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Módulo 13. FUNDAMENTOS DE LA HERENCIA
“Durante mucho tiempo he sentido que la Biología debiera ser tan emocionante como
una novela de misterio, ya que la Biología es, precisamente, una novela de misterio”.
Richard Dawkins, “El gen egoísta” (“The selfish gen”)
Gregor Mendel fue el primero en formular los principios de la herencia
Las reglas básicas de la herencia en los eucariotes fueron descubiertas por Gregor Mendel (18211884), un monje que cultivaba plantas de arvejas (Pisum sativum) en el jardín de su monasterio en Brünn,
Austria (ahora Brno, República Checa). Mendel fue el primer científico en aplicar de manera eficaz métodos
cuantitativos al estudio de la herencia. Tres de sus principales descubrimientos, ahora conocidos como los
principios mendelianos de dominancia, segregación y distribución independiente se convirtieron en los
cimientos de la Ciencia de la Genética.
Los primeros genetistas ampliaron los principios de Mendel correlacionando la transmisión de
información genética de generación en generación con el comportamiento de los cromosomas durante la
meiosis. También afinaron sus métodos y, a través de estudios con una variedad de organismos, verificaron
los datos de Mendel y reunieron una lista creciente de lo que llamaron excepciones a los principios de
Mendel. Entre éstas se incluían fenómenos como ligamiento, herencia ligada al sexo y herencia poligénica,
entre otros.
Mendel eligió con sumo cuidado los organismos para sus experimentos. Las arvejas (Pisum sativum)
presentan ciertas ventajas: son fáciles de cultivar y existen muchas variedades. Otra ventaja de las plantas de
arveja radica en que resulta relativamente fácil realizar polinizaciones controladas. Sus flores (como las de la
mayoría de las plantas con flores) son hermafroditas, es decir tienen partes masculinas y femeninas. Las
anteras (órganos masculinos productores de polen) pueden eliminarse para evitar la autofecundación
(“emasculación”). Es posible entonces aplicar polen de una fuente distinta a los estigmas (superficies
receptoras de los órganos florales femeninos). Cubriendo las flores polinizadas con bolsitas se obtiene
protección adicional contra los insectos polinizadores (que visitan las flores para libar el néctar y al mismo
tiempo transportan polen de otras flores).
Mendel dedicó varios años a desarrollar líneas genéticamente puras para varios rasgos heredados
Una línea genéticamente pura para un rasgo dado, por ejemplo planta alta, produce sólo plantas altas,
generación tras generación. Mendel terminó por elegir cepas con siete pares de rasgos que se reconocían
con claridad: (1) planta alta o baja, (2) semilla amarilla o verde, (3) semilla lisa o rugosa, (4) vaina verde o
amarilla, (5) vaina inflada o estrecha, (6) epispermo (envoltura de la semilla) blanco o gris y (7) floración en el
extremo de los tallos o a todo lo largo de ellos.
Cuando se cruzan individuos que provienen de dos líneas genéticamente puras, los genetistas
acostumbran a denominar “híbridos” a los individuos que resultan de dicho cruzamiento. Cuando Mendel
cruzó plantas con semillas amarillas con plantas con semillas verdes (generación parental o P), los
descendientes híbridos de dicho cruzamiento (primera generación filial o F1) tuvieron todos semillas
amarillas. Pero al cruzar dos plantas de la generación F1 los descendientes de éstas (segunda generación
filial, o F2) se distribuyeron de acuerdo a una relación que incluía tres plantas con semillas amarillas por cada
planta con semillas verdes (relación 3:1). La condición genética determinante del menor tamaño (plantas con
semillas verdes), que aparentemente había desaparecido en la primera generación (F1), demostró estar
presente en la segunda generación (F2). Dado que el factor hereditario del color verde de la semilla
reapareció en la generación F2, es claro que no se había perdido en la generación F1.
El principio de la dominancia establece que un gen puede expresarse total o predominantemente
sobre otro en un híbrido
A partir de los resultados anteriores, Mendel propuso que cada tipo de característica heredada de un
organismo es controlada por dos "factores” que están presentes en cada individuo. Los "factores
hereditarios” de Mendel son en esencia lo que ahora llamamos genes.
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Con base en sus descubrimientos,
Mendel formuló lo que ha llegado a
El polen de la planta progenitora
conocerse como principio de dominancia,
aporta a la descendencia un alelo
el cual establece que cuando los
para el color de la semilla, y el
progenitores tienen rasgos contrastantes,
óvulo de la otra planta progenitora
en un híbrido F1 el gen de uno de los
aporta el otro alelo para el color de
progenitores enmascara la expresión del gen
la semilla. De los dos alelos,
del otro progenitor. Se dice que el gen
solamente se manifiesta aquél que
expresado en la generación F1 (semilla
es dominante (A), mientras que el
recesivo (a) permanece oculto.
amarilla en nuestro ejemplo) es dominante y
que el gen oculto (semilla verde) es
recesivo. Este dato contradecía la idea
prevaleciente de la herencia mezclada1. Aunque en la actualidad sabemos que el principio de dominancia no
siempre se aplica (más adelante se consideran algunas excepciones), el reconocimiento de que un gen
puede ocultar a otro fue un importante logro intelectual de Mendel.
El principio de la segregación afirma que los genes de un par se separan cuando se forman los
gametos
Mendel propuso además
Los dos alelos distintos para
que cuando los gametos se
el
color
de la semilla presentes en
forman, los dos genes se
los individuos de la primera
comportan como partículas y se
generación filial (F1) no se han
separan de modo que cada
mezclado ni han desaparecido:
célula
sexual
(óvulo
o
simplemente ocurría que se
espermatozoide) contiene sólo un
manifestaba sólo uno de los dos.
miembro de cada par. Los dos
Cuando el individuo de
genes permanecen intactos
fenotipo amarillo y genotipo Aa
Aa
AA
forme los gametos, se separan
durante este proceso (no se
F2
los alelos, de tal forma que en
contaminan o eliminan entre sí).
cada gameto sólo habrá uno de
De este modo los rasgos
aa
Aa
los alelos y así pueden explicarse
recesivos no se pierden y pueden
los resultados obtenidos.
reaparecer en la generación F1.
Esta idea, conocida como
principio de la segregación
también contradecía la idea de herencia mezclada, la cual consideraba que los determinantes de la herencia
eran fluidos y que se mezclaban inseparablemente una vez que se combinaban en un híbrido.
En nuestro ejemplo las plantas de la generación F1 tenían dos genes, uno para semillas amarillas
que designaremos A) y otro para semillas verdes (que designaremos a). Pero dado que el gen “amarillo” era
dominante, todas las plantas tuvieron semillas amarillas. Sin embargo, cuando estas plantas F1 formaban
gametos, el gen "amarillo” se separaba (segregaba) del gen "verde”, por lo que la mitad de los gametos
contenían un gen para semillas amarillas y la otra mitad contenían un gen para semillas verdes. El proceso al
azar de la fecundación conducía a tres posibles combinaciones de factores en la descendencia F1: una cuarta
parte con dos genes para semillas amarillas (AA), una cuarta parte con dos genes para semillas verdes (aa) y
la mitad con un gen “semillas amarillas” y uno “semillas verdes” (Aa). Debido a que ambas plantas (AA y Aa)
producen semillas amarillas, en promedio podría esperarse que alrededor de las tres cuartas partes
(787/1064) expresaran el gen dominante (amarillo) y alrededor de una cuarta parte (277/1064) expresaran el
gen recesivo (verde).
En la actualidad se sabe que la segregación de genes es resultado directo de la separación de
cromosomas homólogos durante la meiosis. Después, en el momento de la fecundación, cada gameta
haploide aporta un cromosoma de cada par homólogo y, de este modo, un gen de cada par de genes (A o a
1
Quienes apoyaban la teoría de la herencia mezclada consideraban que los determinantes de la herencia eran fluidos que se
mezclaban inseparablemente una vez que se combinaban en un híbrido, por lo que éste debería tener características intermedias
entre las de los dos progenitores.
