los orgánulos. Por el momento se supondrá que el alelo mutante está presente en todas
las copias del cromosoma del orgánulo, una situación que, de hecho, se produce muy a
menudo. En un cruzamiento la variante fenotípica será transmitida a los descendientes si
la variante utilizada es el parental hembra, pero no será así si es el parental macho. Así
pues, la herencia citoplasmática muestra generalmente el siguiente patrón:
Hembra mutante X macho de tipo salvaje  todos los descendientes mutantes
Hembra de tipo salvaje X macho mutante  todos los descendientes de tipo
salvaje
De hecho, este patrón de herencia es usado como diagnóstico de herencia de
orgánulos en casos en los cuales la localización genómica del alelo mutante se
desconoce.
Puede demostrarse la herencia materna de una forma sencilla en ciertos tipos de
hongos mutantes. En el hongo Neurospora, por ejemplo, un mutante denominado poky
presenta un fenotipo de crecimiento lento. Neurospora puede cruzarse de tal modo que
uno de los parentales actúe como el parental materno y aporte el citoplasma (véase la
Figura 3-9). Los resultados
Fin página 113
de los siguientes cruzamientos recíprocos sugieren que el gen mutante se localiza en la
mitocondria (los hongos no tienen cloroplastos):
Hembra poky X macho de tipo salvaje  todos los descendientes poky
Hembra de tipo salvaje X macho poky  todos los descendientes de tipo salvaje
Mediante secuenciación se ha demostrado que el fenotipo poky está causado por
una mutación en el mtDNA de un gen del RNA ribosómico. La Figura 3-20 muestra de
forma esquemática el tipo de herencia que presenta esta mutación. Además de poky, el
cruzamiento incluye una diferencia alélica en un gen nuclear (ad y ad+); obsérvese que
la herencia mendeliana del gen nuclear es independiente de la herencia materna del
fenotipo poky.
Mensaje Las variantes fenotípicas causadas por mutaciones en el DNA de los orgánulos
citoplasmáticos se heredan generalmente de forma materna e independiente de los patrones
mendelianos mostrados de los genes nucleares.
Segregación citoplasmática
En algunos casos, las células contienen mezclas de orgánulos normales y mutantes y se
denominan células heteroplásmicas o citohetos. En este tipo de mezclas puede
detectarse una forma de segregación citoplasmática en la cual los dos tipos de
orgánulos se reparten en diferentes células hijas. Es muy probable que este fenómeno
surja como consecuencia de la partición aleatoria durante el proceso de división celular.
Las plantas proporcionan un buen ejemplo, ya que muchos de los casos en los que
aparecen hojas blancas tienen su origen en mutaciones en los genes de los cloroplastos
que controlan la producción y acumulación del pigmento verde denominado clorofila.
La clorofila es esencial para la supervivencia de la planta, ya que este tipo de mutación
es letal, por lo que las plantas con hojas blancas no pueden obtenerse para ser usadas en
experimentación. No obstante, algunas plantas son variegadas, y presentan manchas de
color verde y blancas y son viables. Las plantas pueden servir por tanto para demostrar
la segregación citoplasmática.
Fin página 114
La Figura 3-21 muestra un dondiego de noche con un tipo de variegación muy común
de ramas y hojas que demuestra la heredabilidad de un alelo mutante en un gen de los
cloroplastos. El alelo mutante hace que los cloroplastos sean de color blanco; el color de
los cloroplastos determina el color de las células y, por tanto, el color de las ramas,
formadas por células. Las ramas variegadas son mosaicos de células completamente
verdes y de células totalmente blancas. Las flores pueden desarrollarse en ramas
blancas, verdes o variegadas, y los genes de los cloroplastos que portan las células de
las flores son los mismos que los de la rama en la que crece. Por tanto, en un
cruzamiento, el gameto materno dentro de la flor (el cigoto) determina el color de las
hojas y de las ramas en las plantas de la descendencia (Figura 3-22). Por ejemplo, si se
selecciona un cigoto de una flor en una rama verde, todos sus descendientes serán
verdes, independientemente del origen del polen. Una rama blanca tendrá cloroplastos
blancos y sus descendientes serán blancos (Los descendientes blancos no vivirán más
allá de la fase de plántula debido a la letalidad de la mutación).
Los cigotos variegados (parte inferior de la Figura 3-22) demuestran la segregación
citoplasmática; esta descendencia variegada proviene de óvulos citohetos. Resulta
interesante el hecho de que
Fin página 115
cuando un cigoto de este tipo se divide, los cloroplastos verdes y blancos suelen
segregar, es decir, ellos mismos se reparten entre diferentes células, lo que da como
resultado sectores blancos y verdes que producen la variegación de las ramas. Ésta es,
por tanto, una demostración directa de la segregación citoplasmática.
Dado que una célula es una población de moléculas de orgánulos: ¿cómo es
posible obtener una célula mutante “pura” que contenga solamente cromosomas
mutantes? Posiblemente, los mutantes puros se crean en células asexuales del siguiente
modo: las variantes surgen por mutación en un único gen de un único cromosoma.
Entonces, y sólo en algunos casos, el cromosoma portador de la mutación puede
incrementar, por azar, su frecuencia en la población dentro de la célula. Este fenómeno
se denomina deriva genética aleatoria. Una célula que es un citoheto puede tener, por
ejemplo, el 60% de cromosomas A y el 40% de los cromosomas de tipo a. Cuando la
célula se divide en ocasiones todos los cromosomas A van una de las células mientras
que todos los cromosomas de tipo a van a la otra (de nuevo por azar). Muy a menudo,
este reparto requiere varias generaciones consecutivas de divisiones celulares para
completarse (Figura 3-23). El resultado de estos sucesos aleatorios es que ambos alelos
se expresan en células hijas diferentes y esta segregación continúa en los descendientes
de estas células. Obsérvese que la segregación citoplasmática no es un proceso mitótico;
tiene lugar en células asexuales en división, pero no está relacionado con la mitosis. La
segregación citoplasmática en los cloroplastos es un mecanismo habitual para la
producción de plantas variegadas (verdes y blancas). En hongos mutantes, como la
variedad poky de Neurospora, la mutación original en una molécula de mtDNA debe
haberse acumulado y experimentado segregación citoplasmática para producir la línea
que muestra los síntomas poky.
Mensaje Existen poblaciones de orgánulos que contienen dos tipos de cromosomas
genéticamente diferentes que a menudo segregan en las células hijas durante la división
celular. Este proceso se denomina segregación citoplasmática.
En ciertos organismos especiales, como las algas y los hongos, se han obtenido
citohetos “dihíbridos” (por ejemplo AB en un cromosoma de un orgánulo y ab en el
otro). En estos casos, puede producirse un proceso muy poco frecuente similar al
entrecruzamiento que sin embargo debe considerarse un fenómeno genético menor.
Mensaje Los alelos de los cromosomas de los orgánulos
1. en cruzamientos sexuales se heredan sólo de uno de los parentales (generalmente
el parental materno) y por tanto no muestran las proporciones en la segregación
que muestran los genes de tipo nuclear.
2. en células asexuales pueden mostrar segregación citoplasmática.
3. en células asexuales pueden mostrar ocasionalmente procesos análogos al
entrecruzamiento.
Mutantes citoplasmáticos en humanos
¿Existen mutantes citoplasmáticos en los seres humanos? Algunas genealogías humanas
muestran enfermedades poco frecuentes que se transmiten solo a través de las mujeres,
nunca de los hombres. Este patrón sugiere un tipo de herencia citoplasmática y apunta a
la existencia de una mutación en el mtDNA como la causa de este fenotipo. El síndrome
Fin página 116
MERRF (epilepsia mioclónica y enfermedad de las fibras rojas rasgadas, del inglés
myoclonic epilepsy and ragged red fiber) es un ejemplo de fenotipo provocado por un
único cambio en el mtDNA. Es una enfermedad que afecta a los músculos, pero los
síntomas también incluyen desórdenes oculares y auditivos. El síndrome de KearnsSayre (KS) es otro ejemplo, un conjunto de síntomas que afectan a los ojos, a los
músculos, al corazón y al cerebro, provocados por una deleción en el mtDNA. En
algunos de estos casos, las células de los pacientes contienen una mezcla de
cromosomas normales y mutantes y la proporción de cada uno de ellas que pasan a las
células hijas puede variar como resultado de la segregación citoplasmática. Las
proporciones pueden variar también entre diferentes tejidos o a lo largo del tiempo en
una misma persona. Se ha propuesto que la acumulación de mutaciones en las
mitocondrias puede ser una posible causa del envejecimiento.
