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Introduction to Genetic Analysis
Ninth Edition
Anthony J. F. Griffiths, Susan R. Wessler, Richard C. Lewontin, and Sean B. Carroll
CLASE 06
Cambios en los cromosomas a gran
escala
Remodelación del genoma a gran
escala
Hemos aprendido que las mutaciones
en los genes son una fuente
importante de cambio en la secuencia
genómica. Sin embargo, el genoma
puede ser remodelado a gran escala
por alteraciones en la estructura del
cromosoma o por cambios en el
número de copias de cromosomas en
una célula. Por ejemplo el síndrome
de Down resulta de una copia extra
del cromosoma 21.
Mutaciones a gran escala son
denominadas mutaciones a nivel de cromosomas
●
Mutaciones génicas son
definidas como cambios
que toman lugar en un
gen mientras que
mutaciones cromosómicas
corresponden a
mutaciones en una region
cromosómica
comprendiendo múltiples
genes .
Cómo detectamos cambios en los
cromosomas?
Una mutación en un gen no es detectable en el microscopio, pero mutaciones
cromosomales si.
Porqué las mutaciones cromosómicas son importantes
como fuente de estudio?
●
●
●
●
●
Información para conocer como los genes actuan
a gran escala.
Revelan información importante sobre la meiosis y
arquitectura cromosómica.
Constituyen una herramienta útil para
manipulación genómica.
Dan ideas generales sobre procesos evolutivos.
Cromosomas mutaciones se encuentran en
humano y causan enfermedades genéticas.
●
Cuales mutaciones se producen?
Cambio en el número de genes
Cambio en la posición de los
genes.
Si hay rompimiento cromosómico
puede finalizar con la disrupción
de un gen.
Clasificación de mutaciones
cromosómicas
●
●
Cambio en el número: no están asociados a
cambios estructurales con el material
genético. Es mas el número de material
genético que es cambiado.
Cambios en la estructura: implican en nuevo
rearreglo dentro de una o mas regiones de
DNA de doble cadena
RESUMEN DE LAS MUTACIONES
CROMOSOMICAS
Segregación de cromosomas en mitosis y
meiosis: ejemplos para generar cambio en
el set de cromosomas
●
Para entender la idea
de segregación de
alelos, es importante
comprender la
segregación en los
procesos de división
celular. Mitosis: el
mismo contenido de
cromosomas se
mantiene igual que la
célula madre. Meiosis
es reducido a la mitad
Segregación de cromosomas está unido a
los ciclos de vida de los organismos
●
Modelo molecular
de la replicación
durante la
formación de
cromátides
hermanas. La cual
es común tanto en
mitosis como en
meiosis.
Los alelos A y a de un gen se usan para mostrar como
los genotipos son transmitidos durante la división celular
●
●
Las células entran a Mitosis
como 4n, pero la formación de
las cromátides hermanas es
observable mas claramente en
metafase.
Profase: se inicia la
condensación y
superenrrollamiento. Los
nucleolos desaparecen en este
estadio. La membrana nuclear
inicia a romperse hasta quedar
uno el citoplasma y el
nucleoplasma.
●
Metafase: las fibras del
huso acromático se
organizan paralelamente
talque sus extremos se
dirigen hacia los polos y
los cromosomas se ubican
sobre la zona ecuatorial.
Los centromeros se unen
a las fibras del huso
desde cada polo.
●
●
Anafase: los pares de las
cromatides hermanas se
separan, se divide el
centrómero, donde un miembro
del par se mueve hacia cada
polo. Se observan como
estructuras en V.
Telofase: se forma membrana
celular alrededor de cada célula
hija, aparece el nucleolo. Al final
de la telofase el huso ha
desaparecido.
El proceso meiótico: sinanpsis y
segregación
Modelo general meiótico: el centrómero no
se divide en la primera división como si lo
hace en mitosis
La profase I se caracteriza por subetapas
asociados a la formación de sinapsis entre
cromosomas homologos. Formación del complejo
sinaptonémico que da soporte estructural a la
recombinación génica. Complejo de proteinas. Se
observa en el paquiteno
Etapas de la profase
Inicio de condesación y
●
superenrrollamiento.
●
Leptoteno
●
Zigoteno
●
●
●
Paquiteno
●
●
Diploteno
●
●
Diacinesis
Los cromosomas
homologos se ubican
aperados y forman
sinapsis. Se forma el
complejo sinaptonémico.
Bivalentes o tetradas
Se da entrecruzamiento de
cromátides no hermanas.
Continua la condesación y
es posible visualizar los
puntos de recominación:
quiasmas.
Se rompe la membrana
nuclear. Para sintesis de
RNA, desaparece el
nucleólo.
