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Capítulo 16
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16
CAMBIOS CROMOSÓMICOS A GRAN ESCALA
Preguntas Claves:
-
¿Cómo surgen los poliploides (3n, 4n, etc.) y qué propiedades presentan?
-
¿Cómo surgen los aneuploides (2n-1, 2n+1, etc.) y qué propiedades presentan?
-
¿Cómo surgen las duplicaciones y las deleciones, y qué propiedades presentan?
-
¿Cómo surgen las inversiones y las translocaciones, y qué propiedades
presentan?
-
¿Qué relevancia tienen estos cambios en el ser humano?
Esquema
16.1 Cambios en el número cromosómico
16.2 Cambios en la estructura cromosómica
16.3 Incidencia general de las mutaciones cromosómicas en humanos
Una pareja joven piensa en tener hijos. El marido sabe que su abuela tuvo un
niño con síndrome de Down en su segundo matrimonio. El síndrome de Down es un
conjunto de desórdenes físicos y mentales causados por la presencia de un cromosoma
21 extra (Figura 16-1). No existe ningún registro del nacimiento, pues fue a principios
del siglo veinte, y la pareja no tiene constancia de otros casos del síndrome de Down en
sus respectivas familias.
La pareja ha oído que el síndrome de Down resulta de un error poco frecuente
durante la producción del huevo o cigoto, y por lo tanto piensan que tienen pocas
posibilidades de tener un hijo afectado. Así que deciden tener hijos. El primer hijo no
estuvo afectado;
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la segunda concepción acabó en aborto espontáneo, y el segundo hijo nació con
síndrome de Down. ¿Fue una mera coincidencia o existe una relación entre la
constitución genética del padre y la de su abuela que causó el que ambos niños
presentaran el síndrome de Down? ¿Cuán significativo fue el aborto espontáneo? ¿Qué
prueba se necesitaría para investigar esta situación? El análisis de estas preguntas es el
tema de este capítulo.
A lo largo de los capítulos precedentes se ha visto que las mutaciones génicas
son una fuente importante de cambio en la secuencia genómica. Sin embargo, el
genoma también puede ser remodelado en una escala mayor por alteraciones en la
estructura cromosómica o por cambios en el número de copias de los cromosomas en
una célula. Estas variaciones a gran escala se denominan mutaciones cromosómicas
para distinguirlas de las mutaciones génicas. Generalmente, las mutaciones génicas se
definen como cambios que tienen lugar dentro de un gen, mientras que las mutaciones
cromosómicas son cambios en una región cromosómica que comprende múltiples
genes. Las mutaciones génicas nunca se detectan al microscopio, pues un cromosoma
que lleva una mutación génica es indiferenciable del cromosoma que lleva el alelo
salvaje. Contrariamente, muchas mutaciones cromosómicas son detectables tanto al
microscopio, como por análisis genético o molecular, o por la combinación de todas
estas técnicas. Las mutaciones cromosómicas se han caracterizado mejor en eucariotas,
por lo que todos los ejemplos de este capítulo se han tomado de este grupo de
organismos.
Las mutaciones cromosómicas tienen interés desde distintas perspectivas
biológicas. Primero, permiten conocer cómo los genes actúan coordinadamente a escala
genómica. Segundo, revelan aspectos importantes de la meiosis y la arquitectura
cromosómica. Tercero, constituyen herramientas muy útiles para la manipulación
experimental del genoma. Cuarto, permiten comprender los procesos evolutivos.
Quinto, las mutaciones cromosómicas son comunes en humanos, y algunas causan
enfermedades genéticas.
Muchas mutaciones cromosómicas causan anormalidades en las funciones
celulares y orgánicas. La mayoría de estas anormalidades provienen de los cambios que
se dan en el número o en la posición de los genes. En algunos casos, una mutación
cromosómica proviene de la rotura de un cromosoma. Si la rotura se produce dentro de
un gen, el resultado es la interrupción funcional de este gen.
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Las mutaciones cromosómicas se pueden dividir en dos grupos: cambios en el
número de cromosomas y cambios en la estructura de los cromosomas. Estos dos
grupos resultan de dos clases fundamentalmente distintas de sucesos. Los cambios en el
número cromosómico no están asociados con alteraciones estructurales de ninguna de
las moléculas de DNA de la célula, sino con el número de moléculas de DNA.
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Este cambio en el número es la base de sus efectos genéticos. Por otra parte, los
cambios en la estructura cromosómica dan lugar a nuevas reodernaciones de la
secuencia en una o más dobles hélices de DNA. Los dos tipos de mutaciones
cromosómicas se ilustran en la Figura 16-2, donde se resumen los temas de este
capítulo. Se comenzará explorando la naturaleza y las consecuencias de los cambios en
el número de los cromosomas.
16.1 Cambios en el Número Cromosómico
El cambio en el número de los cromosomas en las células es uno de los temas en
genética que afecta más directamente a los asuntos humanos. Lo más destacado es que
la presencia de un número anormal de cromosomas produce un conjunto frecuente de
desórdenes genéticos comunes. Aunque este grupo de desórdenes es pequeño, explica
una gran proporción de los problemas de salud determinados genéticamente que sufren
los humanos. Además, las mutaciones cromosómicas juegan un papel relevante en el
cultivo de plantas; los agrónomos han manipulado repetidamente el número de
cromosomas para mejorar los cultivos agrícolas de importancia comercial.
Los cambios en el número de cromosomas se pueden clasificar en dos tipos
básicos: cambios en el conjunto de la dotación cromosómica, que resulta en una
condición denominada euploidía aberrante, y cambios en parte de la dotación de
cromosomas, resultando en una condición llamada aneuploidía.
Euploidía aberrante
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Los organismos que presentan múltiplos de la dotación cromosómica básica
(genoma) se denominan euploides. Como se ha visto en capítulos anteriores, los
eucariotas más familiares tales como las plantas, los animales y los hongos llevan en sus
células una dotación de cromosomas (haploide) o dos dotaciones de cromosomas
(diploide). En estas especies, los estados haploide y diploide son casos de euploidía
normal. Se denominan euploides aberrantes a los organismos que poseen un número
mayor o menor de dotaciones cromosómicas respecto al número normal de su especie.