La Figura 3-24 muestra algunas de las mutaciones en genes mitocondriales
humanos que pueden provocar enfermedades. Debido a la deriva al azar y a la
segregación citoplasmática, estas mutaciones pueden incrementar su frecuencia
Fin página 117
de tal modo que las funciones celulares resultan afectadas. La Figura 3-25 muestra la
herencia de una enfermedad mitocondrial humana. Obsérvese que la condición siempre
se transmite a la descendencia por vía materna, nunca por vía paterna. En ocasiones una
madre puede tener un hijo sin la condición (no se muestra en la figura) debido
probablemente a procesos de segregación citoplasmática durante la formación de los
gametos.
Resumen
Tanto la investigación genética como la agricultura y ganadería necesitan con
frecuencia la síntesis de genotipos que son el resultado de combinaciones complejas de
alelos de diferentes genes. Estos genes pueden estar bien en el mismo cromosoma o
bien en cromosomas diferentes, caso este último objeto de estudio principal de este
capítulo.
En el caso más simple – un dihíbrido en el cual los dos pares de genes están en
distintos cromosomas – cada par de genes independiente muestra segregación equitativa
en meiosis tal y como predice la primera ley de Mendel. Dado que durante la meiosis
las fibras del huso acromático se unen al azar a los centrómeros, los dos pares de genes
se reparten independientemente entre los productos de la meiosis. Este principio de la
transmisión independiente es conocido como segunda ley de Mendel, ya que fue
Mendel el primero en observarlo. A partir de un dihíbrido A/a ; B/b se producen cuatro
genotipos diferentes entre los productos de la meiosis: A;B, A;b, a;B y a;b, cada uno
con la misma frecuencia del 25%. Así pues, en un cruzamiento control con un doble
recesivo las proporciones de la descendencia serán también del 25% (una proporción de
1:1:1:1). Si se autofecunda o se cruza un individuo del mismo genotipo, las clases
fenotípicas de la descendencia serán: 9/16 A/- ; B/-, 3/16 A/- ; b/b, 3/16 a/a ; B/- y 1/16
a/a ; b/b. Las proporciones 1:1:1:1 y 9:3:3:1 son pruebas diagnósticas de la transmisión
independiente.
Se pueden estudiar, como una extensión de los casos de la segregación de un
único gen, genotipos más complejos compuestos de genes que segregan de forma
independiente. Mediante el uso de la regla del producto pueden calcularse las
proporciones globales genotípicas, fenotípicas o gaméticas, o lo que es lo mismo,
multiplicando las proporciones de cada uno de los genes individuales. La probabilidad
de que se de cualquiera de los diversos tipos de descendientes se calcula mediante la
aplicación de la regla de la suma, es decir, sumando sus probabilidades individuales.
Una regla mnemotécnica es pensar que la regla del producto trata sobre los sucesos “A
y B” mientras que la regla de la suma se ocupa de los sucesos “A o B”. La prueba del X2
puede usarse para comprobar si las proporciones observadas de las diferentes clases de
un análisis genético cumplen con lo esperado de acuerdo a una determinada hipótesis
genética, como puede ser la hipótesis de la herencia de un único gen o de dos genes. La
hipótesis puede rechazarse si se obtiene un valor de probabilidad menor del 5%.
La autofecundación repetida a lo largo de varias generaciones produce un
incremento en la frecuencia de homocigotos de acuerdo con los principios de la
segregación equitativa y la transmisión independiente (si los genes se encuentran en
cromosomas diferentes). Con la utilización de esta técnica se pueden por tanto obtener
líneas puras complejas que presenten combinaciones de las mutaciones de interés.
La transmisión independiente de cromosomas durante la meiosis puede
observarse mediante el uso de pares de cromosomas heretomórficos (aquellos que
presentan una diferencia estructural). Un ejemplo son los cromosomas X e Y, pero
existen otros casos poco frecuentes que podrían servir para esta demostración. La
transmisión independiente de genes para un único meiocito puede observarse en los
hongos ascomicetos, ya que en las ascas ocurren con la misma frecuencia los dos tipos
alternativos de segregación.
Una de las funciones principales de la meiosis es producir recombinantes,
nuevas combinaciones de los alelos que portan los genotipos haploides que se unen para
formar el meiocito. La transmisión independiente es la fuente principal de
recombinantes. En un cruzamiento prueba en el que se produzca transmisión
independiente, la frecuencia de recombinaciónserá del 50%.
Los caracteres métricos, como la intensidad del color, muestran una distribución
continua en una población. Las distribuciones continuas pueden tener su origen en la
variación ambiental, en variantes alélicas de múltiples genes o en una combinación de
ambos. Un modelo genético muy simple propone que los alelos activos de varios genes
(denominados poligenes) contribuyen más o menos, pero de una manera aditiva, al
carácter métrico. En un análisis de la descendencia de la autofecundación de un
individuo heterocigoto múltiple, la forma del histograma que representa la frecuencia de
cada genotipo se aproxima a una curva gaussiana propia de la variación continua.
Una pequeña parte del genoma se encuentra en mitocondrias y cloroplastos y se
hereda independientemente del genoma nuclear. Generalmente, las mutaciones en estos
Fin página 118
orgánulos presentan herencia materna, al igual que el citoplasma donde se localizan
estos orgánulos. En individuos con mezcla de citoplasmas genéticamente diferentes
(citohetos) los dos genotipos (de tipo salvaje y mutante) se separan en células hijas
diferentes mediante un proceso del que apenas se conoce nada denominado segregación
citoplasmática. En humanos, la mutación en los genes mitocondriales provoca
enfermedades que muestran segregación citoplasmática en los tejidos corporales y se
transmiten como una herencia de tipo materna.
Términos clave
cruzamiento dihíbrido (p. 90)
dihíbrido (p. 90)
DNA del cloroplasto (cpDNA) (p. )
DNA mitocondrial (mtDNA) (p. 112)
herencia materna (p. 113)
locus de un carácter cuantitativo (QTL) (p. 110)
poligéen (locus de un carácter cuantitativo) (p. 110)
prueba de Chi cuadrado (p. 97)
recombinación (p. 106)
recombinación meiótica (p. 107)
recombinante (p. 108)
regla de la suma (p. 95)
regla del producto (p. 95)
segregación citoplasmática (p. 114)
segunda ley de Mendel (p. 92)
transmisión independiente (p. 90)
vigor híbrido (p. 101)
Problemas resueltos
Problema resuelto 1. Se cruzaron dos moscas de Drosophila de alas normales
(transparentes y de forma alargada). En los descendientes aparecieron dos fenotipos
nuevos: alas oscuras (de aspecto semiopaco) y alas recortadas (de extremos
rectangulares). Los fenotipos de la descendencia fueron los siguientes:
Hembras
179 transparentes, alargadas
58 transparentes, recortadas
Machos
92 transparentes, alargadas
89 oscuras, alargadas
28 transparentes, recortadas
31 oscuras, recortadas
a. Dé una explicación cromosómica a estos resultados, indicando el genotipo
cromosómico de los parentales y de todas las clases fenotípicas de los descendientes
acorde con su modelo.
b. Diseñe un experimento que permita comprobar su modelo.
SOLUCIÓN
a. El primer paso es determinar cuáles son los aspectos más interesantes de los datos. La
primera característica sorprendente es la aparición de dos nuevos fenotipos. Ya se
encontró este fenómeno en el Capítulo 2, explicado por la presencia de alelos recesivos
enmascarados por sus alelos dominantes correspondientes. De este modo, debería
suponerse que una de las moscas parentales, o ambas, llevan alelos recesivos en dos
genes diferentes. Esta inferencia se ve reforzada por el hecho de que algunos
descendientes manifiestan sólo uno de los nuevos fenotipos. Puede suponerse que un
solo alelo recesivo es responsable de ambos si los dos fenotipos nuevos aparecieran
siempre juntos.
No obstante, existe otro aspecto sorprendente de los datos que no puede explicarse
con los principios mendelianos del Capítulo 2 y es la clara diferencia entre los dos
sexos; aunque el número de machos es aproximadamente igual que el de hembras, los
machos se distribuyen en cuatro clases fenotípicas mientras que las hembras se
distribuyen sólo en dos. Esto sugiere inmediatamente algún tipo de herencia ligada al
sexo. Al estudiar los datos, se observa que los fenotipos de alas alargadas y alas
recortadas segregan tanto en machos como en hembras, pero el fenotipo alas oscuras
aparece solamente en los machos, lo que sugiere que el modo de herencia de la
transparencia del ala difiere del modo de herencia de la forma del ala. En primer lugar,
se comprueba que los fenotipos de alas alargadas y alas recortadas aparecen en una
proporción 3:1, tanto en machos como en hembras. Dicha proporción podría explicarse
si ambos parentales fueran heterocigóticos para un gen autosómico; puede, por tanto,
representarse como L/l, donde L determina alas alargadas y l alas recortadas.