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en nuestro ejemplo). Aunque ya se conocían los gametos y la fecundación en el tiempo en que Mendel realizó
sus investigaciones, aun no se habían descubierto la mitosis y la meiosis. Es en verdad muy notable el hecho
de que Mendel pudiera formular su propuesta con fundamento en abstracciones matemáticas. En la
actualidad, sus principios son mucho más fáciles de comprender porque podemos pensar en ellos usando
términos concretos, relacionando la transmisión de los genes con el comportamiento de los cromosomas.
Mendel informó sobre estos y otros descubrimientos en 1865 2, pero la importancia de sus resultados
y de sus interpretaciones no fue reconocida hasta 1900, en que Hugo DeVries en Holanda, Karl Correns en
Alemania, y Erich von Tschermak en Austria, redescubrieron casi simultáneamente el trabajo de Mendel y
vieron que daba explicaciones a sus propios descubrimientos, por lo que reconocieron el mérito de Mendel al
bautizar con su nombre las leyes básicas de la herencia.
Los alelos ocupan loci correspondientes en cromosomas homólogos
En la actualidad sabemos que cada cromosoma (y cada cromátida después de la replicación del
ADN) está constituida por una única molécula de ADN. También se sabe que los cromosomas homólogos
suelen tener genes similares localizados en posiciones equivalentes. Se utiliza el término locus (plural: loci)
para designar la localización de un gen específico en un cromosoma. Por supuesto, en realidad nos referimos
a un segmento del ADN que tiene la información requerida para controlar algún carácter del organismo. Un
locus puede determinar el color de la semilla; otro locus la forma de la semilla; un tercero la forma de la vaina,
etc. Un locus específico puede identificarse (por métodos de la genética tradicional) sólo si al menos dos
genes producen rasgos contrastantes, como semilla amarilla o verde. En los casos más sencillos, un individuo
puede expresar uno u otro rasgo (semilla de color amarillo o verde), pero no ambos.
Los genes que rigen las variaciones de la misma característica (color amarillo o verde de la
semilla, por ejemplo) y ocupan loci equivalentes en cromosomas homólogos se denominan alelos. A
cada alelo (variante) de un locus se asigna una sola letra (o grupo de letras) como símbolo. Si bien a menudo
los genetistas utilizan formas de notación más complicadas, cuando se resuelven problemas de genética
sencillos se acostumbra indicar un alelo dominante con una letra mayúscula y al alelo recesivo con la
misma letra pero minúscula. La elección de la letra suele ser determinada por la primera variante alélica
hallada para ese locus. Por ejemplo, el alelo dominante que rige el color amarillo de la semilla podría
designarse A y el alelo recesivo que rige el color verde se designaría a. Dado que el descubrimiento del alelo
para el color amarillo hizo posible la identificación de este locus, nos referiremos a este último como el locus
amarillo, aunque las semillas de arveja son más a menudo de color verde.
Un cruzamiento monohíbrido es el de individuos con alelos diferentes para el locus de un gen dado
Los principios básicos de la genética y el uso de sus términos se ilustran mejor por medio de
ejemplos. El caso más sencillo es el de un cruzamiento monohíbrido: esto es, un cruzamiento entre dos
individuos que portan diferentes alelos para un solo locus.
Tomemos como ejemplo el caso de un cruzamiento monohíbrido entre cobayos en los cuales un
locus rige el color del pelaje. El macho proviene de una línea genéticamente pura de cobayos negros. Se dice
que es homocigoto para el color negro, debido a que los dos alelos que porta para ese locus son idénticos.
La hembra, de color pardo, también proviene de una línea genéticamente pura y es homocigota para el color
pardo.
En este caso específico los miembros de la descendencia F1 son negros, pero son heterocigotos, lo
cual significa que portan dos alelos diferentes para este locus. El alelo para el color pardo del pelaje sólo
puede expresarse en un individuo pardo homocigoto: se dice que es un alelo recesivo. El alelo para el color
negro del pelaje puede expresarse tanto en individuos homocigotos como en heterocigotos; se dice que es un
alelo dominante. Según esta información, puede utilizarse la notación estándar para designar al alelo negro
N y al alelo pardo recesivo n.
Durante la meiosis en el progenitor macho (NN), los dos alelos N se separan conforme al principio
mendeliano de la segregación, de modo que cada espermatozoide obtiene sólo un alelo N. En la formación de
los óvulos en la hembra (nn) los dos alelos se separan, de manera que cada óvulo tiene sólo un alelo n. La
2
“Versuche über Plflanzenhybriden” (Experimentos en Hibridización Vegetal). Leído en la Sociedad de Historia Natural de Brünn en
las reuniones de 8 de febrero y 8 de marzo de 1865.
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fecundación de cada óvulo n por un espermatozoide N da por resultado un animal heterocigoto con los alelos
Nn; esto es, un alelo para pelaje pardo y otro para pelaje negro. Dado que esta es la única combinación
posible de alelos presentes en óvulos y espermatozoides, toda la descendencia es Nn, y en consecuencia,
con pelaje de color negro.
El fenotipo de un individuo no siempre revela su genotipo
El hecho de que algunos alelos puedan ser dominantes y otros recesivos significa que no siempre es
posible determinar qué alelos porta un organismo sólo observándolo. Se utiliza el término fenotipo para
especificar el aspecto de un individuo en un ambiente dado con respecto a un determinado rasgo heredado.
La constitución genética de ese organismo, más a menudo expresada en símbolos, es su genotipo. En el
cruzamiento que hemos venido considerando, el genotipo de la madre es homocigoto recesivo nn y su
fenotipo es color pardo. El genotipo del padre es homocigoto dominante NN y su fenotipo es color negro. El
genotipo de toda la descendencia F1 es heterocigoto Nn y su fenotipo es negro. Para evitar confusiones, el
genotipo de un individuo heterocigoto siempre se indica escribiendo primero el símbolo del alelo dominante y
después el del alelo recesivo (siempre Nn, nunca nN).
El fenómeno de la dominancia explica en parte por qué un individuo puede parecerse más a un
progenitor que al otro, aunque ambos progenitores hacen contribuciones iguales a la constitución genética de
su descendencia
El cuadro de Punnett predice las proporciones de genotipos y fenotipos en los descendientes de un
cruzamiento
Durante la meiosis en cobayos negros (Nn) heterocigotos, el cromosoma que contiene el alelo N se
separa de su homólogo, el cromosoma que contiene el alelo n, de modo que cada espermatozoide u óvulo
contiene N o n, pero nunca ambos. Los gametos que contiene alelos N y los que contienen alelos n son
producidos en cantidades iguales por los individuos Nn heterocigotos. Dado que no ocurren atracciones o
repulsiones especiales entre óvulos y espermatozoides que contengan el mismo alelo, la fecundación es un
proceso al azar.
Las combinaciones posibles de óvulos y espermatozoides en la fecundación pueden representarse en
la forma de un tablero de ajedrez diseñado por uno de los primeros genetistas: Sir Reginald Punnett, llamado
en su honor cuadrado de Punnett. Los tipos de gametos de un progenitor se representan en la parte
superior y los del otro progenitor se indican del lado izquierdo; los cuadros se llenan luego con las
combinaciones resultantes de cigotos. Tres cuartas partes de toda la descendencia F2 son genotípicamente
NN o Nn y fenotípicamente negra; un cuarto genotípicamente nn y fenotípicamente parda. El mecanismo
genético causante de la proporción 3:1 de la generación F2 obtenida por Mendel en los experimentos de
cruzamiento de arvejas vuelve a ser evidente. La proporción genotípica correspondiente es 1 NN : 2 Nn : 1
nn.
N
n
N
NN
Nn
n
Nn
nn
El cruzamiento de prueba o retrocruza se usa para determinar el genotipo
Una tercera parte de los cobayos negros de la generación F2 provenientes del apareamiento de
híbridos F1 son a su vez homocigotos NN; los otros dos tercios son heterocigotos Nn. Los cobayos con los
genotipos NN y Nn tienen características fenotípicas similares: ambos tienen pelaje negro. Los genetistas
distinguen los cobayos negros homocigotos (NN) y heterocigotos (Nn) por medio de un cruzamiento de
prueba o retrocruza, en el que cada animal se aparea con un cobayo pardo homocigoto (nn).