Los poliploides son organismos individuales que tienen más de dos juegos de
cromosomas. Los poliploides se pueden representar con los símbolos 3n (triploides), 4n
(tetraploides), 5n (pentaploides), 6n (hexaploides), y así sucesivamente; el número de
dotaciones cromosómicas se denomina ploidía o nivel de ploidía. Un individuo que
pertenece a una especie diploide pero que presenta una sola dotación de cromosomas (n)
se denomina monoploide, de esta forma se le distingue de un individuo perteneciente a
una especie haploide (también n). En las cuatro primeras filas de la Tabla 16-1 se
observan ejemplos de estas condiciones.
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Monoploides: Los machos de las abejas, las avispas y las hormigas son
monoploides. En el ciclo de vida normal de estos insectos, los machos se desarrollan
por partenogénesis (es decir, un tipo especializado de huevo se desarrolla de un
embrión sin la necesidad de ser fecundado). Sin embargo, en muchas otras especies no
se desarrollan los cigotos monoploides. La razón de este fenómeno es que prácticamente
todos los miembros de una especie diploide llevan un número de mutaciones recesivas
deletéreas, que en conjunto se denominan la “carga genética”. En el estado diploide,
los alelos recesivos deletéreos están enmascarados por los alelos salvajes, pero éstos se
expresan automáticamente en un monoploide derivado de un diploide. Los monoploides
que se desarrollan hasta estados avanzados son anormales. Si sobreviven hasta adultos,
sus células germinales no pueden realizar una meiosis normal, porque los cromosomas
no tienen sus homólogos para emparejarse. Así, los monoploides se caracterizan por ser
estériles. Los machos de las abejas, las avispas y las hormigas sortean la meiosis, ya que
en estos insectos los gametos se producen por mitosis.
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Poliploides: La poliploidía es muy común en las plantas, pero es más rara entre
los animales (por razones que se considerarán más tarde). En realidad, el incremento en
el número de dotaciones cromosómicas ha sido un factor importante en el origen de
nuevas especies de plantas. La evidencia de este beneficio se muestra en la Figura 1916, en la que se puede observar la frecuencia de distribución del número haploide (el
número de la dotación básica de cromosomas) de las especies de plantas dicotiledóneas.
Por encima de un número haploide de 12, los números pares son mucho más frecuentes
que los números impares. Este patrón es una consecuencia del origen diploide de
muchas especies de plantas, ya que la duplicación y reduplicación de un número genera
sólo números pares. Las especies animales no muestran una distribución de este tipo,
debido a que los animales poliploides son relativamente raros.
A menudo, en los euploides aberrantes hay una correlación entre el número de
copias de la dotación cromosómica y el tamaño del organismo. Por ejemplo, si se
observa un organismo tetraploide, es muy similar a su homólogo diploide en sus
proporciones, excepto que el tetraploide es mayor, tanto en su totalidad como en cada
una de sus partes. Cuanto mayor es el nivel de ploidía, mayor es el tamaño del
organismo (Figura 16-3).
Mensaje: A menudo los poliploides tienen un tamaño mayor y además tienen sus
partes componentes más grandes que sus parientes diploides.
En el ámbito de los poliploides, se debe distinguir entre autopoliploides, los
cuales tienen múltiples dotaciones de cromosomas que se originaron a partir de una
especie, y los alopoliploides, cuyas dotaciones cromosómicas provienen de dos o más
especies. Los alopoliploides se forman entre especies estrechamente relacionadas; sin
embargo, las diferentes dotaciones cromosómicas son sólo homeólogas (parcialmente
homólogas), es decir, no son completamente homólogas como lo son en los
autopoliploides.
Autopoliploides Los triploides (3n) son generalmente autopoliploides que surgen
espontáneamente en la naturaleza, pero que pueden también ser construidos por los
genetistas a partir de un cruzamiento de un 4n (tetraploide) y un 2n (diploide). Los
gametos 2n y n producidos por el tetraploide y el diploide respectivamente, se unen para
formar un 3n triploide, que se caracterizan por ser estériles. El problema (que también
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es cierto para los monoploides) se encuentra en la presencia de cromosomas que no
pueden aparearse durante la meiosis. En un triploide, los mecanismos moleculares de la
sinapsis o verdadero apareamiento, imponen que el apareamiento tenga lugar entre dos
de los tres cromosomas homólogos (Figura 16-4). Los cromosomas apareados
(bivalentes) segregan hacia los polos opuestos, pero los homólogos que no están
emparejados (univalentes) segregan al azar a uno de los polos. En un trivalente, un
grupo de tres cromosomas apareados, los centrómeros apareados segregan como un
bivalente y el que no está apareado lo hace como un univalente. Esta segregación tiene
lugar en cada trío cromosómico, de manera que el gameto puede recibir uno o dos
cromosomas de cada tipo cromosómico. Es muy improbable que un gameto reciba sólo
dos de cada tipo cromosómico o que reciba uno de cada tipo cromosómico. Por lo
tanto, hay muchas probabilidades de que los gametos tengan números cromosómicos
intermedios entre el número haploide y el número diploide; a estos genomas se los
denomina aneuploides (no euploides).
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Los gametos aneuploides generalmente no producen descendencia viable. En las
plantas, los granos de polen aneuploides generalmente son inviables y por lo tanto
incapaces de fecundar un gameto femenino. En cualquier organismo, los cigotos que
pudieran surgir de la fusión de un gameto aneuploide y uno diploide serán en sí mismos
aneuploides, y por lo tanto serán inviables. Hacia el final del capítulo, cuando se
considere el equilibrio génico, se examinará la razón que hay detrás de la inviabilidad
de los aneuploides.
Mensaje: Los poliploides con número impar de dotaciones cromosómicas, como los
triploides, son estériles o muy infértiles porque sus gametos y su descendencia es
aneuploide.