Tras haber realizado este análisis parcial se comprueba que tan sólo se asocia al
sexo la herencia de la transparencia del ala. La explicación más simple es que los alelos
para las alas transparentes (D) y las alas oscuras (d) están situados en el cromosoma X
puesto que, como se vio en el Capítulo 2, la presencia de un gen en ese cromosoma
produce un patrón de herencia asociado al sexo. Si esta propuesta es cierta, el individuo
portador del alelo d debería ser el parental femenino ya que de ser el macho quien
llevara ese alelo tendría las alas oscuras y el enunciado especifica que sus alas eran
transparentes. Por lo tanto el parental femenino sería D/d y el masculino D. Veamos si
esta propuesta funciona: de ser cierta, todas las hembras descendientes habrían heredado
el alelo D del padre, así que todas serían de alas transparentes y esto es precisamente lo
que se observa. La mitad de los descendientes machos serían D (de alas transparentes) y
la otra mitad d (de alas oscuras), como también se observa.
En conjunto, puede representarse el parental femenino como D/d ; L/l y el parental
masculino como D ; L/l. Por tanto, la descendencia sería:
AQUÍ VA UNA FIGURA
1. Hembras
2. Transparentes, alargadas
3. Transparentes, recortadas
4. Machos
5. Transparentes, alargados
6. Transparentes, recortados
7. Oscuros, alargados
8. Oscuros, recortados
b. En general, un buen modo de comprobar un modelo como éste es diseñar un
cruzamiento y predecir su resultado. ¿Qué cruzamiento? Ha de predecirse algún tipo de
proporción entre la descendencia, así que interesa hacer un cruzamiento del que pueda
asegurarse una única proporción entre distintos fenotipos. Obsérvese que con el uso de
una hembra de la descendencia no se cumple ese requisito: no puede inferirse su
genotipo a partir de la observación del fenotipo de cualquiera de las hembras. Una
hembra de alas transparentes puede ser D/D o D/d y una de alas alargadas puede ser L/L
o L/l. Una buena idea sería cruzar el parental femenino del cruzamiento original con un
descendiente macho de alas oscuras y recortadas ya que, según el modelo propuesto, el
genotipo completo de ambos estaría perfectamente especificado. De acuerdo a dicho
modelo, este cruzamiento sería:
D/d ; L/l × d ; l/l
De este cruzamiento, puede predecirse la siguiente descendencia:
AQUÍ VA UNA FIGURA
1. Hembras
2. Machos
Problema resuelto 2. Considere tres guisantes lisos y amarillos, denominados A, B y
C. A partir de cada uno se obtiene una planta que se cruza con otra derivada de un
guisante rugoso y verde. De cada cruzamiento se observan exactamente 100 guisantes,
que se agrupan en las siguientes clases fenotípicas:
A:
51 amarillos, lisos
49 verdes, lisos
B:
100 amarillos, lisos
C:
24 amarillos, lisos
26 amarillos, rugosos
25 verdes, lisos
25 verdes, rugosos
¿Cuáles eran los genotipos de A, B y C? (Utilice símbolos de su elección y asegúrese de
definir bien cada uno de ellos)
Solución
Obsérvese que cada uno de los cruzamientos es
AQUÍ VA UNA FIGURA
1. amarillo, liso
2. verde, rugoso
3. descendencia
Dado que A, B y C se cruzaron con la misma planta, las diferencias entre las tres
poblaciones de descendientes deben atribuirse a diferencias entre los genotipos de A, B
y C.
Puede que recuerde muchas cosas del capítulo sobre estos análisis. Esto está
bien, pero veamos qué puede deducirse a partir de los datos. ¿Qué hay acerca de la
dominancia? El cruzamiento clave para descubrirla es el B. En este caso, el patrón de
herencia es
AQUÍ VA UNA FIGURA
1. amarillo, liso
2. verde, rugoso
3. todos amarillo, lisos
La dominancia se define literalmente según el fenotipo del híbrido, así que los
fenotipos amarillo y liso deben ser los dominantes. Ahora ya se sabe que el parental
verde y rugoso empleado en todos los cruzamientos debe ser un completamente
recesivo, lo cual resulta muy práctico ya que significa que cada cruzamiento
corresponde a un cruzamiento prueba, que normalmente es el cruzamiento más
informativo.
Volviendo a la descendencia de A, se observa una proporción 1:1 de guisantes
amarillos y verdes. Esta proporción constituye una demostración de la primera ley de
Mendel (la segregación equitativa) e indica que para el carácter del color, el
cruzamiento debe haberse producido entre un heterocigoto y un homocigoto recesivo. Si
A representa el color amarillo y a el color verde, tenemos:
AQUÍ VA UNA FIGURA
1. amarillo
2. verde
Para el carácter de la forma, el cruzamiento debe haber sido homocigoto dominante
× homocigoto recesivo, ya que toda la descendencia es lisa. Si L representa liso y l
representa rugoso, tenemos
AQUÍ VA UNA FIGURA
1. liso
Combinando los dos caracteres, tenemos
AQUÍ VA UNA FIGURA
Ahora el cruzamiento B resulta muy claro, y debe haber sido:
AQUÍ VA UNA FIGURA
Ya que cualquier heterocigosis en el guisante B habría dado lugar a descendientes con
varios fenotipos y no sólo uno.
Fin página 120
¿Qué hay sobre C? En este caso, se observa una proporción de 50 amarillos : 50 verdes
(1:1) y una proporción de 49 lisos : 51 rugosos (también 1 : 1). Por tanto, ambos genes
del guisante C debían estar en heterocigosis y el cruzamiento C sería:
AQUÍ VA UNA FIGURA
lo cual demuestra la segunda Ley de Mendel (transmisión independiente de genes
diferentes).
¿Cómo habría analizado un genetista estos cruzamientos? Esencialmente de la misma
manera en que acabamos de hacerlo, pero con menos pasos intermedios. Posiblemente,
algo como esto: “amarillo y liso, dominantes; segregación de un solo gen en A; B
homocigótico dominante; transmisión independiente de dos genes en C”.
Problemas
Problemas básicos
1. Si se asume transmisión independiente y se comienza con una planta dihíbrida A/a
; B/b:
a. ¿Qué proporción fenotípica se obtiene cuando se autofecunda esta
planta?
b. ¿Qué proporción genotípica se obtiene cuando se autofecunda esta
planta?
c. ¿Qué proporción fenotípica se obtiene cuando se realiza un cruzamiento
prueba con esta planta?
d. ¿Qué proporción genotípica se obtiene cuando se realiza un cruzamiento
prueba con esta planta?
2.
Una célula diploide de genotipo A/a ; B/b lleva a cabo una mitosis normal.
¿Cuáles de los siguientes fenotipos representan las posibles células hijas?
a. A ; B
b. a ; b
c.
A;b
d.
a;B
e.
A/A ; B/B
f.
A/a ; B/b
g.
a/a ; b/b.
3. Suponga que en un organismo diploide, en el cual 2n = 5, puede marcar todos los
centrómeros procedentes del parental femenino y todos los procedentes del
parental masculino. Si este organismo produce gametos, ¿cuántas combinaciones
distintas de centrómeros masculinos y femeninos marcados aparecerán en los
gametos?
4.
Se realizaron medidas del contenido de DNA en el maíz (en unidades de
absorción de luz) en varios núcleos. Los resultados fueron:
0.7, 1.4, 2.1, 2.8 y 4.2
¿Qué células pudieron ser utilizadas para obtener estos resultados? (Nota: en
plantas, el endospermo suele ser triploide, 3n)
5. Dibuje el esquema de una mitosis haploide en un individuo de genotipo a+ ; b.
6.
En el musgo, los genes A y B se expresan sólo en el gametofito. Se deja que un
esporofito de genotipo A/a ; B/b produzca gametofitos.
a. ¿Qué proporción de gametofitos será A ; B?
b. Si la fecundación se produce al azar, ¿qué proporción de esporofitos de la
siguiente generación será A/a ; B/b?
7. Si se divide por mitosis una célula de genotipo A/a ; B/b ; C/c, estando cada uno de
estos genes en un par cromosómico distinto, ¿cuáles serán los genotipos de las
células hijas?
8. Los dos tipos de apareamientos opuestos de la levadura haploide Saccharomyces
cerevisiae se denominan MATa y MATα. Se cruza una cepa morada (ad-) de tipo
de apareamiento a con una cepa blanca de tipo de apareamiento α. Si ad+ y ad- son
alelos de un mismo gen y tanto a como α son alelos de un gen localizado en un par
cromosómico diferente y que se hereda independientemente ¿Qué descendencia se
espera obtener? ¿En qué proporciones?
9. Un alelo recesivo ligado al cromosoma X provoca enanismo en ratones.
Asimismo, un alelo autosómico dominante provoca que los ratones nazcan con un
pelaje de color rosa (normalmente, los pelajes son de color marrón). Si una hembra
de ratón enana de una línea pura se cruza con un macho rosa procedente de una
línea pura ¿Qué proporciones fenotípicas se obtendrán en la F1 y en al F2 de cada
sexo? (invente y defina sus propios símbolos para representar los genes).