Los quiasmas se separan y los homólogos se segregan
●
●
●
diada (par de cromátides
hermanas)
Bivalente CS.
diada (para de cromátides hermanas)
Tetrada
La fuerza molecular de la segregación: la
importancia del huso
●
El huso nuclear es la
máquina que provee la
fuerza motora que pone
aparte los cromosomas o
las cromatides tanto en
mitosis como en meiosis.
Estan fibras son
polímeros de tubulina que
se forman y anclan en los
centros organizadores de
microtúbulos en los
centrosomas
Proceso de recombinación
visualizado en los chiasmatas
Cuando los genetistas se refieren al termino
dos genes están ligados se refiere al
termino que los loci de aquellos genes están
en el mismo cromosoma y los alelos se
encuentran unidos en cercania.
●
Morgan encontró
desviaciones en las
frecuencias de la
descendencia, cuando
estudió la herencia de
dos caracteres.
Desviaciones a las leyes
de segregación
independiente
El entrecruzamiento ocurre despues
de la duplicación: entre cromátides
Multiples entrecruzamientos pueden
incluir mas de dos cromatides (tres
o cuatro)
Los recominantes son producidos
por el entrecruzamiento
Para genes ligados la frecuencia de
los recombinantes es menor que le
50%
La fuerza molecular de la segregación: la
importancia del huso
●
Las fibras del uso se unen a
complejos multiproteínicos
(cinetocoro) los cuales se
enlazan a los centrómeros a
las cromátides hermanas
(mitosis) o a los homólogos
en (meiosis). En rojo
cinetocoros, en verde fibras
del huso y en los polos las
regiones organizadoras de
microtúbulos
Fuerza motora
●
El mecanismo
asociado es la
despolimerización de
la tubulina en la
región anclada al
cinetocoro
produciendo un
acortamiento de la
fibra del huso.
Cambios en el número de cromosomas:
ploidia es el número completo de juegos
cromosómicos
●
●
La mayor parte de las mutaciones cromosómicas
en humano conlleva a desordenes genéticos.
Alteración en el número de cromosomas para el
mejoramiento de cultivos en plantas:
TIPOS:
●
●
Euploidia aberrante: cambio en el número total del
set completo de cromosomas.
Aneuploidia:cambio en partes del conjunto
completo de cromosomas.
Euplodias normales
●
Los organismos
presentan una copia
del set de
cromosomas,
haploidia (n)
●
Los organismos
presentan dos copias
del set de
cromosomas,
diploidia (2n)
Tipos de organismos: poliploides y
monoploides
●
Poliploides:
organismos que
tienen mas de dos
sets de cromosomas:
triploides (3n),
tetraploides (4n),
pentaploides (5n) etc.
●
Monoploides: un
individuo miembro de
una especie que es
normalmente diploide
que tiene un solo set
de cromosomas (n).
Tipos de organismos: poliploides y
monoploides
●
Poliploides:
●
Monoploides: ejemplos
son los machos de
abejas, hormigas,
pulgones. El huevo se
desarrolla halla sido o no
fecundado. Si no se
fecunda es macho y si
se fecunda es hembra.
autopoliploides: una falla
en la meiosis produce
gametos no reducidos y
por autofecundación
logran tetraploides.
alopoliploides: su set
cromosómico proviene de
dos diferentes plantas.
e.
●
Entre mas larga sea la plodia mayor
es el tamaño del organismo
●
Estomas
en el tabaco
Autoploidias
●
●
●
●
Fallos en la meiosis al
generar gametos no
reducidos
Fecundación de un ovulo
por dos gametos
masculinos
Por duplicación
cromosómica de un
diploide
Hibridos: cruzamiento
entre dos especies de
plantas
Ejemplos que generan poliplodias: endomitosis en tejidos
y callos de cicatrización, choque térmico en primeras
divisiones del embrión. Colchicina es alcaloide que
inhibe las fibras del huso mitótico. No se separan las
cromátides hermanas en tejidos somaticos que pueden
posteriormente ser cultivada.
Autoploides triploides
●
●
Surgen
espontaneamente
pero pueden ser
●
inducidos por los
genetistas. Cruces de
un tetraploide 4(n) y
un diploide 2(n).
●
Planta (4n)
produce gametas 2n
Planta (2n)
produce gametas n
2n + n = 3n
Planta esteril
Autoploides triplodes 3(n). Problemas en la
sinapsis: pares de homologos forman las
bivalentes en la meiosis. En un triploide tenemos
un trivalente: aca dos pares segregan como un
bivalente y uno como univalente. Sus gametos
son aneuplodides.
En autotetraploides los gametos que se
generan pueden ser diploides
Poliplodia en animales
●
●
●
Insectos, crustaceos
partenogenéticos, anélidos.
Principalmente aquellos que
presentan reproducción por
partenogénesis. Peces anfibios,
reptiles. No es tan fácil de
conocer la causa, cambios
ambientales, presencia de una
bacteria que infecta a los
artropodos. Wolbachia
●
●
●
Implica dos poliploidizaciones
(una del macho y otra de la
hembra) asi como su posterior
cruce, poco probable.