Aplicando el cuadrado de Punnett, se puede comprobar que si un progenitor es homocigoto para el
color negro (NN), toda la descendencia será negra heterocigota (Nn), lo que confirmará la condición
homocigota dominante del progenitor de color de pelaje negro. En cambio, si se trata de un heterocigota
negro (Nn), la mitad de la descendencia resultará heterocigota (Nn) y se expresará fenotípicamente con color
de pelaje negro, pero la otra mitad resultará homocigota recesivo (nn) y se expresará fenotípicamente con
color de pelaje marrón.
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n
n
homocigota
N
N
Nn
Nn
Nn
Nn
n
n
5
heterocigota
N
n
Nn
nn
Nn
nn
El principio de la distribución independiente requiere que los pares de alelos se encuentren en
diferentes cromosomas homólogos
En los cruzamientos sencillos participa un único par de alelos que tiene la misma ubicación (ocupa el
mismo locus), en los dos cromosomas homólogos. Mendel también analizó cruzamientos que implican alelos
representativos de dos o más loci. Cuando dos pares de alelos se localizan en cromosomas no
homólogos (un par de alelos en un par de cromosomas homólogos y el otro par de alelos en un par de
cromosomas homólogos distintos), cada par se hereda de manera independiente; es decir, cada par se
segrega durante la meiosis en forma independiente del otro.
Cuando un cobayo negro de pelaje corto homocigoto (NNCC, debido a que el color negro es dominante
sobre el pardo y el pelaje corto es dominante sobre el largo) se aparea con otro cobayo pardo de pelaje largo
homocigoto (nncc), el animal NNCC produce sólo gametos NC y el individuo nncc produce sólo gametos nc.
Cada gameta contiene un alelo y sólo uno para cada uno de los dos loci. La unión de los gametos NC y nc
produce sólo individuos con el genotipo NnCc. Todos los individuos de esta descendencia F1 son
genotípicamente heterocigotos, tanto para el color como para la longitud del pelaje y todos son
fenotípicamente negros y de pelaje corto.
Todo individuo de la generación F1 produce cuatro tipos de gametos con la misma probabilidad: NC,
Nc, nC y nc. Por ello el cuadrado de Punnett tiene 16 cuadros que representan los cigotos, algunos de los
cuales son de característica genotípica o fenotípica similar. Hay nueve oportunidades sobre 16 de obtener un
individuo negro de pelo corto; tres oportunidades sobre 16 de obtener uno negro de pelo largo; tres
oportunidades sobre 16 de obtener uno pardo de pelo corto y una oportunidad sobre 16 de obtener uno pardo
de pelo largo. Esta proporción fenotípica 9:3:3:1 es la esperada en una generación dihíbrida, si los loci están
en cromosomas no homólogos. Con base en resultados similares, Mendel formuló su tercer principio de la
herencia, ahora denominado principio de la distribución independiente, el cual establece que los
miembros de un par de genes se segregan entre sí independientemente de los miembros de otros
pares de genes. Cada gameto contiene un alelo para cada locus, pero en los gametos los alelos de
diferentes loci se distribuyen al azar uno respecto del otro.
Nn
NC
Nc
Cc
nC
nc
NC
Nc
nC
nc
NC
NNCC
NNCc
NnCC
NnCc
Nc
NNCc
NNcc
NnCc
Nncc
nC
NnCC
NnCc
nnCC
nnCc
nc
NnCc
Nncc
nnCc
nncc
Cuatro combinaciones son únicas (diagonal de derecha a izquierda y de arriba a abajo): NNCC,
NNcc, nnCC y nncc por ser homocigotas (dominantes o recesivos) para los dos caracteres; otras cuatro
combinaciones están repetidas: NNCc, NnCC, Nncc y nnCc; una combinación (diagonal de izquierda a
derecha y de arriba a abajo) está repetida cuatro veces: NnCc (diagonal de derecha a izquierda y de abajo a
arriba).
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Los mecanismos de la meiosis son la base de la distribución independiente. Como se
comprenderá, la distribución independiente es en realidad un caso especial y este principio no se aplica si
los dos pares de genes están ligados, es decir si se localizan en el mismo par de cromosomas
homólogos.
Los cromosomas se heredan como unidades y se aparean y separan durante la meiosis como
unidades, de modo que todos los alelos en diferentes loci de un cromosoma dado tienden a heredarse juntos.
Si las unidades cromosómicas nunca cambiaran, los genes de cualquier cromosoma único siempre se
heredarían juntos. Sin embargo durante la meiosis, cuando los cromosomas homólogos se aparean y
experimentan la sinapsis puede ocurrir entrecruzamiento de genes de uno a otro homólogo. Durante el
entrecruzamiento, cromátidas homólogas (no hermanas) pueden intercambiar segmentos de material
cromosómico mediante un proceso de rotura y religación. Este intercambio de segmentos de cromátidas
ocurre al azar a lo largo de los cromosomas homólogos apareados, pudiendo ocurrir varios intercambios en
diferentes puntos durante una sola división meiótica.
Un gameto recombinante es uno que contiene una combinación de genes que no estaba presente en
la generación parental (P). Si los loci no están ligados, se produce recombinación por distribución
independiente. Sin embargo, si los loci están ligados, un gameto recombinante debe portar una cromátida que
ha experimentado entrecruzamiento, de manera que ahora contiene una nueva combinación de alelos para
estos dos loci. La distancia genética entre dos loci en un cromosoma se mide en unidades de mapa o
unidades de recombinación. que constituyen una medida del porcentaje de entrecruzamiento entre esos loci.
Existe correlación aproximada entre esta distancia genética y la distancia física real en el cromosoma.
La determinación del sexo por lo general depende de cromosomas sexuales especiales
Los cromosomas sexuales son una excepción a la regla general de que los dos miembros de un par
de cromosomas homólogos son similares en forma y tamaño. Las células de las hembras de muchas
especies de animales contienen dos cromosomas sexuales idénticos, llamados cromosomas X. En
contraste, el juego de dos cromosomas sexuales de los machos consiste en un cromosoma X y un
cromosoma Y, de menor tamaño, con el cual el cromosoma X experimenta sinapsis parcial durante la
meiosis. En la especie humana el varón tiene 22 pares de autosomas (cromosomas no sexuales) más un
cromosoma X y un cromosoma Y, en tanto que la mujer tiene 22 pares de autosomas más dos cromosomas
X.
El cromosoma Y determina el sexo masculino en mamíferos
La pregunta que cabe formularse es si el fenotipo masculino se debe a que tiene sólo un cromosoma
X o a que tiene un cromosoma Y. Un ser humano con la constitución XXY es un varón casi normal en aspecto
externo pero con subdesarrollo gonadal (síndrome de Klinefelter). Un individuo con un cromosoma X pero sin
cromosoma Y tiene el aspecto de una mujer inmadura (síndrome de Turner). Por lo anterior se considera que
el cromosoma Y es el cromosoma determinante de la masculinidad y se han realizado progresos en la
identificación de cuando menos un gen de dicho cromosoma que participa en este proceso (el gen SRY, “Sexdetermining Region Y”).
En el ser humano y otras especies en las cuales el macho normal tiene un cromosoma X y uno Y, la
mitad de los espermatozoides contienen un cromosoma X y la otra mitad contienen un cromosoma Y. Todos
los óvulos contienen un cromosoma X. La fecundación de un óvulo (portador de un cromosoma X) por un
espermatozoide con un cromosoma X da por resultado un cigoto femenino, XX; la fecundación por un
espermatozoide portador de un cromosoma Y produce un cigoto masculino, XY. Se esperaría que hubiera la
misma cantidad de espermatozoides portadores de cromosomas X e Y, y una proporción 1:1 de mujeres y
varones. Sin embargo, en realidad se conciben más varones que mujeres. y más varones mueren antes del
nacimiento. Aun al nacimiento la proporción no es 1:1; nacen unos 106 niños por cada 100 niñas. No se sabe
por qué ocurre eso, pero se supone que el espermatozoide con cromosoma Y tiene alguna ventaja
competitiva sobre el espermatozoide con cromosoma X.