10.
Suponga que descubre dos interesantes anomalías citológicas poco frecuentes en
el cariotipo de un hombre (un cariotipo es la dotación completa de cromosomas
visibles). Encuentra un fragmento extra (o satélite) en uno de los cromosomas del
par 4 y un patrón de tinción anormal en uno de los cromosomas del par 7.
Suponiendo que todos los gametos de este hombre son igualmente viables, ¿qué
proporción de sus hijos tendrá el mismo cariotipo que él?
11.
Supongamos que se produce meiosis en el estado diploide transitorio del ciclo de
vida de un organismo haploide, cuyo número cromosómico es n. ¿Cuál es la
probabilidad de que un individuo haploide resultante herede una dotación completa
de cromosomas parentales (es decir, una dotación que procede toda ella de uno u
otro de los parentales)?
12.
Imagine que nos encontramos en el año 1868. Usted es un joven experto en la
fabricación de lentes que trabaja en Viena. Con la última y magnífica lente de su
creación, acaba de construir un microscopio con mayor poder de resolución que
ningún otro conocido. Para probar el microscopio, ha estado observando células de
testículos de saltamontes y ha quedado fascinado por la conducta de extrañas
estructuras alargadas que ha visto en aquellas células que estaban en división. Un
día lee en la biblioteca un artículo reciente de un tal G. Mendel sobre «factores»
hipotéticos que, según él, explican los resultados de ciertos cruzamientos con
guisantes. En una revelación repentina, queda sorprendido del paralelismo entre
sus estudios con el saltamontes y las proposiciones de Mendel, y decide escribirle
una carta. ¿Qué le escribiría? (Problema basado en una idea de Ernest Kroeker.)
Fin página 121
13.
En un hipotético cruzamiento prueba A/a X a/a (donde A representa el color rojo
y a representa el color blanco) utilice la prueba de X2 para determinar cuál de los
siguientes resultados posibles cumple con lo esperado:
a. 120 rojos, 100 blancos
b. 5000 rojos, 5400 blancos
c. 500 rojos, 540 blancos
d. 50 rojos, 54 blancos
14. Observe el cuadrado de Punnett de la Figura 3-4.
a. ¿Cuántos genotipos hay en las 16 celdas de la cuadrícula?
b. ¿Cuál es la proporción genotípica que subyace a la proporción fenotípica
9:3:3:1?
c. ¿Puede idear una fórmula simple que le permita calcular el número de
genotipos de la descendencia de cruzamientos dihíbridos, trihíbridos, etc.?
Repítalo para los fenotipos.
d. Mendel predijo que, en todas las clases fenotípicas del cuadrado de Punnett,
excepto en una, habría varios genotipos diferentes. En particular, llevó a cabo
muchos cruzamientos para identificar los varios genotipos subyacentes al
fenotipo amarillo y liso. Muestre dos modos diferentes de llevar a cabo dicha
identificación (recuerde que todos los guisantes amarillos y lisos tienen la misma
apariencia).
15.
Suponiendo transmisión independiente en todos los genes, desarrolle fórmulas
que muestren el número de clases fenotípicas y genotípicas de la descendencia de
la autofecundación de una planta heterocigótica para n pares de genes.
16.
Un genetista está interesado en el desarrollo de los tricomas (pequeñas
excrecencias) en la planta Arabidopsis thaliana. Un muestreo a gran escala revela
dos mutantes (A y B) que no tienen tricomas y podrían resultar útiles para estudiar
el desarrollo del tricoma (si son determinados por mutaciones en un único gen, el
hallazgo de la función normal y alterada de estos genes podría resultar
informativo). Cada planta se cruza con el tipo salvaje y en ambos casos la
siguiente generación (F1) tuvo tricomas normales. Cuando se autofecundaron
plantas de la F1, las plantas de la F2 resultaron de la siguiente forma:
F2 del mutante A: 602 normales, 198 sin tricomas
F2 del mutante B: 267 normales, 93 sin tricomas
a. ¿Qué demuestran estos resultados? Incluya los genotipos propuestos de todas
las plantas en su respuesta.
b. Suponga que los genes se localizan en cromosomas diferentes. El
cruzamiento del mutante original A con el mutante original B produce una F1
con la que se realiza un cruzamiento prueba. ¿Qué proporción de la
descendencia de este cruzamiento prueba no tendrá tricomas?
17. El color oscuro del pelaje de los perros es dominante sobre el albino y el pelo corto
es dominante sobre el largo. Suponga que estos caracteres se deben a dos genes
que segregan independientemente y escriba los genotipos de los parentales de los
cruzamientos que se muestran a continuación, en los cuales O y A representan los
fenotipos oscuro y albino respectivamente y C y L los fenotipos de pelo corto y
largo, también respectivamente.
AQUÍ VA UNA TABLA
1. Número de descendientes
2. Fenotipos parentales
3. O, A
4. O, L
5. A, C
6. A, L
Utilice los símbolos O y o para los alelos de color de pelaje oscuro y albino, y C
y c para los alelos de pelo corto y largo, respectivamente. Suponga siempre que
existe homocigosis, a menos que haya datos en contra. (Problema 17
reproducido con el permiso de Macmillan Publishing Co., Inc., de Genetics, de
M. Strickberger. Copyright 1968, Monroe W. Strickberger).
18. En los tomates, dos alelos de un gen determinan la diferencia en el carácter color
del tallo púrpura (P) o verde (V), y dos alelos de un gen independiente determinan
la diferencia en el carácter forma de la hoja «cortada» (C) y «patata» (Pa). Los
resultados de cinco cruzamientos de plantas de tomate de distintos fenotipos se
muestran a continuación:
AQUÍ VA UNA FIGURA
1. Número de descendientes
2. Cruzamiento
3. Fenotipos parentales
4. P, C
5. P, Pa
6. V, C
7. V, Pa
a. Determine qué alelos son los dominantes.
b. ¿Cuáles son los genotipos más probables de los parentales en cada
cruzamiento? (Problema 18 de A. M. Srb, R. D. Owen, y R. S. Edgar, General
Genetics, 2a ed. Copyright 1965 W. H. Freeman and Company)
19. Un alelo mutante del ratón provoca una curvatura en la cola. Se cruzaron seis
parejas de ratones. Sus fenotipos y los de su descendencia se muestran en la tabla
siguiente. N es el fenotipo normal y C es el curvado. Deduzca el modo de herencia de
este fenotipo.
Fin página 122
AQUÍ VA UNA FIGURA
1. Parental
2. Descendencia
3. Cruzamiento
4. N
5. C
6. Todos C
7. Todos N
a. ¿Este fenotipo es dominante o recesivo?
b. ¿Es autosómico o está ligado al sexo?
c. ¿Cuáles son los genotipos de todos los parentales y los descendientes?
20. En Drosophila, el color normal de los ojos es el rojo, pero existen cepas en las que
todas las moscas tienen los ojos marrones. Del mismo modo, las alas normales son
largas, pero hay cepas de alas cortas. Una hembra de una línea pura de ojos
marrones y alas cortas se cruza con un macho de una línea pura normal. La F1 está
compuesta por hembras normales y machos de alas cortas. Cruzando entre sí los
individuos de la F1, se obtiene la F2. En ambos sexos de las moscas F2 encontramos
los siguientes fenotipos:
3/8 ojos rojos, alas largas
3/8 ojos rojos, alas cortas
1/8 ojos marrones, alas largas
1/8 ojos marrones, alas cortas
Deduzca la herencia de estos fenotipos, utilizando símbolos genéticos
claramente definidos de su propia invención. Indique los genotipos de las tres
generaciones y las proporciones genotípicas de la F1 y la F2.
Problema 20 paso a paso
Antes de intentar resolver el problema, trate de responder a las siguientes preguntas.
1. ¿Qué significa la palabra «normal» en este problema?
2. En este problema se utilizan las palabras «línea» y «cepa». Diga qué significan y si
son términos intercambiables.
3. Dibuje un diagrama sencillo de las dos moscas parentales, mostrando sus ojos, alas
y diferencias sexuales.
4. ¿Cuántos caracteres diferentes aparecen en este problema?
5. ¿Cuántos fenotipos aparecen en este problema, y cuáles son los fenotipos que
acompañan a los caracteres mencionados anteriormente?
6. ¿Cuál es el fenotipo completo de las hembras de la F1 que se han descrito como
«normales»?
7. ¿Cuál es el fenotipo completo de los machos de la F1 que se han descrito como de
«alas cortas»?
8. Construya una lista con las proporciones fenotípicas de la F2 para cada uno de los
caracteres que aparezcan en su respuesta al apartado 4.