Los autotetraploides surgen por la duplicación de un complemento 2n a 4n. Esta
duplicación puede ocurrir de forma espontánea, pero también puede ser inducida
artificialmente aplicando sustancias químicas que alteran la polimerización de los
microtúbulos del huso acromático. Como ya se ha detallado en el Capítulo 2, la
segregación cromosómica está controlada por las fibras del huso acromático, las cuales
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son polímeros de la proteína denominada tubulina. Por lo tanto, la alteración de la
polimerización de los microtúbulos bloquea la segregación cromosómica. El tratamiento
químico se aplica habitualmente en tejidos somáticos durante la formación de las fibras
del huso acromático en células que se encuentran en división. El tejido poliploide
resultante (como la rama poliploide de una planta) puede detectarse examinando un
tejido con los cromosomas teñidos bajo el microscopio. Esta rama puede removerse de
la planta y ser utilizada como esqueje para generar una planta poliploide. Si la rama a su
vez produjese flores y fuesen autofecundadas, se produciría un descendiente poliploide.
Un agente inhibidor de la tubulina que se emplea normalmente es la colchicina,
alcaloide extraído del azafrán. En las células tratadas con colchicina, tiene lugar la fase
S del ciclo celular, pero la segregación cromosómica y la división celular no se
producen. Cuando las células tratadas entran en telofase, se forma la membrana nuclear
alrededor de la dotación cromosómica duplicada. Así, las células diploides (2n) tratadas
con colchicina en un solo ciclo celular se convierten en tetraploides (4n) con cuatro
copias de cada tipo de cromosoma (Figura 16-5).
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El tratamiento de un ciclo celular adicional produce octoploides (8n), y así
sucesivamente. Esta metodología se emplea tanto en células vegetales como en
animales, pero las plantas suelen ser en general mucho más tolerantes a la poliploidía.
Nótese que todos los alelos en el genotipo se encuentran duplicados. Por lo tanto, si una
célula diploide de genotipo A/a ; B/b se duplica, el autotetraploide resultante será de
genotipo A/A/a/a ; B/B/b/b.
Puesto que el número cuatro es par, los autotetraploides pueden tener una
meiosis regular, aunque no siempre se obtiene este resultado. El factor crucial es cómo
se aparearán y segregarán los cuatro cromosomas de cada grupo. Varias de las
posibilidades se muestran en la figura 16-6. Si los cromosomas se aparean como
bivalentes o cuadrivalentes, segregarán con normalidad produciendo gametos diploides.
La fusión de los gametos en la fecundación regenerará el estado tetraploide. Si se
formaran trivalentes, la segregación llevará a la generación de gametos aneuploides no
funcionales y, por lo tanto, a la esterilidad.
¿Cuáles son las proporciones genéticas producidas por un autotetraploide? Se
considerará por simplicidad que el tetraploide sólo forma bivalentes. Si se comienza con
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una planta tetraploide A/A/a/a que se autofecunda. ¿Qué proporción de la progenie será
a/a/a/a? Primero se necesita deducir la frecuencia de gametos a/a, ya que este tipo de
gametos es el único que puede producir un homocigoto recesivo. Los gametos a/a
pueden surgir sólo si los dos bivalentes son A con a, y a su vez ambos alelos a segregan
al mismo polo. Planteemos el siguiente experimento mental para calcular las frecuencias
de los posibles resultados: consideremos las opciones desde el punto de vista de uno de
los cromosomas a ante la opción de aparearse con el otro cromosoma a o con cualquiera
de los dos cromosomas A. Si el apareamiento es al azar, hay una probabilidad de dos
tercios que se aparee con el cromosoma A. Si lo hace, entonces el apareamiento de los
otros dos cromosomas necesariamente será de A con a porque son los únicos que
quedan. Con los dos pares de A con a hay dos segregaciones igualmente probables, y un
cuarto del producto final contendrá ambos alelos a en un polo. Por lo tanto, la
probabilidad de un gameto a/a será de 2/3 x 1/4 = 1/6. Así, si los gametos se aparean
aleatoriamente, la probabilidad de un cigoto a/a/a/a será 1/6 x 1/6 = 1/36,
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y por sustracción, la probabilidad de A/-/-/- será de 35/36. Por lo tanto, se espera la
proporción fenotípica 35:1.
Alopoliploides. Un alopoliploide es una planta híbrida de dos o más especies, que
contiene dos o más copias de cada uno de los genomas involucrados. El prototipo de
alopoliploide fue un alotetraploide sintetizado por Georgi Karpechenko en 1921. Quería
hacer un híbrido fértil que tuviera las hojas de repollo (Brassica) y las raíces del rábano
(Raphanus), pues eran las partes de importancia agronómica de cada planta. Cada una
de estas dos especies tiene 18 cromosomas, y así 2n1 = 2n2 = 18, y n1 = n2 = 9. Puesto
que las especies están lo suficientemente cercanas, pueden hibridarse. La fusión de un
gameto n1 con un gameto n2 produce una progenie híbrida viable de constitución n1 + n2
= 18. Sin embargo, este híbrido es funcionalmente estéril porque los 9 cromosomas del
repollo son lo suficientemente diferentes de los 9 cromosomas del rábano como para
que no se apareen correctamente en la sinapsis, y por lo tanto no segreguen
normalmente en la meiosis, de manera que el híbrido no puede producir gametos
funcionales.
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En ocasiones, una parte de la planta híbrida produce algunas semillas que al
plantarlas producen individuos fértiles con 36 cromosomas. Todos estos individuos son
alopoliploides, que por lo visto, derivan de una duplicación accidental y espontánea en
una región del híbrido estéril del tejido floral, pasando a ser 2n1 + 2n2, y sufre meiosis
para producir gametos. En los tejidos 2n1 + 2n2 hay apareamiento de los cromosomas
homólogos y así se producen gametos del tipo n1 + n2. Estos gametos al fusionarse
vuelven a dar progenie alopoliploide 2n1 + 2n2 que es fértil. A esta clase de poliploides
se la denomina anfidiploides, o diploides doblados (Figura 16-7). Si a un híbrido estéril
se le trata con colchicina, se incrementan las probabilidades de que su dotación
cromosómica se duplique. Desafortunadamente para Karpechenko, sus anfidiploides
tenían las raíces de la col y las hojas del rábano.