Los genes ligados al cromosoma X suelen tener patrones de herencia poco comunes
El cromosoma X humano contiene muchos loci que son necesarios en ambos sexos, en tanto que el
cromosoma Y tiene sólo unos pocos genes, sobre todo uno o más genes para la masculinidad. Los rasgos
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controlados por genes localizados en el cromosoma X, como la ceguera al color (daltonismo) y la hemofilia,
algunas veces se denominan rasgos ligados al sexo Sin embargo es más apropiado llamarlos rasgos ligados
al cromosoma X, porque siguen el patrón de transmisión del cromosoma X y estrictamente hablando no
están ligados al sexo del organismo per se.
Una mujer recibe un cromosoma X de su madre y un cromosoma X de su padre; un varón recibe
también del padre el cromosoma Y que le confiere la masculinidad. De su madre hereda un cromosoma X, y
con él todos sus genes para rasgos ligados al cromosoma X. En el varón todo alelo presente del cromosoma
X se expresa, sea ese alelo dominante o recesivo en el progenitor femenino. El varón siempre es hemicigota
para todo locus ligado al cromosoma X (hemi significa “mitad”): un varón no es homocigoto ni heterocigoto
para los rasgos ligados al cromosoma X.
Para la mayor parte de los loci ligados al cromosoma X, el alelo anormal o poco común es
recesivo en la mujer, y el alelo normal o más común es dominante. De este modo, para que el fenotipo
anormal se exprese deben estar presentes en la mujer dos alelos recesivos ligados al cromosoma X, en tanto
que en el varón hemicigota se expresa un solo alelo anormal. Así, aunque estos alelos anormales pueden
estar presentes en la mujer, sólo suelen expresarse en su descendencia masculina. Para expresarse en una
mujer, un alelo recesivo ligado cromosoma X debe estar presente en ambos cromosomas X; esto es, los
alelos deben ser heredados de ambos padres. Una mujer daltónica, por ejemplo, debe tener padre daltónico y
madre cuando menos heterocigota para el daltonismo. Tal combinación es poco común. En contraste, para
que un varón sea daltónico sólo es necesario que su madre sea heterocigota para el daltonismo; su padre
puede ser normal. De este modo, los rasgos recesivos ligados al cromosoma X suelen ser mucho más
comunes en varones que en mujeres, hecho que en parte puede explicar por qué es más probable que
mueran más embriones masculinos que femeninos.
En el caso del daltonismo, las cuatro posibilidades que se presentan es que la madre sea daltónica
(XdXd) o que sea heterocigota para el daltonismo (XdX) y que el padre sea daltónico (XdY) o normal (XY).
1
2
Xd
Y
Xd
XdXd
XdY
Xd
XdXd
XdY
3
X
Y
Xd
XdX
XdY
Xd
XdX
XdY
4
Xd
Y
Xd
XdXd
XdY
X
XdX
XY
X
Y
Xd
XdX
XdY
X
XX
XY
En el caso 1 (ambos progenitores daltónicos) todos los hijos son daltónicos; en el caso 2 (madre
daltónica, padre normal) sólo los hijos varones son daltónicos; en el caso 3 (madre heterocigota para el
daltonismo, padre daltónico) la mitad de los hijas mujeres y la mitad de los hijos varones son daltónicos; en el
caso 4 (madre heterocigota para el daltonismo, padre normal) la mitad de los hijos varones son daltónicos.
Quedaría aún un último caso, el de una madre no daltónica y un padre daltónico, donde ninguno de los
hijos manifiesta el daltonismo, aunque las hijas mujeres son portadoras de un alelo daltónico.
Xd
Y
XX XX
XdX XdX
XY XY
No todas las características que difieren entre los dos sexos están ligadas al cromosoma X. Algunos
rasgos influidos por el sexo se heredan a través de genes autosómicos, pero la expresión de los alelos de
esos loci puede ser modificada o influida por el sexo del animal. Así, machos y hembras con el mismo
genotipo respecto a esos loci pueden tener diferentes fenotipos. La calvicie típica del ser humano,
caracterizada por la pérdida prematura del cabello en la parte frontal y superior de la cabeza pero no en los
lados, es mucho más común en varones que en mujeres. Se ha sugerido que participa un solo par de alelos.
El alelo causal de esta calvicie es dominante en varones y recesivo en mujeres. Debido a esta situación poco
común modificamos nuestra notación, designando al alelo de la calvicie típica B1, y B2 al del crecimiento
normal del cabello. Los individuos con el genotipo B1B1 presentan calvicie típica, independientemente del
sexo. Las personas con genotipo B1B2 son calvas si son varones, no si son mujeres. Los sujetos con el
genotipo B2B2 no son calvos, cualquiera que sea su sexo. Los datos disponibles sugieren que la expresión de
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la mayor parte de los rasgos influidos por el sexo es fuertemente modificada por hormonas sexuales. Por
ejemplo, las hormonas masculinas participan en grado notable en la expresión de la calvicie típica.
La compensación de dosis iguala la expresión de genes ligados a X en machos y en hembras
El cromosoma X contiene numerosos genes requeridos por ambos sexos, aunque una hembra
normal tiene dos copias (“dosis”) de cada locus, en tanto que un macho normal tiene una. Por lo general se
requiere un mecanismo de compensación de dosis para hacer equivalentes las dos dosis de la hembra y la
dosis única del macho. En la mosca de la fruta esto se realiza incrementando la actividad metabólica de su
único cromosoma X. En la mayor parte de los tejidos, el cromosoma X masculino es tan activo como los dos
cromosomas X presentes en la hembra.
En los mamíferos, la compensación de dosis por lo general implica la desactivación de uno de los dos
cromosomas X de la hembra. Durante la interfase, en el borde del núcleo de cada célula femenina de los
mamíferos es visible una mancha oscura de cromatina. Llamada cuerpo o corpúsculo de Barr o
corpúsculo de cromatina sexual. Se ha observado que el cuerpo de Barr representa uno de los dos
cromosomas X que se ha condensado y que se tiñe más intensamente. El otro cromosoma X se parece a los
autosomas por el hecho de que durante la interfase es un largo filamento no distinguible al microscopio
óptico. A partir de estos y otros datos, la genetista británica Mary Lyon sugirió que en cualquier célula de una
hembra de mamífero sólo uno de los dos cromosomas X es activo; el otro es inactivo y se observa como un
cuerpo de Barr. Dado que sólo un cromosoma X es activo en cualquiera de sus células, una hembra de
mamífero que sea heterocigota en un locus ligado al cromosoma X expresará uno de los alelos en casi la
mitad de sus células y el otro alelo en la otra mitad. Algunas veces esto es evidente en el fenotipo. Ratones y
gatos tienen varios genes ligados al cromosoma X para determinados colores de pelaje. Las hembras
heterocigotas para tales genes presentan zonas con diferente color de pelaje. Este fenómeno, denominado
jaspeado o abigarramiento, es evidente en las gatas calicó y carey. Al principio del desarrollo, cuando existen
relativamente pocas células, la desactivación del cromosoma X ocurre al azar en cada célula. Cuando
cualquiera de esas células se divide por mitosis, las células clonales (grupo de células genéticamente
idénticas) resultantes tienen todas el mismo cromosoma X activo, y por lo tanto se desarrolla un grupo de
células que expresan el mismo color, generando una mancha en el pelaje.
La relación entre genotipo y fenotipo no siempre es directa
La relación entre un locus dado y la característica que la controla puede ser sencilla: un sólo par de
alelos en un locus puede regular la aparición de una única característica (ej. Alto o bajo). Alternativamente, un
par de alelos en un locus puede participar en el control de varias características, o alelos de varios loci
pueden cooperar para regular la aparición de una sola característica. No debe causar sorpresa que estas
relaciones sean bastante comunes.
Es posible evaluar el fenotipo a varios niveles: puede tratarse de una característica morfológica, como
forma, tamaño o color, o puede ser una particularidad fisiológica o incluso un rasgo bioquímico, como la
presencia o ausencia de una enzima específica. Además la expresión fenotípica de los genes puede ser
modificada por cambios en las condiciones ambientales en que el organismo se desarrolla.