9. ¿Qué le sugieren las proporciones fenotípicas de la F2?
10. ¿Cuál es el patrón de herencia fundamental que diferencia a la herencia ligada al
X de la herencia autosómica?
11. ¿Muestran los datos de la F2 dicho criterio diferencial?
12. ¿Muestran los datos de la F1 dicho criterio diferencial?
13. ¿Qué puede deducirse sobre la dominancia en la F1? ¿Y en la F2?
14. ¿Qué reglas sobre la utilización de símbolos en la cepa salvaje se puede emplear
a la hora de decidir qué símbolos usar para estos cruzamientos?
15. ¿Qué significa «deduzca la herencia de estos fenotipos»?
Intente ahora resolver el problema. Si no es capaz de hacerlo, haga una lista con los
aspectos que no comprenda. Analice los conceptos clave del principio del capítulo y
pregúntese cuáles son importantes con respecto a sus preguntas. Si con todo ello aún
no funciona, inspeccione los mensajes resumen del capítulo y pregúntese cuáles son
importantes para sus preguntas.
21. Una determinada planta en una población natural de plantas anuales presenta un aspecto
enfermizo y hojas amarillas. Se arranca la planta y se lleva de vuelta al laboratorio. Allí
se encuentra que presenta unas tasas fotosintéticas muy bajas. Se utiliza polen de una
planta normal con hojas de color verde oscuro para fertilizar flores emasculadas de una
planta amarilla. Se produjeron cien semillas, de las cuales 60 germinaron y todas las
plantas resultantes fueron de aspecto enfermizo y amarillas.
a. Proponga una explicación genética para este patrón de herencia
b. Sugiera una prueba sencilla para su modelo
c. Explique la reducción en la fotosíntesis, el aspecto enfermizo y el color amarillento
22. ¿Cuál es la base de la variegación en el color verde-blanco en las hojas de Mirabilis? Si
se realiza el cruzamiento siguiente:
♀ variegada × ♂ verde
¿Qué fenotipos cabe esperar en la descendencia? ¿Y en el cruzamiento recíproco?
23. En Neurospora, el mutante stp presenta un crecimiento errático de parada y avance. Se
sabe que la mutación está en el DNA mitocondrial. Si se utiliza una estirpe stp como
hembra en un cruzamiento con una estirpe normal que actúa como macho, ¿qué
descendencia cabe esperar? ¿Y en el cruzamiento recíproco?
24. Se estudian dos variedades de maíz. Una es resistente (R) a cierto hongo patógeno y
la otra sensible (S). Se realizan los cruzamientos siguientes, con los resultados que
se indican:
S♀ × R♂  toda la descendencia S
R♀ × S♂ toda la descendencia R
Fin página 123
¿Qué puede concluirse sobre la localización genética de los determinantes R y S?
25. Se realiza un cruzamiento prueba de un posible dihíbrido de Drosophila B/b ; F/f
con doble homocigoto recesivo b/b ; f/f (B = cuerpo negro, b = cuerpo marrón, F =
quetas dobles, f = quetas sencillas). Los resultados son los siguientes
Cuerpo negro, quetas dobles
230
Cuerpo negro, quetas sencillas
210
Cuerpo marrón, quetas dobles
Cuerpo marrón, quetas sencillas
240
250
Utilice la prueba de X2 para determinar si estos resultados se ajustan a los esperados
para un cruzamiento prueba de este hipotético dihíbrido.
26. ¿Se ajustan los siguientes resultados a los esperados de una autofecundación de una
planta que se cree que es dihíbrida para dos genes que segregan independientemente
H/h ; R/r? (H = hojas peludas, h = hojas lisas, R = ovario redondo, r = ovario
alargado). Explique su respuesta.
Hojas peludas, ovario redondo
178
Hojas peludas, ovario alargado
62
Hojas lisas, ovario redondo
56
Hojas lisas, ovario alargado
24
27. Se cruza una hembra de polilla de color oscuro con una macho de color oscuro.
Toda los descendientes machos son de color oscuro pero la mitad de las hembras
son de color claro y la otra mitad de color oscuro. Proponga una explicación para
este patrón de herencia.
28. El mutante stopper (stp) surgió de manera espontánea en Neurospora y produce un
tipo de crecimiento errático “de parada y avance” si se compara con el crecimiento
ininterrumpido de las cepas de tipo salvaje. Se obtuvieron los siguientes resultados
tras los correspondientes cruzamientos:
♀ stopper X ♂ tipo salvaje 
Todos los descendientes stopper
♀ tipo salvaje X ♂ stopper 
Todos los descendientes de tipo salvaje
a. ¿Qué sugieren estos resultados en lo relativo a la localización en el
genoma de la mutación stopper?
b. De acuerdo con el modelo que ha propuesto en el apartado a, ¿qué tipo de
descendientes y en qué proporción se esperan en las octadas de los
siguientes cruzamientos, si se incluye una mutación nic3 localizada en el
cromosoma VI?
♀ stp · nic3 X tipo salvaje ♂
29. En sistemas poligénicos, ¿cuántas clases fenotípicas, correspondientes al número
dosis poligénica, se esperan en autofecundaciones
a. con cuatro poligenes heterocigóticos?
b. con seis poligenes heterocigóticos?
30. Utilice la regla del producto y la de la suma para calcular la proporción de
descendientes con sólo una dosis poligénica en la autofecundación de un trihíbrido
poligénico R1/r1 ; R2/r2 ; R3/r3.
31. Se realizaron cruzamientos recíprocos y endogámicos con dos especies de musgo,
Funaria mediterranea y F. hygrometrica. La figura adjunta muestra el aspecto de
los esporofitos y de las hojas de los gametofitos.
AQUÍ VA UNA FIGURA
1. Gametófitos (hojas)
2. Esporofitos
3. F. mediterranea
4. F. hygrometrica
Los cruzamientos se describen con la hembra parental en primer lugar.
AQUÍ VA UNA FIGURA
1. Descendientes
2. F. mediterranea X F. hygrometrica
3. Descendientes
4. F. mediterranea X F. hygrometrica
Fin página 124
b.
Describa los resultados presentados y resuma los principales hallazgos.
c. Proponga una explicación para los resultados.
d. Indique cómo comprobaría su explicación; asegúrese de exponer cómo la
podría distinguir de otras posibles explicaciones.
32. Suponga que la planta diploide A tiene un citoplasma genéticamente diferente del de
la planta B. Con el fin de estudiar las relaciones núcleo-citoplasma pretende obtener
una planta con el citoplasma de la planta A y el genoma nuclear predominantemente
de la planta B. ¿Qué haría para producir dicha planta?
33. Está estudiando una planta que tiene tejidos con sectores verdes y blancos. Quiere
saber si este fenómeno se debe a: (1) una mutación en el cloroplasto del tipo
discutido en este capítulo o (2) una mutación nuclear dominante que inhibe la
producción de clorofila y que está presente sólo en ciertas capas de tejidos de la
planta, a modo de mosaico. Diseñe la estrategia experimental que utilizaría para
resolver este problema.
34. En un estadio temprano del desarrollo de una planta, una mutación en el cpDNA
elimina un sitio concreto de restricción de la enzima BgIII (B), tal y como se indica
en el esquema:
AQUÍ VA UNA FIGURA
1. cpDNA normal
2. cpDNA mutante
En esta especie, el cpDNA se hereda de forma materna. Se dejan crecer semillas de la
planta y se analiza el cpDNA de la descendencia. Se cortan los cpDNA con BgIII y se
efectúa una transferencia de Southern con la sonda P. Los autorradiogramas muestran
tres patrones de hibridación:
AQUÍ VA UNA FIGURA
Explique la aparición de estos tres tipos de semillas.
PROBLEMAS PARA PENSAR
35. Tiene tres frascos con canicas tal y como se indica a continuación:
frasco 1
600 rojas
y
400 blancas
frasco 2
900 azules
y
100 blancas
frasco 3
10 verdes
y
990 blancas
a. calcule la probabilidad de obtener los siguiente resultados si escoge a ciegas
una canica de cada bote:
(1) una roja, una azul y una verde
(2) tres blancas
(3) una roja, una verde y una blanca
(4) una roja y dos blancas
(5) una coloreada y dos blancas
(6) al menos una blanca
b. En cierta planta el alelo R da color rojo y el alelo r color blanco. Se
autofecunda una planta heterocigótica roja R/r con el propósito de obtener
una planta blanca. ¿Cuál es el número mínimo de semillas que debe cultivar
para tener una seguridad del 95% de obtener al menos una planta blanca?
c. Cuando a una mujer se le inyecta un óvulo fecundado in vitro, la
probabilidad de que éste se implante con éxito es del 20%. Si a una mujer se
le inyectan simultáneamente cinco óvulos fecundados, ¿cuál es la
probabilidad de que quede embarazada? (Parte c de Margaret Holm)
36. El color rojo del tomate es dominante sobre el amarillo, el fruto con dos lóbulos es
dominante sobre el fruto con muchos lóbulos y el tallo largo es dominante sobre el
enano. Un ingeniero agrícola cuenta con dos líneas puras: una es enana, de frutos
rojos con dos lóbulos, y la otra es alta, de frutos amarillos con muchos lóbulos. A
partir de estas dos líneas quiere producir, para su comercialización, una línea pura
nueva que sea alta y con frutos amarillos y con dos lóbulos. ¿Cómo debería proceder
exactamente para conseguirlo? Indique tanto los cruzamientos que deben hacerse
como el número de descendientes que debe ser analizado en cada caso.