Cuando se cruzó el alopoliploide de Karpechenko con uno de los parentales, ya
sea la col o el rábano, se produjo descendencia estéril. La descendencia del cruzamiento
con la col estaba constituida por 2n1 + n2, proveniente de un gameto n1 + n2 del
alopoliploide y un gameto n1 de la col. De esta forma la dotación n2 del rábano no tenía
pareja para la sinapsis, por lo que la meiosis no podía ocurrir normalmente y la
descendencia era estéril. Así, Karpechenko creó eficazmente una nueva especie,
Raphanobrassica, sin posibilidad alguna de intercambio génico ni con el rábano ni con
la col.
En la naturaleza, la alopoliploidía parece ser que ha sido una gran fuerza en la
evolución de nuevas especies de plantas. En la Figura 16-8 se observa un ejemplo
convincente dentro del género Brassica. Tres especies parentales diferentes se han
hibridado en todas las posibles combinaciones a pares para formar una nueva especie
anfidiploide. La poliploidía natural fue considerada durante mucho tiempo como un
suceso raro, pero trabajos recientes muestran que es un fenómeno recurrente en muchas
especies de plantas. El uso de marcadores de DNA ha permitido descubrir que los
poliploides de una población o área que parecen tener el mismo origen, resultan en
realidad de muchas fusiones independientes entre individuos genéticamente distintos de
las mismas dos especies parentales. Se estima que el 50% de las plantas angiospermas
son poliploides, resultantes de auto o alopoliploidía. Como una consecuencia de los
múltiples sucesos de poliploidía, la cantidad de variación alélica dentro de una especie
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poliploide es mucho mayor de la que se pensaba previamente, contribuyendo así a su
potencial adaptativo.
Un alopoliploide natural particularmente interesante es el trigo común empleado
para hacer pan, Triticum aestivum (6n=42). Los genetistas han reconstruido la probable
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historia evolutiva de esta planta a través del estudio de las especies salvajes. La Figura
16-9 muestra que el trigo común está compuesto por dos dotaciones de cada uno de los
tres genomas ancestrales. En la meiosis, el apareamiento ocurre siempre entre
homólogos provenientes del mismo genoma ancestral. Por lo tanto, en la meiosis del
trigo común invariablemente hay 21 bivalentes.
Las células de las plantas alopoliploides pueden producirse artificialmente
fusionando células diploides provenientes de distintas especies. Primero, se remueven
las paredes celulares de dos células diploides por tratamiento con una enzima; entonces
las membranas de las dos células se fusionan y se vuelven una. El núcleo a menudo
también se fusiona resultando en la célula poliploide. Si a la célula se le alimenta con
las hormonas y nutrientes apropiados, se divide para formar una pequeña plántula
alopoliploide que puede trasferirse a la tierra.
Mensaje: Las plantas alopoliploides pueden ser sintetizadas cruzando especies
relacionadas y duplicando el número de cromosomas del híbrido o fusionando células
diploides.
Aplicaciones agronómicas: Las variaciones en el número de cromosomas se han
explotado para crear nuevas líneas de plantas con características de interés agronómico.
A continuación se explicarán algunos ejemplos.
Monoploides: La diploidía es un incordio para los agrónomos. Cuando ellos
desean inducir y seleccionar nuevas mutaciones recesivas que son favorables para la
producción agrícola, las nuevas mutaciones no se pueden detectar a menos que estén en
estado homocigótico. Los agricultores pueden también desear buscar nuevas
combinaciones de alelos favorables en diferentes loci,
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pero esta combinación de heterocigotos puede romperse por la recombinación en la
meiosis. Los monoploides proporcionan una vía para sortear algunos de estos
problemas.
Los monoploides pueden ser obtenidos artificialmente a partir de los productos
de la meiosis en las anteras de una planta. A través de un tratamiento térmico (sujeto a
bajas temperaturas), una célula haploide destinada a convertirse en grano de polen
puede ser inducida para que desarrolle una pequeña masa de células monoploides que se
dividen formando un embrioide. El embrioide puede crecer en agar y formar así una
planta monoploide, que puede ser transplantada a tierra y crecer hasta la madurez
(Figura 16-10).
Las plantas monoploides pueden ser explotadas de diferentes formas. En una de
ellas se analizan combinaciones alélicas favorables que hayan surgido por
recombinación de los alelos que están presentes en el heterocigoto parental diploide. De
esta forma, a partir de un parental que es A/a ; B/b podría surgir la combinación
favorable a ; b. El monoploide puede someterse a una duplicación cromosómica y
producir así células diploides homocigóticas, a/a ; b/b, que son capaces de una
reproducción normal.
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Otra de las utilidades es la de tratar un conjunto de células monoploides
básicamente como si se trataran de una población de organismos haploides para realizar
un experimento de mutagénesis y selección. Se aísla una población de células
monoploides; se remueven sus paredes celulares por tratamiento enzimático, y se
exponen a un mutágeno. Luego, se plantan en un medio que seleccione algún fenotipo
deseable. Este tipo de experimento se ha empleado para seleccionar la resistencia a
compuestos tóxicos producidos por un parásito, tanto como para seleccionar resistencia
a herbicidas empleados por los agricultores para matar las malas hierbas. Las plántulas
resistentes seleccionadas crecen formando plantas monoploides, cuyo número
cromosómico puede duplicarse empleando colchicina. Este tratamiento produce tejidos
diploides que a través de esquejes o autofecundación, crecerán como plantas diploides
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completamente resistentes. Estas poderosas técnicas pueden sortear el lento proceso de
los agrónomos que realizan cruzamientos basados en la meiosis. Estas técnicas se han
empleado exitosamente en cultivos de plantas importantes tales como la soja y el
tabaco.
Mensaje: Los genetistas han creado nuevas variedades de plantas produciendo
monoploides con genotipos favorables y luego duplicando sus cromosomas para formar
diploides fértiles homocigóticos.
Autotriploides: Las bananas que están ampliamente comercializadas alrededor
del mundo son triploides estériles con 11 cromosomas en cada dotación (3n = 33). La
expresión más obvia de la esterilidad de las bananas es la ausencia de semillas en el
fruto. Los puntos negros que observamos no son semillas, ya que éstas harían que los
dientes se rompieran porque son tan duras como una roca. Las sandías sin semillas son
otro ejemplo de la explotación comercial de las plantas triploides.