La dominancia no siempre es completa
Existen muchos ejemplos en los que se ha demostrado que un miembro de un par de alelos puede no
ser totalmente dominante sobre el otro. Algunas plantas que producen flores rojas o blancas originan una
primera generación de flores rosas cuando se cruzan. Sin embargo esto no está en contra de las leyes de
Mendel, ya que el cruzamiento de la F1 siempre produce flores blancas (BB), rosas (BR) y rojas (RR) en
relación 1:2:1. En estos casos se habla de dominancia incompleta y el término se aplica en el caso en el
que el fenotipo del individuo heterocigota sea una expresión intermedia del fenotipo de los progenitores.
Las vacas y caballos suelen presentar piel de color rojizo (alazán), que no resulta completamente
dominante sobre el color blanco. La cruza de padres de pelaje blanco y alazán origina individuos
heterocigotas de pelaje roano (rojizo claro), producto de la aparición de pelaje rojizo matizado con manchas
de pelo blanco. Dado que los colores alazán y blanco se manifiesta de manera independiente en el individuo
heterocigota roano, se dice que en este caso se trata de codominancia.
BIOLOGÍA / Módulo 13 / Fundamentos de la Herencia
9
Los grupos sanguíneos humanos resultan un ejemplo de alelos codominantes: el fenotipo AB resulta
de la expresión del genotipo AB, donde ambos miembros del par A y B se expresan por igual. En el caso de
los grupos sanguíneos el grupo 0 (cero) es recesivo y se manifiesta únicamente en individuos homocigotas;
en todos los otros casos se expresan los grupos A o B. Así, si uno de los padres posee un grupo sanguíneo
“0” (genotipo 00), el grupo sanguíneo de los hijos dependerá del grupo sanguíneo del otro progenitor: será “A”
si el otro padre es AA, “B” si el otro padre es BB, “B” o “A” si el otro padre es AB y sólo será “0” si el otro padre
también es 00; en caso que el otro padre sea heterocigota (A0 o B0) el hijo podrá tener grupo sanguíneo “A” o
“0” en el primer caso y “B” o “0” en el segundo.
Puede haber alelos múltiples para un mismo locus en una población
Los ejemplos dados hasta el momento se han referido a situaciones en las cuales cada locus estaba
representado por un máximo de dos variantes alélicas y en la mayor parte de esos ejemplos uno de los alelos
era dominante y el otro era recesivo. Es cierto que un individuo diploide único tiene sólo dos alelos para un
locus específico, pero al investigar una población pueden encontrarse más de dos alelos para un locus
determinado. Si en la población existen tres o más alelos para un locus, se habla de la existencia de alelos
múltiples para ese locus. En los conejos, un alelo C es la causa de que el color de pelaje blanco sea
uniforme y el doble recesivo, cc, causa la producción de conejos albinos. Sin embargo existen al menos otras
dos variantes alélicas para el color del pelaje, denominadas ch (himalayo) y cch (chinchilla). Los homocigotas
ch responden al patrón “himalayo”, en el que todo el cuerpo es blanco excepto la cola, el hocico, las patas y la
parte superior de las orejas, que son de otro color. Un individuo homocigota para el alelo cch responden al
patrón “chinchilla” y resulta totalmente gris claro. Según los resultados de los cruzamientos, estos alelos
pueden disponerse en la serie C > cch.> ch > c, en la cual cada alelo es dominante sobre los siguientes y
recesivo respecto a los anteriores.
Algunos autores consideran que el ejemplo de los grupos sanguíneos corresponden mejor a un caso de
alelos múltiples que al de codominancia.
Un solo gen puede afectar diversos aspectos del fenotipo y los alelos de diversos loci pueden
interactuar y producir un fenotipo
En los ejemplos considerados hasta aquí, la relación entre un gen y su fenotipo ha sido directa,
precisa y exacta, y los loci considerados han controlado la aparición de rasgos individuales. Sin embargo, es
probable que la mayor parte de los genes tengan muchos efectos distintos, una cualidad llamada pleiotropía.
Los individuos albinos carecen de pigmento en piel, cabellos y ojos, lo cual demuestra que un solo locus
puede afectar de manera simultánea varias características.
Los alelos de diversos loci pueden interactuar y producir un fenotipo específico
Ya hemos visto que el color de pelaje en cobayos es determinado por el par alélico N y n, en el cual el
alelo N para el pelaje negro es dominante sobre el n para el pelaje pardo. Sin embargo, la expresión de
cualquiera de esos fenotipos dependen de la presencia de un alelo dominante en otro locus. Este alelo, T,
codifica la enzima tirosinasa, que convierte un precursor incoloro en el pigmento melanina, sin el cual no se
puede producir ningún tipo de pigmento. El alelo recesivo t codifica una forma inactiva de la enzima, con lo
que un animal homocigota recesivo para este alelo carece de la enzima, no produce melanina y el animal es
un albino de ojos color rosa y pelo blanco, sin importar la composición genética de alelos B o b. Cuando un
cobayo albino con el genotipo ttNN se aparea con un cobayo pardo con genotipo TTnn, la generación F1
(TtNn) tiene color negro.
La epistasis es un tipo común de interacción de genes en la cual la presencia de un alelo específico de
un par de genes determina si ciertos alelos de otro par de genes se expresan. En este ejemplo de epistasis, el
dominante T produce su efecto sin importar si el otro está presente, pero el segundo (N) sólo produce su
efecto cuando el otro (T) está presente.
Los poligenes actúan aditivamente para producir un fenotipo
Los componentes heredados de muchas características del ser humano como la estatura, la forma
corporal y el color de la piel no se heredan a través de alelos de un mismo locus. Lo mismo pasa con otras
características comercialmente importantes de los animales domésticos, como la producción de leche y de
BIOLOGÍA / Módulo 13 / Fundamentos de la Herencia
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huevos. El término herencia poligénica se aplica cuando múltiples pares independientes de genes tienen
efectos similares y aditivos sobre la misma característica.
El color de la piel en humanos se piensa que es el efecto de la acción de al menos cuatro o más loci
distintos, pero el principio se puede ilustrar bien en base a pares de alelos en tres loci no ligados, que
podríamos designar con las letras A, B y C para los miembros dominantes y a, b y c para los recesivos. Las
letras mayúsculas representan alelos con dominancia incompleta; cuanto más letras mayúsculas más oscura
es la piel, debido a que los alelos determinan dicha característica de manera aditiva. La persona con la piel
más oscura tendría el genotipo AABBCC y la de piel más clara aabbcc. Todos los miembros de la
descendencia F1 de una pareja aabbcc y AABBCC tendrían la piel medianamente oscura, ya que su genotipo
resultaría ser AaBbCc. El cruce de individuos de la generación F1 daría un generación F2 en la que sólo uno
sobre 64 tiene el color de piel tan oscura como la del abuelo de pigmentación mayor (AABBCC)y también uno
de 64 tendrá la piel del color de la del abuelo de pigmentación menor (aabbcc). Los alelos A, B y C causan
cada uno igual cantidad de oscurecimiento de la piel, por lo que los genotipos AABbcc, AAbbCc, AaBBcc,
AaBbCc, AabbCC, aaBBCc y aaBbCC producen todos fenotipos intermedios similares.
ABC
ABc
ABC
AABBCC
AABBCc
ABc
AABBCc AABBcc
AABbCc
AABbcc
AaBBCc
AbC
AABbCC AABbCc
AAbbCC
AAbbCc
AABbcc
AAbbCc
AaBBCC AaBBCc
Abc
ABC
AABbCc
AbC
Abc
AABbCC AABbCc
aBC
aBc
AaBBCC AaBBCc
AbC
abc
AABbCC
AaBbCc
AaBBcc
AaBbCc
AaBbcc
AaBbCC
AaBbCc
AabbCC
AabbCc
AAbbcc
AaBbCc
AaBbcc
AabbCc
Aabbcc
AaBbCC
AaBbCc
aaBBCC
aaBBCc
aaBbCC
aaBbCc
ABc
AaBBCc
AaBBcc
AaBbCc
AaBbcc
aaBBCc
AaBBcc
aaBbCc
aaBbcc
AbC
AaBbCC
AaBbCc
AabbCC
AabbCc
aaBbCC
AaBbCc
aabbCC
aabbCc
Abc
AaBbCc
AaBbcc
AabbCc
Aabbcc
aaBbCc
aaBbcc
aabbCc
aabbcc
El ejemplo de la herencia del color de piel es uno de los más sencillos; la herencia de la estatura en
seres humanos implica la participación de alelos representativos de más de diez loci.