37. Hasta ahora hemos tratado fundamentalmente dos genes, pero los mismos principios
pueden aplicarse a más de dos genes. Considere el siguiente cruzamiento:
A/a ; B/b ; C/c ; D/d ; E/e x a/a ; B/b ; c/c ; D/d ; e/e
a. ¿Qué proporción de la descendencia será fenotípicamente parecida a: (1)
el primer parental, (2) el segundo parental, (3) cualquiera de los
parentales, y (4) ninguno de los parentales?
b. ¿Qué proporción de la descendencia será genotípicamente igual a (1) el
primer parental, (2) el segundo parental, (3) cualquiera de los parentales,
y (4) ninguno de los parentales?
Suponga transmisión independiente.
38. La genealogía que se muestra a continuación muestra el patrón de herencia de dos
fenotipos humanos poco frecuentes: cataratas y enanismo hipofisario. Los miembros
de la familia con cataratas se indican con la mitad izquierda del símbolo de color
negro; los que tienen enanismo hipofisario se indican con la mitad derecha del
símbolo de color negro.
Fin página 125
AQUÍ VA UNA FIGURA
a. ¿Cuál es el modo de herencia más probable para cada uno de los
fenotipos? Explique su respuesta.
b. Indique los genotipos de todos los miembros de la generación III de la
forma más completa posible.
c. Si tuviera lugar un emparejamiento hipotético entre IV-1 y IV-5, ¿cuál
sería la probabilidad de que el primer hijo fuera enano y tuviera cataratas?
¿y de que fuera fenotípicamente normal? (Problema 38 según J. Kuspira y
R. Bhambhani, Compendium of Problems in Genetics, Copyright 1994
Wm. C. Brown.)
39. Un genetista que trabaja con maíz dispone de tres líneas puras de genotipos a/a ;
B/B ; C/C, A/A ; b/b ; C/C, y A/A ; B/B ; c/c. Todos los fenotipos determinados por a,
b y c aumentarán el valor del maíz en el mercado. Como es natural, el genetista
pretende combinarlos en una línea pura de genotipo a/a ; b/b ; c/c.
a. Diseñe un programa de cruzamientos efectivo que pueda emplearse para
obtener la línea pura a/a ; b/b ; c/c.
b. En cada paso, indique claramente qué fenotipos se seleccionarán y
determine cuáles son sus frecuencias esperadas.
c. ¿Existe más de una forma de obtener el genotipo deseado? ¿Cuál es la
mejor forma?
Suponga transmisión independiente de los tres genes. (Nota: Con el maíz puede
realizarse autofecundación o fecundación cruzada.)
40. En la especie humana, la visión del color depende de genes que determinan tres
pigmentos. Los genes R (pigmento rojo) y G (pigmento verde) están en el
cromosoma X, mientras que B (pigmento azul) es autosómico. Una mutación en
cualquiera de estos genes puede provocar ceguera a los colores. Suponga que un
hombre con ceguera a los colores se casó con una mujer de visión normal. Todos
sus hijos fueron ciegos a los colores y todas sus hijas fueron normales. Especifique
los genotipos de ambos padres y de todos los posibles hijos, explicando su
razonamiento (probablemente dibujar una genealogía le ayudará). (Problema 40 de
Rosemary Redfield.)
41. Considere la siguiente genealogía para una enfermedad muscular poco frecuente.
AQUÍ VA UNA FIGURA
a. ¿Cuál es la característica inusual que diferencia esta genealogía de las que
se han estudiado previamente en este capítulo?
b. ¿En qué sitio de la célula cree que está localizado el DNA mutante
responsable de este fenotipo?
42. La planta Haplopappus gracilis contiene un número 2n = 4. Se cultivaron células
diploides y en la fase S premitótica se añadió un nucleótido radioactivo que se
incorporó en el DNA recién sintetizado. Las células se retiraron de la mezcla
radiactiva, se lavaron y se dejó que transcurriera la mitosis. Los cromosomas y las
cromátidas radioactivas pueden detectarse colocando una emulsión fotográfica sobre
las células; las cromátidas y los cromosomas radioactivos aparecen cubiertos de
puntos de plata procedentes de la emulsión (los cromosomas «hacen su propia
fotografía»). Dibuje los cromosomas en la profase y la telofase de la primera y
segunda divisiones mitóticas tras el tratamiento radioactivo. Si son radioactivos,
indíquelo en su esquema. Si existen varias posibilidades, indíquelas también.
43. En la misma especie del Problema 42, usted introduce la radioactividad por
inyección en las anteras durante la fase S antes de la meiosis. Dibuje los cuatro
productos de la meiosis con sus cromosomas, e indique cuáles son radioactivos.
44. Mediante tratamientos especiales in situ puede desempaquetarse parcialmente la
doble hélice del DNA de los cromosomas. ¿Qué patrón de radiactividad se espera si
se hibrida una sonda radiactiva de
a. un único gen?
b. DNA repetitivo disperso?
c. DNA ribosomómico?
d. DNA telomérico?
e. DNA heterocromatídico de copia única?
45. ¿Qué patrón de hibridación Southern se espera para las sondas del problema 44 si se
corta el DNA mediante un enzima de restricción y se separa en función de su
tamaño mediante electroforesis?
46. La planta Haplopappus gracilis es diploide y tiene un número 2n = 4. Contiene un
par de cromosomas largos y otro corto. El siguiente esquema representa anafases
(fases de separación cromosómica) de células individuales en meiosis o mitosis de
una planta dihíbrida para dos genes situados en distintos cromosomas (A/a ; B/b).
Las líneas representan cromosomas o cromátidas, y las puntas de las V representan a
los centrómeros.
Fin página 126
Determine en cada caso si el esquema corresponde a una célula en meiosis I,
meiosis II o mitosis. Si un esquema representa una situación imposible de
resolver, indíquelo también.
AQUÍ VA UNA FIGURA
47. La siguiente genealogía muestra la reaparición en una familia de una enfermedad
neurológica poco frecuente (símbolos negros grandes) y del aborto fetal espontáneo
(símbolos negros pequeños). (Las líneas oblicuas indican que el individuo ha
fallecido). Proporcione una explicación para esta genealogía en relación a la
segregación citoplasmática de las mitocondrias defectuosas.
AQUÍ VA UNA FIGURA
48. Un hombre padece de braquidactilia (dedos muy cortos, condición autosómica
dominante muy poco frecuente) pero su mujer no. Ambos puedes percibir el
compuesto feniltiocarbamida (alelo muy común autosómico dominante) pero sus
madres no podían hacerlo.
a. Escriba los genotipos de la pareja
Si los genes segregan independientemente y la pareja ha tenido cuatro hijos
¿Cuál es la probabilidad de que
b. todos ellos sufran braquidactilia?
c. ninguno de ellos sufra braquidactilia?
d. todos ellos perciban la feniltiocarbamida?
e. todos ellos no sean perceptores de la feniltiocarbamida?
f. todos ellos padezcan braquidactilia y perciban la feniltiocarbamida?
g. ninguno de ellos sufra de braquidactilia y sea perceptor?
h. al menos uno sea perceptor y padezca la braquidactilia?
49. Una forma de esterilidad masculina en el maíz presenta herencia materna. Las
plantas de una línea androestéril se cruzaron utilizando polen normal, obteniéndose
plantas androestériles. Además, se sabe que algunas líneas de maíz llevan un alelo
nuclear dominante restaurador (Rf) que restablece la fertilidad del polen en las líneas
androestériles.
a. Las investigaciones demuestran que la introducción de alelos
restauradores en las líneas androestériles no altera ni afecta al
mantenimiento de los factores citoplásmicos responsables de la
androesterilidad. ¿Qué tipo de resultados experimentales llevan a esa
conclusión?