Autotetraploides: Muchas plantas autotetraploides se han desarrollado como
cultivos comerciales debido a su mayor tamaño (Figura 16-11). Los caracteres más
buscados son las frutas y las flores grandes
Alopoliploides: La alopoliploidía (formación de poliploides entre diferentes
especies) ha sido un proceso importante en la producción de los cultivos de plantas
modernos. El algodón del Nuevo Mundo es un alopoliploide natural que surgió
espontáneamente como sucedió en el trigo. Los alopoliploides se sintetizan también
artificialmente para combinar los caracteres útiles de una especie parental con los de
otra. Sólo un anfidiploide sintético se ha comercializado extensivamente, el cultivo
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conocido como Triticale. Se trata de un anfidiploide derivado del trigo (Triticum, 6n =
42) y el arroz (Secale, 2n = 14). Por lo tanto, el número cromosómico de Triticale es 2n
= 2 x (21 + 7) = 56. Esta nueva planta combina la alta producción del trigo con la
aspereza del centeno.
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Animales poliploides: Como se ha señalado anteriormente, la poliploidía es más
común en plantas que en animales, pero hay casos de animales poliploides en estado
natural. Las especies poliploides de gusanos planos, sanguijuelas y de algunos
crustáceos como la Artemia salina, se reproducen por partenogénesis. Triploides y
tetraploides de Drosophila se han sintetizado artificialmente. Sin embargo, los ejemplos
no se limitan a las llamadas formas inferiores. La poliploidía es un fenómeno natural
sorprendentemente común entre anfibios y reptiles, que presentan varias tipos de
reproducción: especies poliploides de ranas y sapos participan en la reproducción
sexual, mientras que las salamandras y los lagartos son partenogenéticos. La familia
Salmonidae (que incluye a los salmones y a las truchas) provee un ejemplo familiar de
las numerosas especies animales que parecen haberse originado por poliploidía
ancestral.
La esterilidad de los triploides se ha explotado comercialmente tanto en animales
como en plantas. Las ostras triploides se han obtenido porque poseen ventajas
comerciales frente a sus variedades diploides. Las variedades diploides son
incomestibles durante la época de desove, mientras que la variedad triploide, al ser
estéril, es apetecible durante todo el año.
Aneuploidía
La aneuploidía es la segunda categoría de aberraciones cromosómicas en la que el
número de cromosomas es anormal. Un aneuploide es un individuo cuyo número de
cromosomas difiere del tipo salvaje en parte de su dotación cromosómica.
Generalmente, la dotación cromosómica aneuploide difiere de la salvaje en sólo uno o
unos pocos cromosomas. Un aneuploide puede tener un número mayor o menor de
cromosomas del que posee un individuo salvaje. La nomenclatura aneuploide que se
describe en la Tabla 16-1 se basa en el número de copias del cromosoma específico en
el estado aneuploide. Para los autosomas de los organismos diploides, el aneuploide 2n
+ 1 es trisómico, 2n – 1 es monosómico, y 2n – 2 (donde el “-2” representa la pérdida
de ambos homólogos de un cromosoma) es nulisómico. En los haploides, n + 1 es
disómico. Una notación especial se emplea para describir los aneuploides de los
cromosomas sexuales, porque se debe especificar cual de los distintos cromosomas
sexuales está involucrado. La notación simplemente enumera las copias de cada
cromosoma sexual, tal como XXY, XYY, XXX, o XO, donde el “O” establece la
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ausencia de un cromosoma y se incluye para mostrar que el símbolo X en solitario no es
un error tipográfico.
No disyunción: La causa de la mayoría de casos de aneuploidía es el fenómeno de no
disyunción durante el transcurso de la meiosis o la mitosis. Disyunción es otra palabra
empleada para la segregación normal de los cromosomas homólogos o las cromátidas
hacia los polos opuestos durante la meiosis o la mitosis respectivamente. La no
disyunción es un fallo en este proceso, en el que dos cromosomas o cromátidas se van
juntos a un polo y el otro polo no recibe nada.
La no disyunción mitótica puede suceder cuando las células se dividen durante
el desarrollo. Como resultado de este fenómeno algunas partes del cuerpo serán
aneuploides (sectores aneuploides). La no disyunción meiótica se da con mayor
frecuencia. En este caso, los productos de la meiosis son aneuploides, dando lugar a la
formación de descendientes en los que el organismo completo es aneuploide. En los
casos de no disyunción meiótica, los cromosomas pueden separarse erróneamente tanto
en la primer división como en la segunda (Figura 16-12). De cualquier forma, se
producen gametos n - 1 ó n + 1. Si se fecunda un gameto n - 1 con otro gameto n, se
produce un cigoto monosómico (2n - 1). La fusión de un gameto n + 1 con un gameto n,
produce un cigoto trisómico (2n + 1).
Mensaje: Los organismos aneuploides resultan mayoritariamente de la no disyunción
en la meiosis parental.
La no disyunción sucede de forma espontánea. Como la mayoría de las mutaciones
génicas, este es un ejemplo de error aleatorio de un proceso celular básico. El proceso
molecular exacto
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que produce el fallo no se conoce, pero en sistemas experimentales se ha visto que la
frecuencia de no disyunción puede verse incrementada al interferir en la polimerización
de los microtúbulos, inhibiendo así el movimiento normal de los cromosomas. La
disyunción tiene mayor probabilidad de ir mal durante la meiosis I. Este fallo no es
sorprendente, porque la disyunción normal durante la anafase I necesita que las
14
cromátidas homólogas de la tétrada permanezcan apareadas durante la profase I y la
metafase I, y esto requiere que haya ocurrido el entrecruzamiento. Por el contrario, la
disyunción correcta en anafase II o en la mitosis necesita que el centrómero se separe
apropiadamente, pero no requiere el apareamiento de los cromosomas o el
entrecruzamiento.