La selección, endogamia y exogamia se usan para crear líneas mejoradas
Cómo hacen los genetistas para producir una raza de ganado vacuno que dé más leche, una línea de
gallinas que ponga huevos más grandes, o una variedad de maíz con más granos por mazorca?
Seleccionando organismos que manifiesten el fenotipo deseado y utilizando estos organismos en posteriores
apareamientos, se desarrolla en forma gradual una cepa genéticamente pura con el rasgo comercial más
ventajoso. Tal rasgo será homocigota para todos los poligenes implicados, sean estos dominantes, recesivos
o aditivos en sus efectos. Existe un límite para la eficacia del establecimiento de líneas genéticamente puras
por selección. Cuando una línea se hace homocigota para todos los genes implicados, el cruzamiento
selectivo posterior no puede incrementar la cualidad deseada. Además, debido a la endogamia
(apareamiento de dos individuos estrechamente emparentados), la cepa puede volverse también homocigota
para múltiples rasgos indeseables. Algunas razas de perros, por ejemplo, son conocidas por su
susceptibilidad a la luxación congénita del fémur. Existen datos que sugieren que la endogamia humana
incrementa la frecuencia de enfermedades genéticas en la población, si bien el riesgo individual es
relativamente bajo. Por este motivo, en muchos lugares las leyes prohíben el matrimonio de familiares
cercanos (primos hermanos o parientes con mayor cercanía).
El apareamiento de individuos de líneas o poblaciones totalmente ajenas es denominado exogamia.
Con frecuencia da por resultado descendencia mucho mejor adaptada para la supervivencia que cualquiera
de los progenitores. Tal mejora refleja un fenómeno que se conoce como vigor híbrido. Los perros mestizos
a menudo son más resistentes que las razas genéticamente puras. Una gran proporción del maíz, el trigo y
otros cultivos en diversos países consiste en variedades híbridas. Cada año la semilla para estos cultivos
debe obtenerse apareando las cepas originales. Los híbridos son heterocigotos en muchos loci y producen,
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incluso cuando se autofecundan, una amplia variedad de formas, ninguna de las cuales es tan deseable como
el híbrido original (normalmente, las semillas producidas por plantas híbridas de maíz no se siembran, sino
que se destinan a la alimentación: harinas o producción de aceite).
Una explicación del vigor híbrido es que cada una de las líneas originales es homocigota para
determinados genes recesivos indeseables, pero dos líneas cualquiera son homocigotas para diferentes
genes indeseables. Cada línea contiene genes dominantes para reemplazar los genes recesivos indeseables
de la otra línea. De este modo una línea puede tener el genotipo AAbbCCdd, y otra línea el genotipo
aaBBccDD (las letras mayúsculas representan genes dominantes para rasgos deseables, y las minúsculas,
genes recesivos para rasgos indeseables). La descendencia híbrida, con el genotipo AaBbCcDd. expresará
todos los rasgos deseables y ninguno de los indeseables de las dos cepas originales.
Algunas veces un individuo que es heterocigoto en un locus específico expresa un fenotipo más
extremo que cualquiera de los progenitores homocigotas; los genetistas llaman sobredominancia a este
fenómeno. Si el fenotipo del individuo heterocigoto es más deseable, se habla de una ventaja heterocigota.
El empleo de este término implica que cuando menos algunas veces es ventajosa la heterocigosidad en sí.
En el ser humano, al parecer los individuos heterocigotos para el alelo recesivo que determina la anemia
drepanocítica (r) y el alelo dominante normal (S) tienen mayor resistencia al parásito que causa el paludismo,
una ventaja significativa en regiones del mundo donde esta enfermedad todavía no se controla. Los individuos
homocigotos normales (SS) parecen ser menos resistentes al paludismo. Los sujetos homocigotos para la
anemia drepanocítica (ss) tienen una notable desventaja, debido a la anemia grave y a otros notables efectos
del alelo drepanocítico.
ALTERACIONES EN EL MATERIAL GENÉTICO
El material genético tiene una función esencial en la identidad y el funcionamiento de los organismos
vivos, por lo cual es imprescindible asegurar la invariabilidad en la información contenida en el ADN. En
algunas situaciones el material genético puede sufrir alteraciones, ya sea por efecto de agentes ambientales
como por errores durante la replicación (mutaciones espontáneas). Cuando las alteraciones del genoma
involucran a uno o a unos pocos nucleótidos, se denominan mutaciones génicas. Otras veces las
alteraciones son de tal magnitud que afectan al cariotipo, por lo cual llevan el nombre de aberraciones
cromosómicas.
Mutaciones génicas
Las mutaciones génicas más comunes consisten en agluna de estas alternativas: 1) la sustitución de
un nucleótido por otro, 2) la pérdida (deleción) de uno o varios nucleótidos o 3) la inserción (intercalación) de
uno o varios nucleótidos en una molécula de ADN. Cualquiera que sea el tipo de mutación, ésta genera un
cambio en la información contenida en el gen y lleva a la producción de una proteína distinta de la esperada o
a su ausencia.
Como se sabe, el cambio de un nucleótido en un gen da lugar a un codón diferente y, en
consecuencia, aparecerá en la proteína un aminoácido distinto (salvo que el nuevo codón sea sinónimo y por
lo tanto, codifique al mismo aminoácido) o en el caso de aparecer un codón de terminación antes del lugar
que corresponde se producirá la interrupción de su síntesis. La deleción o la intercalación de un nucleótido en
un gen cambia el marco de lectura de los codones en el ARNm desde el sitio de la mutación hasta el codón
terminal. Ello suele traducirse en la producción de una proteína aberrante.
Las mutaciones pueden producirse en las células somáticas o en las germinativas. En el primer caso,
si bien son capaces de afectar el fenotipo de los individuos, no pasan a la descendencia. En cambio, cuando
se instalan en las células germinativas pueden transmitirse a la descendencia y heredarse de generación en
generación.
Para los individuos las mutaciones suelen ser perjudiciales. Por ejemplo, cuando corresponden a
proteínas involucradas en la morfogénesis, las mutaciones se traducen en malformaciones congénitas
anatómicas. Otras veces las proteínas modificadas dan lugar a alteraciones funcionales o a trastornos
metabólicos. Como ejemplos de las primeras pueden mencionarse las hemoglobinopatías, en las que la
presencia en la hemoglobina de un aminoácido diferente al original suele generar graves disfunciones
sanguíneas. En cambio, en los trastornos metabólicos se alteran enzimas que participan en procesos
sintéticos y degradativos de diversas moléculas.
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Las mutaciones también pueden afectar a genes necesarios para la supervivencia de las células o a
genes involucrados en el control de la multiplicación celular. En el último caso suele descontrolarse la
proliferación de las células, con la consiguiente aparición de cuadros cancerígenos. Consideradas desde un
ángulo biológico global, las mutaciones génicas tienen un lado positivo, ya que a veces su acumulación en el
genoma forja las condiciones para la aparición de individuos mejor adaptados al medio ambiente, base de la
evolución de las especies.
ABERRACIONES CROMOSÓMICAS
En los organismos superiores las células somáticas normales tienen un número diploide de
cromosomas (dos juegos haploides). Espontáneamente pueden producirse cambios esporádicos en el
cariotipo (conjunto de cromosomas) que pueden traer distintas consecuencias. Así, los cromosomas pueden
cambiar en su número o sufrir alteraciones en sus estructuras, cuadros que se denominan, respectivamente,
aberraciones cromosómicas numéricas y aberraciones cromosómicas estructurales.