Fin página 127
b. Se cruza una planta androestéril con polen de una planta homocigótica
para el alelo Rf. ¿Cuál es el genotipo de la F1? ¿Y el fenotipo?
c. Las plantas de la F1 del apartado b se utilizan como hembras en un
cruzamiento prueba con polen de una planta normal (rf/rf). ¿Cuál será el
resultado de este cruzamiento prueba? Indique los genotipos y los
fenotipos, así como el tipo de citoplasma.
d. El alelo restaurador ya descrito puede denominarse Rf-1. Se ha encontrado
otro restaurador dominante, Rf-2. Rf-1 y Rf-2 están situados en
cromosomas diferentes. Por separado o juntos, los alelos restauradores
producen polen fértil. Utilizando una planta androestéril como individuo
prueba, ¿cuál sería el resultado de un cruzamiento en el que el parental
masculino fuera
i. heterocigótico en los dos loci restauradores?
ii. homocigótico dominante en un locus restaurador y homocigótico
recesivo en el otro?
iii. heterocigótico en un locus restaurador y homocigótico recesivo en
el otro?
iv. heterocigótico en un locus restaurador y homocigótico dominante
en el otro?
Pies de Foto y parcheados
Página 89
La revolución verde de la agricultura se fomenta con la plantación masiva de líneas
superiores de cultivos (como el arroz, en la imagen) conseguidas mediante la
combinación de caracteres genéticos beneficiosos (Jorgen Schytte/Peter Arnold)
Figuras
Líneas de arroz
Figura 3-1 Genotipos superiores de cultivos como el arroz ha revolucionado la
agricultura. Esta fotografía muestra algunos de los genotipos claves usados en los
programas de mejora del arroz.
Fenotipos lisos y rugosos
Figura 3-2 Guisantes lisos (R/R o R/r) y rugosos (r/r) en la vaina de una planta
heterocigota (R/r) autofecundada. Las proporciones fenotípicas mostradas 3:1 en esta
vaina son exactamente las esperadas, en promedio, entre la descendencia de una
autofecundación como esta (Estudios moleculares reciente han demostrado que el alelo
para el fenotipo rugoso empleado por Mendel se debe a la inserción de un segmento de
DNA móvil; véase el capítulo 14). (Madan K. Bhattacharyya)
El programa de cría de Mendel que produjo la proporción 9:3:3:1
1. (liso, verde)
2. (rugoso, amarillo)
3. Gametos
4. (liso, amarillo)
5. 315 lisas, amarillas
6. 108 lisas, verdes
7. 101 rugosas, amarillas
8. 32 rugosas, verdes
9. 556 semillas
10. Proporciones
Figura 3-3 Mendel sintetizó un individuo dihíbrido que al ser autofecundado produjo
una descendencia F2 en una proporción 9:3:3:1.
Cuadrado de Punnet que ilustra los genotipos que subyacen a la proporción 9:3:3:1.
1. (lisas, verdes)
2. (Rugosas, amarillas)
3. Gametos
4. (Lisas, amarillas)
5. Gametos
6. Gametos
7. lisas, amarillas
8. rugosas, amarillas
9. lisas, verdes
10. rugosas, verdes
Figura 3-4 Puede usarse un cuadrado de Punnet para predecir el resultado de de un
cruzamiento dihíbrido. Este cuadrado de Punnet muestra los genotipos y fenotipos
predichos en la F2 de un cruzamiento dihíbrido.
Figura 3-5 El cultivo del tomate ha dado lugar a un amplia variedad de líneas con
diferentes genotipos y fenotipos (David Cavagnaro / Visuals Unlimited).
(T) Vigor híbrido en el maíz
Figura 3-6 Híbrido heterocigoto múltiple flanqueado por las dos líneas puras cruzadas
para obtenerlo. (a) Las plantas. (b) Mazorcas de las mismas plantas ((a)Cortesía de Ruth
A. Swanson-Wagner, Laboratorio Schnable, Universidad del Estado de Iowa, (b)
Cortesía de Jun Sao, Laboratorio Schnable, Universidad del Estado de Iowa).
(T) Cromosomas diferentes segregan de manera independiente
Figura 3-7 Carothers observó que estos dos patrones de segregación ocurrían con la
misma frecuencia: un par heteromorfo y un cromosoma desapareado migran hacia los
gametos durante la meiosis.
(T) La transmisión independiente de los cromosomas en la meiosis explica las
proporciones de Mendel
1. Interfase. Los cromosomas no están apareados
2. Profase. Los cromosomas y los centrómeros ya se han replicado pero los
centrómeros aún no se han separado
3. Profase. Sinapsis de cromosomas homólogos
4. Anafase. Los centrómeros unidos a las fibras del huso son atraídos hacia los
polos de las células
5. El otro tipo de alineamiento de igual frecuencia
6. Telofase. Se forman dos células
7. Anafase segunda. Se forman nuevos husos y los centrómeros finalmente se
separan.
8. Fin de la meiosis. En cada meiosis se producen cuatro células
9. Recombinación meiótica entre genes no ligados debida a la transmisión
independiente
Figura 3-8 Meiosis en una célula diploide de genotipo A/a ; B/b. El diagrama muestra
como la segregación y la distribución al azar de diferentes pares de cromosomas dan
lugar a la proporción Mendeliana 1:1:1:1 de los gametos.
(T) Etapas de un cruzamiento de Neurospora
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Las esporas sexuales maduran
Ascas
Meiosis
División sincronizada y fusión para formar meiocitos diploides
Fecundación cruzada
Núcleo materno de tipo de apareamiento A
Núcleo materno de tipo de apareamiento a
Figura 3-9 Ciclo de vida de Neurospora crassa, el moho rojo del pan. La
autofecundación no es posible en esta especie: existen dos tipos de apareamientos
determinados por los alelos A y a de un gen y cualquiera de los dos pueden actuar como
“hembra”. Una espora asexual del tipo de apareamiento opuesto se fusiona con un pelo
receptor y un núcleo de la espora asexual desciende a lo largo del pelo hasta
emparejarse con un núcleo femenino del nódulo de células. Los núcleos A y a se
aparean y sufren una serie de mitosis sincronizadas para, finalmente, fundirse y formar
los meiocitos diploides.
(T) La meiosis lineal de Neurospora
(a) Divisiones nucleares
1. Meiocito 2n
2. Cuatro núcleos producto de la meiosis (tétrada)
3. Octada compuesta por cuatro pares de esporas
4. Primera división meiótica
5. Segunda división meiótica
6. División mitótica posmeiótica
7. Desarrollo de las esporas sexuales (ascoesporas) alrededor de los núcleos
(b) Segregación alélica
8. Octada
9. Meiocito tras la formación de las cromátidas
10. Tétrada
11. Primera división meiótica
12. Segunda división meiótica
13. Mitosis
Figura 3-10 Neurospora es un modelo ideal para el estudio de la segregación alélica en
la meiosis. (a) Los cuatro productos de la meiosis (tétrada) llevan a cabo una mitosis
para producir una octada. Los productos se mantienen dentro del asca. (b) Un meiocito
A/a sufre una meiosis seguida de una mitosis, lo que resulta en el mismo número de
productos de tipo A y de tipo a y demuestra el principio de la segregación equitativa.
(T) Los recombinantes son productos de la meiosis distintos a los elementos de entrada
de la meiosis.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Entrada
Meiocito diploide
Salida
Tipo parental (entrada)
Tipo parental (entrada)
Recombinante
Recombinante
Figura 3-11 Recombinantes son aquellos productos de la meiosis con combinaciones de
alelos diferentes de aquellas presentes en las células haploides que forman el meiocito
diploide.
(T) En los organismos diploides, la recombinación se detecta mejor con un cruzamiento
prueba
1.
2.
3.
4.
Entrada
Meiocito diploide (F1)
Salida
Individuo prueba
5. Gameto de tipo parental
6. Gameto recombinante
7. Tipo parental
8. Recombinante
9. Fecundación
10. Meiosis
Figura 3-12 Los productos recombinantes de una meiosis diploide son fácilmente
detectables en un cruzamiento de un heterocigoto y un individuo prueba recesivo.
Obsérvese que la Figura 3-11 forma parte de este diagrama.
(T) La transmisión independiente produce un 50% de recombinantes
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Gametos
Meiocito diploide (F1)
Individuo prueba
Tipo parental
Recombinante
Descendientes del cruzamiento prueba
Recombinación meiótica entre dos genes no ligados debida a la transmisión
independiente.
8. P
Figura 3-13 El diagrama muestra dos pares de cromosomas de un organismo diploide
con A y a en un par y B y b en el otro. La transmisión independiente produce una
frecuencia de recombinación del 50%. Obsérvese que podría representarse la situación
en un organismo haploide quitando el cruce parental (P) y el cruzamiento prueba.
(T) Variación continua en una población natural
1. Frecuencia
2. Carácter métrico (intensidad del color por ejemplo)
Figura 3-14 Un carácter métrico como la intensidad del color puede tomar muchos
valores en una población natural. La distribución tiene por tanto la forma de una curva
suave con los valores más comunes representados en el punto más alto de la curva. Si la
curva es simétrica tendrá la forma de una campana como la aquí mostrada.