Tipos: ameiotica o diploide.No
existe meiosis y los gametos se
producen por mitosis.
Considerado como reprodución
asexual
Meiótica o haploide: se desarrolla
a partir de un óvulo haploide que
no es fecundado.
Aneuplodias: el número de cromosomas
difiere del silvestre solo por un cromosoma
o un número pequeño de cromosomas:
2n -2 es nulisómico (pierde los dos
homologos)
Causa principal:no disyunción en
mitosis o meiosis: videos capitulo 16
●
●
Disyunción es otro nombre que se
utiliza para la segregación de
cromosomas o cromátides a los
polos opuestos en la mitosis o
meiosis. Si ocurre en el desarrollo
en un una coorte somática produce
un sector de células con
nodisyunción
Mas común es la no disyunción
meiotica cuyo producto final serán
gametos n+1 o n-1
Monosomias: (2n -1) perdida de una
copia de un cromosoma.
●
44 Autosomas y X0
Sindrome de Turner
Trisomias: (2n + 1). Contienen una
copia extra de un cromosoma.
●
Síndrome de Klinefelter XXY
●
Síndrome XYY
●
Síndrome de Down Trisomia 21
●
Síndrome de Patau
Trisomia 13
●
Síndrome Edwards
Trisomia 18
●
Sindrome XXXX
Posee las dos copias extras del
cromosoma X 2n + 2
Efecto de la dosis-génica
●
La fisiología normal de la célula depende de una razón
adecuada de los productos de los genes euploides. Si
la dosis de ciertos genes cambia, por la perdida de uno
de las copias de un par de cromosomas balances
fisiológicos deben surgir. 12 posibles trisomias en
Datura.
Cambios en la estructura del cromosoma son llamados
rearreglos: estudio de marcadores para evaluar cambios
a nivel evolutivo
Origenes de rearreglos
cromosómicos
Principios generales para reareglos
producidos por rompimiento
●
●
●
●
DNA es doble hélice
Primer evento dado por
rompimiento del DNA.
Los rompimientos deben
ser reparados (mecanimos
de reparación para este
fenómeno)
Si los dos extremos de la
misma hebra son unidos el
orden del DNA es
reestablecido.
●
●
●
Si los extremos unidos son de dos
hebras diferentes entonces se puede
producir un rearreglo.
Los únicos rearreglos que sobreviven a
la meiosis son aquellos que producen
cromosomas con un centrómero y dos
telómeros
Si el rearreglo duplica o elimina un
segmento del cromosoma el balance
génico puede ser alterado.
Clasificación de los rearreglos:
balanceados y no balanceados
Depende si se
cambia la dosis
génica o no
●
*
B
C D
A
*
B
E
Duplicaciones
A
*
B
C D
E
A
*
B
C C C D
●
Deleciones
A
●
E
E
Rearreglos balanceados: cambian
el orden cromosómico pero no
remueven o añaden DNA
●
Ocurre entre cromosomas no homologos.
Robersonianas entre cromosomas acrocentricos.
Los brazos largos se unen y se pierden los
cortos.
Inversiones: si el centromero esta
fuera de la inversión se llama
paracentrica y si incluye el
centrómero es pericentrica
Secuencia normal
A
B
*
C
D E
F
A
B
*
C
E D
F
Inversión paracentrica
Inversión pericentrica
A
D
C
*
B
E F
Las inversiones son rearreglos balanceados. Pero
si ocurre en un gen puede ser letal
●
(A) Representation of a hypothetical genome that has 22 genes
shown as colored squares.
●
●
(B) A genome duplication generates a complete set of paralogs in
identical order.
●
●
(C) Many paralogous genes suffer disabling mutations, become
pseudogenes, and are then lost. One could imagine this condition
being evidence of a single round of genome duplication followed by
significant gene losses.
●
●
(D) A second genome duplication recreates another set of paralogs in
identical order, with multigene families that retained two copies now
present in four, and those that had lost a member now present in two
copies.
●
●
●
●
(E) Again, many paralogous genes suffer disabling mutations, become
pseudogenes, and are then lost. Of course, unrelated gene
duplications and transpositions can occur. Even though this leaves
only a few four-member gene families, the patterns of 2- and 3-fold
gene families unite, in various combinations, all four genomic
segments, revealing that the sequential duplications had been of very
large regions, in this case all or nearly all of this hypothetical genome
Two Rounds of Whole Genome Duplication in the Ancestral Vertebrate
PLOS Biology, 2005
Duplicaciones: segmetales (10KB)
no se conoce su causa.
Que podemos observar por efecto
de la cafeina en las metafases:
cromosomas rezagados en anafase,
no se unen a las fibras del huso
Micronucleos: cromosomas
rezagados al final de la mitosis.
Células binucleadas por errores de
los centriolos
Errores en los centriolos formando
células trinucleadas