Aberraciones cromosómicas numéricas
Dentro de las alteraciones numéricas se encuentran las poliploidías y aneuploidías. En las
poliploidías existe un número superior de conjuntos haploides (más de dos) pero cada conjunto se presenta
equilibrado. Así, en las células triploides existen tres conjuntos haploides normales, en las tetraploides cuatro,
etc. Las poliploidías pueden originarse por la no disyunción (no separación) de todo el juego de cromosomas
ya sea en la anafase mitótica o en cualquiera de las dos divisiones meióticas (anafase I o II). También puede
ocurrir en el caso de que luego de completarse la división celular no se produzca citocinesis.
En las aneuploidías hay ganancia o pérdida de uno o más cromosomas, por lo que el conjunto deja
de ser equilibrado. Como la alteración es cuantitativa, el mensaje genético contenido en los cromosomas se
mantiene intacto, aunque, como se verá, en el ser humano las aneuploidías pueden causar graves
alteraciones. Las aneuploidías se producen por una falla en la separación de los cromosomas homólogos
durante la división celular. La causa inmediata de la no disyunción es la falta de separación de un par de
cromosomas homólogos o cromátidas hermanas (según el caso) en la anafase mitótica o meiótica; así, al
alcanzar la telofase, ese cromosoma o cromátida adicional permanecerá en una de las células hijas. Ello da
lugar a una célula con un cromosoma de menos y a otra con uno de más. La mayoría de las aneuploidías se
originan por no disyunción meiótica.
La meiosis no disyuntiva da origen a un gameto aneuploide que, cuando se une a un gameto normal,
forma un cigoto portador de una aneuploidía. Si al gameto aneuploide le falta un cromosoma, el cigoto
resultará monosómico; si posee un cromosoma de más, el cigoto será trisómico. Todas las monosomías
que afecten a los cromosomas somáticos son letales.
La mitosis no disyuntiva puede ocurrir en la división mitótica que precede a la formación de los
gametos o en las células derivadas de la división del cigoto. En el primer caso, los efectos son similares a los
producidos por la meiosis no disyuntiva. En el segundo (dado que la no disyunción tiene lugar en los primeros
estadios del desarrollo embrionario) se pueden originan mosaicos, es decir, individuos que exhiben líneas
celulares somáticas con cariotipos diferentes.
Aberraciones cromosómicas estructurales
En las aberraciones cromosómicas estructurales se produce una alteración en la composición o en la
organización de uno o más cromosomas. Así, la ruptura de uno de ellos puede conducir, según el caso, a la
pérdida de un segmento cromosómico (fenómeno denominado deleción) a la duplicación de un segmento, a
la translocación de segmentos entre cromosomas no homólogos o a la inversión de un segmento dentro del
propio cromosoma. Estos defectos pueden ser detectados microscópicamente si se analiza a los cromosomas
en su estado de máxima compactación, es decir, en la metafase.
Deleción: La pérdida de material cromosómico puede ser terminal (en un extremo del cromosoma) o
intersticial (en un segmento intermedio del cromosoma). En el primer caso la aberración es el resultado de
una sola rotura; en el segundo, de dos. Usualmente las deleciones son letales en la condición homocigota, lo
cual indica que la mayoría de los genes son imprescindibles para el desarrollo del organismo.
Duplicación: En esta aberración un segmento cromosómico está representado más de una vez en un mismo
cromosoma. Las duplicaciones producen efectos menos graves para los individuos que las deleciones.
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Inversión: Aquí un segmento de un cromosoma se invierte 180°.
Translocación: Ocurre al producirse un corte en dos cromosomas no homólogos con posterior intercambio
de segmentos. Cuando el corte se registra en adyacencias del centrómero, ambos cromosomas pueden
fusionarse y dar origen a un cromosoma metacéntrico más grande. Este proceso (denominado translocación
céntrica o robertsoniana) ha acontecido durante la filogenia de muchas especies, en las cuales han aparecido
cromosomas nuevos, pero reduciéndose su número total.
Igual que las mutaciones génicas, las aberraciones cromosómicas estructurales pueden producirse
espontáneamente. No obstante, su frecuencia aumenta por la acción de agentes químicos mutágenos, ciertos
virus o por efecto de las radiaciones ionizantes (rayos X, rayos gamma, luz ultravioleta).
Aberraciones cromosómicas en la especie humana
Las alteraciones cromosómicas más comunes en el hombre están representadas por aneuploidías
(monosomías y trisomías) y por aberraciones estructurales. Producen malformaciones congénitas graves,
retardo mental y esterilidad. El diagnóstico de las aberraciones cromosómicas puede hacerse antes del
nacimiento, mediante un estudio cromosómico (citogenético) realizado a partir de unas pocas células fetales
obtenidas del líquido amniótico (amniocentesis) o de las vellosidades coriónicas (biopsia).
Entre las aneuploidías más difundidas se encuentra el mongolismo o síndrome de Down, en el que
existen tres cromosomas del par 21 (trisomía) en lugar de dos. Los afectados presentan un profundo defecto
en el desarrollo del sistema nervioso central, retardo mental y otras malformaciones. Esta aberración es más
frecuente a medida que aumenta la edad de la madre.
En la trisomía del par 18 (llamada síndrome de Edwards) el niño es pequeño y débil, y con
alteraciones esqueléticas; presenta evidente retraso mental y la muerte ocurre antes del año de vida.
En la trisomía del par 13 (llamada síndrome de Patau) aparecen múltiples malformaciones somáticas
y retardo mental profundo; también son frecuentes el labio leporino y el paladar hendido. En la mayoría de los
casos la muerte se produce poco después del nacimiento.
Las aneuploidías pueden también afectar a los cromosomas sexuales produciendo distintos
síndromes:
Síndrome de Klinefelter. Estos individuos poseen 47 cromosomas (44 autosomas + XXY, con
heterocromatina sexual positiva). Son de apariencia normal, pero presentan testículos pequeños, tendencia a
una talla elevada, obesidad y menor desarrollo de los caracteres sexuales secundarios. La espermatogénesis
no se produce, lo cual determina esterilidad. Se han detectado varones con 48 cromosomas (44 autosomas +
XXXY), con dos cuerpos de Barr (heterocromatina sexual) y los signos del síndrome de Klinefelter sumados a
retardo mental. También, pacientes con 49 cromosomas (44 autosomas + XXXXY), con tres cuerpos de Barr,
defectos esqueléticos, hipogenitalismo extemo y un coeficiente mental marcadamente bajo.
Síndrome XYY. Los individuos poseen 47 cromosomas (44 autosomas + XYY). Se trata de varones de
aspecto normal, altos, con trastornos de la personalidad.
Síndrome XXX. Se debe a la presencia de 47 cromosomas (44 autosomas + XXX). Son mujeres de fenotipo
prácticamente normal. Algunas presentan retardo mental o características psicóticas. En sus células se
observan dos cuerpos de Barr. También se han detectado pacientes con 48 cromosomas (44 autosomas +
XXXX, con tres cuerpos de Barr).
Síndrome de Turner. En el cariotipo de estas pacientes existen 45 cromosomas (44 autosomas + X) y no
aparece la cromatina sexual. Los individuos tienen fenotipo femenino, suelen ser de pequeña estatura,
poseen membranas cervicales (pliegues de la piel que se extienden desde las mastoides hasta los hombros)
y sus órganos sexuales internos son infantiles. El ovario no completa su formación y a causa de esta
disgenesia ovárica no se desarrollan los caracteres sexuales secundarios.
Existen varios cuadros producidos por aberraciones cromosómicas estructurales. La más común
en el ser humano se produce por la translocación en células germinales de un segmento de uno de los
cromosomas del par 21 con un cromosoma del par 13. Los individuos portadores de esta traslocación pueden
tener hijos que padezcan mongolismo por traslocación. Este tipo de mongolismo es menos graves y menos
frecuente (representan el 2% de los casos) y su aparición no guarda relación con el aumento de la edad
materna. A veces la presencia del segmento translocado se halla compensada por la ausencia del mismo
segmento en un cromosoma del par 21. En este caso los individuos son fenotípicamente normales pero
portadores de la aberración, por lo que pueden transferir la malformación a sus descendientes. El síndrome
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del maullido de gato, generado por una deleción en el brazo corto del cromosoma 5, presenta múltiples
malformaciones y un acentuado retraso mental. El niño emite un llanto extraño, semejante a un maullido.