(T) Poligenes en la descendencia de un cruzamiento entre dihíbridos
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Cruzamientos R1/r1 ; R2/r2 entre sí
Gametos ♂
Gametos ♀
Total entre la descendencia
0 dosis
1 dosis
2 dosis
3 dosis
4 dosis
Figura 3-15 La descendencia de un cruzamiento entre dihíbridos para dos poligenes
puede expresarse como el número de “dosis” alélicas aditivas.
(T) Histograma de los poligenes en un cruzamiento entre dihíbridos
1. Una distribución continua puede ser el resultado de los efectos de la variación
ambiental
2. Frecuencia expresada en dieciseisavos
3. Número de alelos de los poligenes que contribuyen o “dosis”
Figura 3-16 Los descendientes que se muestran en la Figura 3-15 pueden representarse
como un histograma de frecuencias del número de los distintos alelos de los poligenes
contribuyentes (“dosis”).
(T) Histograma de los poligenes en un cruzamiento entre trihíbridos
1. Posibles efectos de la variación ambiental
2. Frecuencia expresada en unidades de 1/64
3. Número de alelos de poligenes que contribuyen o “dosis”
Figura 3-17 La descendencia de un cruzamiento entre trihíbridos poligénicos puede
representarse gráficamente como un histograma de frecuencias del número de los
distintos alelos de los poligenes contribuyentes (“dosis”).
(T) Una célula muestra los nucleoides dentro de la mitocondria.
Figura 3-18 Tinción fluorescente de una célula de Euglena gracilis. Con la tinción
utilizada, los núcleos aparecen en rojo debido a la fluorescencia de la gran cantidad de
DNA nuclear. Las mitocondrias presentan fluorescencia verde y en su interior el DNA
mitocondrial (nucleoides) en color amarillo (De Y. Huyashi y K. Veda, J. Cell Sci. 93,
1985, 565).
(T) El genoma de los orgánulos
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
DNA mitocondrial de levadura (~ 78 kb)
DNA del cloroplasto de la hepática (121 kb)
DNA mitocondrial humano (~ 17 kb)
Producción de energía
tRNAs para la síntesis proteica
Región intergénica
RNAs ribosomales
Intrones
Figura 3-19 Mapas del DNA de las mitocondrias y los cloroplastos. Muchos de los
genes de los orgánulos codifican proteínas que llevan a cabo las funciones de
producción energética de estos orgánulos (en color verde), mientras que otros (en rojo y
amarillo) tienen una función relacionada con la síntesis proteica. (a) Mapa del mtDNA
humano y de la levadura (obsérvese que el mapa correspondiente a los humanos no se
representa a la misma escala que el de la levadura). (b) El genoma del cloroplasto de la
hepática Marchantia polymorpha de 121 kb. Los genes que se muestran en la parte
interior del mapa se transcriben en el sentido de las agujas del reloj mientras que los de
fuera lo hacen en sentido contrario. IRA e IRB indican repeticiones invertidas. El dibujo
de la parte superior representa un macho de Marchantia y el de la parte inferior una
hembra (de K. Umesono y H. Ozeki, Trends Genet. 3, 1987).
(T) Herencia materna del fenotipo mutante mitocondrial poky
1. (a) Poky ♀
2. (b) Normal ♂
3. (ad+)
4. poky, ad5. Normal, ad6. (ad-)
7. 2n
8. Normal ♂
9. (ad-)
10. poky, ad+
11. poky ♂
12. 2n
13. Normal, ad+
14. (ad+)
Figura 3-20 Cruzamientos recíprocos de Neurospora de tipo salvaje y de fenotipo poky
producen resultados diferentes debido a una contribución citoplasmática distinta de cada
parental. El parental hembra aporta la mayor parte del citoplasma de las células de sus
descendientes. La coloración marrón representa el citoplasma con las mitocondrias que
portan la mutación poky y la coloración verde representa el citoplasma con
mitocondrias de tipo salvaje. Obsérvese que todos los descendientes de la parte a son
poky, mientras que todos los de la parte b son normales. Ambos cruces muestran por
tanto herencia materna. Se usa el locus nuclear con los alelos ad+ (negro) y ad- (rojo)
para ilustrar la segregación mendeliana típica 1:1 esperada para los genes nucleares en
este organismo diploide.
(T) Hojas variegadas producidas por una mutación en el cpDNA
1. Rama completamente blanca
2. Rama completamente verde
3. Tallo principal variegado
Figura 3-21 variegación en las hojas del dondiego de noche Mirabilis jarapa. Las
flores se pueden formar en cualquier tipo de rama (variegada, verde o blanca) y se
pueden utilizar para realizar cruzamientos.
(T) Uso de flores de una planta variegada para realizar cruzamientos
1. Cigoto de la hembra (n)
2. Célula de polen del macho (n)
3. Constitución del cigoto (n)
4. Blanca ♀
5. Cualquier ♂
6. Núcleo
7. Cloroplasto
8. Blanco
9. Verde ♀
10. Cualquier ♂
11. Verde
12. Variegado ♀
13. Cualquier ♂
14. Óvulo de tipo 1
15. Blanco
16. Óvulo de tipo 2
17. Verde
18. Óvulo de tipo 3
19. División celular
20. Variegado
Figura 3-22 Los resultados de los cruzamientos en Mirabilis jalapa pueden explicarse
mediante un modelo de herencia autónoma de los cloroplastos. Los círculos grandes y
oscuros representan los núcleos. Los corpúsculos más pequeños representan los
cloroplastos, verdes o blancos. Se supone que cada óvulo contiene muchos cloroplastos
y que el polen no lleva ninguno. Los dos primeros cruzamientos muestran herencia
exclusivamente materna. No obstante, si la rama materna es variegada se pueden
producir tres tipos de cigotos dependiendo de si el óvulo contiene sólo cloroplastos
blancos, sólo verdes o de los dos tipos. En este último caso, el cigoto resultante puede
producir tejido de ambos tipos, blanco y verde, por lo que dará lugar a una planta
variegada.
(T) Un modelo de segregación citoplasmática
1. Orgánulo portador del alelo A
2. Orgánulo portador del alelo a
3. Segregación citoplasmática
Figura 3-23 Por azar, orgánulos genéticamente distintos pueden segregar en células
separadas durante tras varias divisiones celulares consecutivas. Los puntos rojos y
azules representan orgánulos genéticamente diferentes, como las mitocondrias con o sin
una determinada mutación.
(T) Sitios de mutación del mtDNA en determinadas enfermedades humanas
1. Sordera
2. Miopatía
3. Deficiencia respiratoria
4. Miopatía
5. Miopatía
6. LHON/Distonía
7. MELAS
8. Anemia
9. Miopatía
10. LHON
11. LHON/Distonía
12. Miocardiopatía
13. MELAS
14. Encefalopatía
15. Mioglobinuria
16. NARP MILS FBSN
17. MERRF
18. Sordera
Cardiopatía
19. MERRF
Sordera
Ataxia; mioclonía
20. Miopatía
21. Encefalopatía
22. PEO
23. Corea MILS
24. Miocardiopatía
25. PEO
26. LHON
27. MELAS
28. MELAS
PEO Miopatía
Miocardiopatía
Diabetes y
sordera
29. MELAS
MILS
30. Sordera inducida por aminoglucósidos
31. mtDNA humano 16 596 pb
32. Deleción típica en KSS/PEO
33. Enfermedades:
34. MERRF
Epilepsia mioclónica y enfermedad de las fibras rojas
rasgadas
35. LHON
Neuropatía óptica hereditaria de Leber
36. NARP
Debilidad muscular neurogénica, ataxia y retinitis pigmentaria
37. MELAS
Encefalopatía, acidosis láctica y síntomas apopléjicos
mitocondriales.
38. MMC Miopatía y cardiomiopatía de herencia materna
39. PEO Oftalmoplejía externa progresiva
40. kSS Síndrome de Kearns-Sayre
41. MILS Síndrome de Leigh de herencia materna
Figura 3-24 Mapa del mtDNA humano que muestra los loci de las mutaciones que
causan citopatías. Los genes de los RNA de transferencia se representan mediante las
abreviaturas de una única letra de los aminoácidos. ND = deshidrogenasa de la NADH,
COX = citocromo oxidasa; y 12S y 16S designa los RNAs ribosómicos (según S.
DiMauro et al. “Mitochondria in Neuromuscular Disorders”, Biophys. Acta 1366, 1998,
199-210).
(T) Genealogía de una enfermedad mitocondrial
Figura 3-25 Esta genealogía muestra como una enfermedad mitocondrial humana se
transmite sólo por vía materna.
Tablas
Tabla 3-1 Valores críticos de la distribución X2
4. Tabla 3-1 Valores críticos de la distribución X2
5. P
6. gl
(T) Representantes de muchas líneas de tomate