El entrecruzamiento es un componente necesario del proceso normal de la
disyunción. Por alguna razón, la formación del quiasma ayuda a mantener un bivalente
unido y asegura que las dos díadas vayan hacia los polos opuestos. En la mayoría de los
organismos, la cantidad de entrecruzamiento es suficiente para asegurar que todos los
bivalentes tendrán al menos un quiasma por meiosis. En Drosophila, muchos de los
cromosomas que sufren no disyunción en los gametos disómicos (n + 1) son
cromosomas que no han sufrido recombinación, indicando que han pasado por la
meiosis sin haber sufrido entrecruzamiento con su cromosoma homólogo. Se han hecho
observaciones similares en las trisomías humanas. Además, en diferentes organismos
experimentales, las mutaciones que interfieren con la recombinación tienen el efecto de
incrementar de forma masiva la frecuencia de no disyunción en la meiosis I. Todas estas
observaciones son evidencia del papel que juega el entrecruzamiento en el
mantenimiento del apareamiento cromosómico; de manera que en su ausencia, los
cromosomas son vulnerables a sufrir no disyunción durante la anafase I.
Mensaje: El entrecruzamiento es necesario para mantener los bivalentes apareados
hasta la anafase I. Si falla por alguna razón, se producirá la no disyunción durante la
primera división.
Monosómicos (2n - 1) En los monosómicos falta una copia de un cromosoma. En la
mayoría de los organismos diploides, la ausencia de un cromosoma del complemento es
letal. En los humanos, los monosómicos para alguno de los autosomas mueren en el
útero. Muchos monosómicos del cromosoma X también mueren en el útero, pero
algunos son viables. El complemento cromosómico humano de 44 autosomas más un
solo X produce la condición conocida como Síndrome de Turner, y se representa
como XO. Las personas afectadas tienen un fenotipo característico: son mujeres
estériles, de baja estatura, y a menudo tienen un pliegue de piel que va desde el cuello
hasta los hombros (Figura 16-13). Aunque su inteligencia es casi normal, algunas de sus
15
funciones cognitivas son deficientes. Aproximadamente 1 de cada 5000 nacimientos
femeninos presentan el síndrome de Turner.
Los genetistas han empleado plantas monosómicas viables para cartografiar
nuevos alelos mutantes y recesivos en un cromosoma específico. Por ejemplo, se puede
obtener un conjunto de líneas monosómicas en las que se conoce el cromosoma faltante
de cada una. El homocigoto para un nuevo alelo mutante se cruza con cada una de las
líneas monosómicas, y se analiza la progenie de cada cruzamiento buscando la que
presenta el fenotipo recesivo. Aquel cruzamiento en el que aparece el fenotipo recesivo
identifica el cromosoma cuya copia está perdida y en el que se encuentra el gen. Esta
prueba es adecuada porque la mitad de los gametos de un monosómico fértil 2n - 1
serán n - 1, y cuando se fecunda un gameto n - 1 con un gameto que lleva una nueva
mutación en el cromosoma homólogo,
(Fin de página 566)
(Principio de página 567)
el alelo mutante será el único alelo para ese gen y por lo tanto se expresará.
Como ejemplo, se supondrá que el gen A/a está en el cromosoma 2. De los
cruzamientos de un individuo a/a con un monosómico para el cromosoma 1 y con un
monosómico para el cromosoma 2 se espera distintos resultados (cromosoma 1 se
abrevia como cr1):
cr1/cr1 ; a/a
x
cr1/0 ; A/A
Monosómico para el
Mutante
cromosoma 1
Genotipo A
progenie
cr1/cr1 ; a/a
todos A/a
x
cr1/cr1 ; A/0
Monosómico para el
Mutante
cromosoma 2
Genotipo A
16
progenie
1/2 A/a
1/2 a/0
Trisómicos (2n + 1) Los trisómicos contienen una copia extra de un cromosoma.
En los organismos diploides, el desequilibrio cromosómico que genera la condición de
trisómico suele derivar en anormalidades o en la muerte. Sin embargo, hay muchos
ejemplos de trisómicos viables. Más aún, los trisómicos pueden ser fértiles. Cuando se
observan las células en meiosis de algún organismo trisómico al microscopio en las
fases en que los cromosomas están apareados, los cromosomas trisómicos se observan
asociados formando un grupo de tres (trivalente), mientras que los otros cromosomas se
encuentran formando bivalentes normales.
¿Qué proporciones genéticas se esperan en los genes de cromosomas trisómicos?
Considérese un gen A que está cercano al centrómero en un cromosoma, y supongamos
que el genotipo es A/a/a. Ademas, supongamos que en la anafase I los dos cromosomas
apareados en el trivalente se dirigen a polos opuestos y el tercer cromosoma se dirige
aleatoriamente a uno de ambos polos. Como se observa en la Figura 16-14, tres tipos de
segregaciones se pueden dar con la misma frecuencia. Estas segregaciones resultan en
una razón gamética conjunta que se muestra en los seis compartimentos de la Figura 1614; y es la siguiente:
1/6
A
2/6
a
2/6
A/a
1/6
a/a
Si se dispusiera de un grupo de líneas en las que cada una lleva un cromosoma
trisómico diferente, se podría localizar una mutación génica en un cromosoma particular
viendo que líneas presentan una proporción genética trisómica como la precedente.
Hay varios ejemplos de trisomías viables en los humanos. Diversos tipos de
trisómicos de los cromosomas sexuales pueden sobrevivir hasta la edad adulta. Cada
uno de esos tipos se encuentra en una frecuencia de 1 de cada 1000 nacimientos del
sexo en cuestión (recuérdese que la determinación del sexo en los mamíferos se
determina por la presencia o ausencia del cromosoma Y). El Síndrome de Klinefelter
17
está provocado por la combinación cromosómica XXY. Las personas con este síndrome
son hombres que presentan una constitución longilínea,
(Fin de página 567)
(Principio de página 568)
un coeficiente intelectual disminuido, además de ser estériles (Figura 16-15). Otra
combinación anormal de cromosomas sexuales es la XYY, cuya historia es
controvertida. Se ha intentado asociar la condición XYY con una predisposición a la
violencia. Sin embargo, ahora está claro que esta condición no garantiza en absoluto
dicha conducta. La mayoría de los hombres XYY son fértiles. La meiosis presenta el
apareamiento del cromosoma X con uno de los Ys de forma normal, mientras que el
otro Y no se empareja y no se transmite a los gametos. Por lo tanto los gametos serán X
ó Y, nunca serán XY ó YY. Los trisómicos triple X (XXX) son mujeres de fenotipos
normales y fértiles. En la meiosis se observa el apareamiento de dos cromosomas X,
mientras que el tercero no aparea. Por lo tanto, los óvulos sólo son X, y como en el caso
de los hombres XYY, la condición de trisómico no pasa a la descendencia.