Otros cuadros de aberraciones cromosómicas estructurales se originan por la deleción de una parte de uno
de los cromosomas X (genera un cuadro semejante al síndrome de Turner) o por la deleción del brazo corto o
largo de uno de los cromosomas del par 18 (produce alteraciones faciales, esqueléticas y oftálmicas junto con
un profundo retardo mental).
Algunos tumores muestran aberraciones cromosómicas en sus células, presentando aneuploidías,
cromosomas rotos y aberraciones cromosómicas estructurales (translocaciones). Por ejemplo, en la leucemia
mieloide crónica aparece el llamado cromosoma Filadelfia, producto de una translocación entre los
cromosomas 9 y 22. En el retinoblastoma, el defecto en ambos alelos del gen Rb puede deberse a deleciones
en el brazo largo de los dos cromosomas del par 13. En el linfoma de Burkitt se transloca una parte del
cromosoma 8 al cromosoma 14. En algunos cánceres de pulmón se observa una deleción en el cromosoma
3.
Papel desempeñado por los cromosomas en la evolución
El estudio de la evolución tomó gran impulso gracias al desarrollo de la citogenética, al poder
compararse los genomas de especies emparentadas. La sistemática también experimentó un progreso
considerable por el aporte de la citogenética, pues ésta le ha proporcionado muchos recursos para dilucidar
interrelaciones entre diferentes categorías taxonómicas (como se sabe, las familias, géneros y especies se
caracterizan por tener sistemas genéticos distintos).
La organización de los cromosomas y de los cariotipos observada en los individuos, las especies, los
géneros y los grupos sistemáticos mayores indica que en la evolución han intervenido diversos mecanismos
cromosómicos. Las principales fuentes de variación han sido la aneuploidía y la poliploidía.
Muchos de los trabajos sobre la evolución se refieren a la relación citogenética entre el hombre y los
grandes monos (chimpancé, gorila, orangután). Dado que el hombre tiene 23 pares de cromosomas y los
grandes monos poseen 24, por lo menos pudo haber tenido lugar una translocación céntrica o robertsoniana
en su evolución. Se cree que el cromosoma 2 del hombre es el resultado de tal translocación a partir de dos
cromosomas de los monos. Por otra parte, 13 pares de cromosomas humanos son casi idénticos a otros
tantos pares de cromosomas del chimpancé, y en los restantes cromosomas se observan inversiones
pericéntricas y adición de material cromosómico. En suma, en los primates la evolución de los cromosomas
ha sido consecuencia de fusiones, translocaciones y, fundamentalmente, inversiones pericéntricas de
segmentos cromosómicos, todo lo cual permitió seleccionar a los genes que dieron origen al Homo sapiens.
Bibliografía
SOLOMON, BERG, MARTIN Y VILLEE: Biología. Editorial Interamericana McGraw-Hill, 3ra. Edición
(traducido de la tercera edición inglesa, 1993). 1996.
DE ROBERTIS (h), HIB Y PONZIO: Biología Celular y Molecular de De Robertis. Editorial El Ateneo, 13re Edic.
2000.
CURTIS Y BARNES: Biología. Editorial Panamericana, 6ta Edición en Español 2000.
CLUGS, W.S. & M.R. CUMMINGS (1998) Conceptos de Genética. 5ª Edición. Prentice Hall. Madrid
CUESTIONARIO
1.
2.
3.
4.
Esquematice una no-disyunción en la primera división meiótica para el par sexual en la mujer. Las
distintas gametas posibles son fecundadas por espermatozoides normales (X o Y); indique los cariotipos
de los individuos resultantes en cada caso. ¿Son todos viables?
Ídem para una no disyunción del par sexual de la mujer en la segunda división meiótica.
Señale los cariotipos posibles para los individuos que resulten de la fecundación de un óvulo normal con
los distintos espermatozoides producidos luego de una no-disyunción del par sexual en la primera
división meiótica. Todos los individuos son viables?.
Ídem con los espermatozoides producidos luego de una no-disyunción del par sexual en la segunda
división meiótica (dos posibilidades: una cuando la no-disyunción afecta al X y otra cuando afecta al Y).
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10.
11.
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13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
15
Esquematice una no-disyunción en la primera división mitótica de una cigota humana para el par de
autosomas. Cuál será el cariotipo del individuo?
Ídem para el par sexual en una cigota 46,XY (dos posibilidades) y en una cigota 46,XX.
Esquematice una no-disyunción en la segunda mitosis para el par sexual de una cigota 46,XY (dos
posibilidades) y en una cigota 46,XX.
Señale el número de corpúsculos de Barr que se han de encontrar en las células de los individuos con
los siguientes cariotipos: 46,XX - 46,XY - 45,X - 47,XXX - 47,XXY - 47,XYY - 48,XXXY. Qué fenotipo
(masculino o femenino) presenta cada uno?
Una mujer es portadora de una translocación recíproca entre los cromosomas 13 y 21. Indique qué
gametas puede formar y a qué individuos puede dar origen luego de fecundarlas con espermatozoides
normales.
Un señor es portador de una translocación 21/21 (el par de homólogos fusionados en un único
cromosoma metacéntrico). Indique qué gametas puede formar y a qué cigotas puede dar origen luego de
fecundar a óvulos normales. Son todas viables?
En Drosofila el color S del cuerpo del tipo salvaje es dominante sobre el color s oscuro del tipo eboni.
Determine el color de los híbridos F1 a partir de los padres salvajes y eboni homocigotas, y
establezca las proporciones mendelianas de genotipo y fenotipo para la generación F2.
Un conejo manchado cruzado con un conejo de color uniforme produjo toda la descendencia manchada.
Cuando estos conejos de la F1 fueron cruzados entre sí produjeron 32 conejos manchados y 10 de color
uniforme. Cual de estos caracteres depende de un gen dominante?
En el problema anterior, cuantos conejos manchados de la generación F2 serían homocigotas?
Cómo se podría determinar cuales de los conejos manchados de la generación F2 del problema 18 eran
homocigotas y cuales heterocigotas.
En los caballos el color negro depende de un gen dominante N y el castaño de su alelo recesivo n. El
andar al trote se debe a un gen dominante T y el andar al sobrepaso a su alelo recesivo t. Si un
caballo negro homocigota de andar al sobrepaso se cruza con un animal castaño homocigota trotador
heterocigota, cuál será el fenotipo probable de la generación F1? Si dos individuos de la F1 fueran
apareados, que clase de descendencia tendrían y en que proporciones?
Para el sistema de antígenos eritrocitarios ABO tenemos que el alelos para el grupo A (LA) y el grupo
B (LB) son dominantes sobre el grupo O (L0), mientras que los alelos A y B son codominantes. ¿Cuál
será el genotipo de la descendencia cuando los padres tengan los siguientes genotipos?:
i.
L0L0 (grupo O) x L0LB (grupo B)
ii.
L0LB (grupo B) x LALB (grupo AB)
iii.
LALA (grupo A) x LALB (grupo AB)
Cuáles serán los genotipos de los padres respecto al factor Rh para que la descendencia sea 25%
Rh(+) homocigota, 50% Rh(+) heterocigota y 25% Rh(-).
¿Cuáles serán los genotipos probables de la descendencia de un padre del grupo A y Rh(+) y la
madre del AB y Rh(-)?
¿Porqué no puede asegurarse la paternidad de un individuo de grupo sanguíneo B si la mujer es de
grupo AB y tiene un hijo de grupo B? ¿Si los 3 son además Rh(+) mejoran las posibilidades?
La hemofilia es una enfermedad que se caracteriza por una dificultad en la coagulación sanguínea
causada por la ausencia de tromboplastina, uno de los factores de la coagulación. El gen hemofílico
es recesivo y ligado al segmento diferencial del cromosoma X. ¿Cuáles serán los genotipos y
fenotipos posibles de la descendencia de los siguientes padres?: a) madre normal homocigota x
padre hemofílico; b) madre normal homocigota x padre normal.
El gen del daltonismo es recesivo y portado por el cromosoma X en su segmento diferencial. Si una
madre es normal homocigota y el padre es daltónico, establezca la probabilidad de generar hijos
daltónicos y portadores sanos.