De las trisomías humanas, el tipo más familiar es el síndrome de Down (Figura
16-16), que ya se ha discutido brevemente al inicio del capítulo. La frecuencia del
síndrome de Down es cercana al 0.15 por ciento de los nacimientos vivos. La mayoría
de las personas afectadas tienen una copia extra del cromosoma 21 que suele estar
causada por la no disyunción del cromosoma 21 en uno de los progenitores cuya
dotación cromosómica es normal. En éste tipo esporádico de síndrome de Down, no hay
historia familiar de aneuploides. Algunos casos raros de este síndrome surgen por
translocaciones (un tipo de reordenación cromosómico que será discutido luego); en
estos casos, el síndrome de Down reaparece en la genealogía porque las translocaciones
pueden ser heredadas de padres a hijos.
La combinación fenotípica que presentan los individuos con síndrome de Down
incluye retardo mental, con un CI entre el 20 y 50 por ciento del rango normal; una cara
ancha y plana; ojos con pliegue epicántico, baja estatura; manos pequeñas con un
pliegue en la región media; y una lengua larga y rugosa. Las mujeres pueden ser fértiles
y dar descendencia normal o trisómica, pero los hombres son estériles con muy pocas
excepciones. La esperanza de vida media es de 17 años, y sólo el 8 por ciento de las
personas con síndrome de Down sobreviven pasados los 40.
18
La incidencia de este síndrome está relacionada con la edad materna. Las madres
de edad avanzada corren un riesgo elevado de tener niños con síndrome de Down
(Figura 16-17). Por esta razón, el análisis cromosómico fetal (por amniocentesis o por
muestreo de la vellosidad coriónica) se recomienda actualmente en madres de edad
avanzada. Se ha demostrado que también hay un efecto de la edad paterna, aunque éste
es menos pronunciado.
A pesar de que el efecto de la edad materna se conoce desde hace muchos años,
su causa aún no está esclarecida. No obstante, hay algunas correlaciones de interés
biológico. Con la edad disminuye la probabilidad que los bivalentes permanezcan juntos
durante la profase I de la meiosis. La detención de la meisis en los oocitos (los
meiocitos femeninos) en la profase I tardía es un fenómeno común en muchos animales.
En las hembras humanas, todos los oocitos están detenidos en diploteno antes del
nacimiento. La meiosis se reanuda en cada ciclo menstrual, de manera que los
cromosomas que se encuentran formando bivalentes pueden permanecer asociados así
hasta cinco o más décadas. Si se especula que estas asociaciones tienen mayor
probabilidad de disociarse por accidente con el paso del tiempo, se podría vislumbrar un
mecanismo que contribuya a impedir la no disyunción materna con la edad. Consistente
con esta especulación es el hecho que la mayoría de los casos de no disyunción
relacionados con el efecto de la edad materna se producen durante la anafase I y no
durante la anafase II.
Los otros casos de trisomía humana que sobreviven hasta el nacimiento son el
síndrome de Patau producido por una trisomía en el cromosoma 13, y el síndrome de
Edwards producido por una trisomía del cromosoma 18. Ambos síndromes presentan
diversas anormalidades físicas y mentales. El síndrome fenotípico de la trisomía del
cromosoma 13 incluye labio leporino; una cabeza pequeña y deforme; pie zambo; y una
esperanza de vida media de 130 días. La trisomía del cromosoma 18 incluye orejas “tipo
fauno”, una mandíbula pequeña, la pelvis estrecha y los pies zambos. Casi todos los
niños con este síndrome mueren durante las primeras semanas después del nacimiento.
El resto de embriones que presentan trisomías mueren el útero.
(Fin de página 568)
(Principio de página 569)
El concepto de equilibrio génico
19
Cuando se habló de la euploidía aberrante, vimos que un incremento en el número
completo de la dotación cromosómica se correlaciona con un aumento en el tamaño del
organismo, pero se mantienen la forma y proporciones generales del individuo normal.
Por el contrario, las aneuploidías autosómicas alteran típicamente la forma y las
proporciones del organismo de modo característico.
Las plantas tienden a ser más tolerantes a la aneuploidía que los animales. Los
estudios realizados en las plantas de estramonio (Datura stramonium) suministran el
ejemplo clásico de los efectos de la aneuplodía y la poliploidía. En el estramonio, el
número cromosómico haploide es 12. Como se espera, las plantas poliploides de
estramonio tienen un tamaño mayor que las normales, pero son proporcionadas. Por el
contrario, cada uno de los 12 posibles trisómicos es desproporcionado, aunque de
modos distintos entre sí. Como ejemplo considerese los cambios en la forma de las
cápsulas de la semilla (Figura 16-18). Las 12 trisomías diferentes conducen a 12
cambios de forma diferentes y característicos de la cápsula. De hecho, éstas y otras
características de los individuos trisómicos son tan fiables que el síndrome fenotípico
puede emplearse para identificar plantas que llevan una trisomía particular. De manera
similar, los 12 monosómicos son en sí mismos diferentes unos de los otros, y a su vez
de cada tipo trisómico. En general, un monosómico para un cromosoma en particular es
más severamente anormal que su correspondiente trisómico.
Se pueden observar tendencias similares en los aneuploides animales. En la
mosca de la fruta Drosophila, los únicos aneuploides autosómicos que sobreviven hasta
adulto son los trisómicos y los monosómicos del cromosoma 4, que es el más pequeño
del complemento cromosómico en Drosophila, y representa sólo el 1 ó 2 por ciento del
genoma. Los trisómicos del cromosoma 4 están afectados sólo ligeramente y son mucho
menos anormales que los monosómicos para el mismo cromosoma. En los humanos,
ningún monosómico autonómico sobrevive hasta el nacimiento, pero como ya se
puntualizó anteriormente, sí que sobreviven tres tipos de trisómicos. Igual que ocurre en
el estramonio, cada uno de estos trisómicos muestran rasgos fenotípicos únicos
producidos por los efectos especiales de las dosis génicas alteradas de cada uno de estos
cromosomas.
(Fin de página 569)
(Principio de página 570)
20
¿Por qué los aneuploides son más anormales que los poliploides? ¿Por qué los
aneuploides para cada cromosoma tienen sus propios efectos fenotípicos característicos?
¿Por qué los monosómicos están más afectados que los correspondientes trisómicos?
Las respuestas a estas preguntas parecen estar relacionadas con el concepto de
equilibrio génico. En un euploide, la proporción de un gen en cualquier cromosoma
respecto de los genes que se encuentran en otros cromosomas es siempre 1:1; sin reparar
en si estamos considerando un monoploide, diploide, triploide, o tetraploide. Por
ejemplo, en un tetraploide, para el gen A en el cromosoma 1 y el gen B en el cromosoma
2, la proporción es 4 A:4 B, o lo que es lo mismo 1:1. Por el contrario, en un aneuploide,
la proporción de los genes en un cromosoma aneuploide con respecto a los genes en
otros cromosomas difiere del salvaje en un 50 por ciento: 50 por ciento para los
monosómicos, 150 por ciento para los trisómicos. Si empleamos el mismo ejemplo de
antes, en un trisómico para el cromosoma 2 descubriremos que la proporción de genes A
y B será de 2 A:3 B. Así, se puede ver que los genes aneuploides no están en equilibrio.
¿Cómo nos puede ayudar este ejemplo a responder las preguntas antes planteadas?
En general, la cantidad de transcripto producido por un gen es directamente
proporcional al número de copias que hay de ese gen en la célula. De esta forma, para
un gen dado, la tasa de transcripción está directamente relacionada con el número de
moldes de DNA disponibles. Así, cuantas más copias hay de un gen, mayor es el
número de transcriptos que se producen y se obtendrá una mayor cantidad de esa
proteína. Esta relación entre el número de copias de un gen y la cantidad de producto
génico producido se denomina efecto de la dosis génica.
Se podría inferir que la fisiología normal de una célula depende de la proporción
correcta de productos génicos en la célula euploide. Esta proporción es el equilibrio
génico normal. Si la dosis relativa de ciertos genes cambia, por ejemplo, como
consecuencia de la pérdida de una de las copias del par cromosómico (o más aún, de un
segmento cromosómico), se puede producir un desequilibrio fisiológico en las rutas
celulares en las que participe dicha proteína.
En algunos casos, el desequilibrio que produce la aneuploidía resulta de los
efectos de unos pocos genes “mayores” cuya dosis ha cambiado, más que por el cambio
en la dosis de todos los genes que se encuentran en el cromosoma. Tales genes pueden
ser considerados como haploanormales, resultando en un fenotipo anormal si están
presente sólo una vez, o triploanormales, resultando en un fenotipo anormal si están
presente en tres copias, o ambas cosas a la vez. Esto contribuye significativamente en
21
los distintos fenotipos de los síndromes aneuploides. Por ejemplo, el estudio de
personas trisómicas en sólo una parte del cromosoma 21 ha hecho posible localizar
genes que contribuyen al síndrome de Down en varias regiones del mencionado
cromosoma.
(Fin de página 570)
(Principio de página 571)
Estos resultados insinúan que algunos aspectos del fenotipo podrían ser debidos a una
triploanormalidad de un único gen mayor ubicado en esta región cromosómica. Además
de los efectos de estos genes mayores, otros aspectos de los síndromes aneuploides
probablemente resultan de los efectos acumulativos de la aneuploidía de numerosos
genes cuyos productos están en desequilibrio. Es indudable que el fenotipo aneuploide
como un todo resulta de una combinación de los efectos del desequilibrio de unos pocos
genes mayores junto con el desequilibrio acumulativo de muchos genes menores.
Sin embargo, el concepto de equilibrio génico no explica por qué es peor para un
organismo tener poco producto génico (monosomía) que tener demasiado (trisomía). De
modo paralelo, se podría preguntar por qué hay muchos más genes haplo-anormales que
triplo-anormales. La explicación de la extrema anormalidad de los monosómicos es que
cualquier alelo deletéreo recesivo presente en un cromosoma aneuploide se expresará
automáticamente.
¿Cómo se podría aplicar la idea del equilibrio génico a los casos de aneuploidía
de los cromosomas sexuales? El concepto de equilibrio génico es el mismo para los
cromosomas sexuales, pero también se debería considerar las propiedades especiales de
estos cromosomas. En los organismos con determinación del sexo XY, el cromosoma Y
parece haber degenerado del cromosoma X, pues tiene muy pocos genes funcionales
entre los que se encuentran los encargados de la determinación del sexo, de la
producción de esperma, o de ambas funciones. Por otro lado, el cromosoma X contiene
muchos genes involucrados en procesos celulares básicos (“genes de mantenimiento”),
que residían en el cromosoma que finalmente evolucionó en el cromosoma X. Es
probable que los mecanismos de determinación del sexo XY hayan evolucionado
independientemente de 10 a 20 veces en diferentes grupos taxonómicos. Por ejemplo,
parece que el mismo mecanismo gobierna la determinación sexual en mamíferos, pero
22
uno completamente distinto gobierna la determinación del sexo en las moscas de la
fruta.
En cierto modo, el cromosoma X es naturalmente aneuploide. En especies con
determinación del sexo XY, las hembras tienen dos cromosomas X, mientras que los
machos sólo tienen uno. No obstante, los genes de mantenimiento se expresan
aproximadamente en el mismo grado en machos que en hembras. En otras palabras,
existe compensación de dosis. ¿Cómo se cumple dicha compensación? La respuesta
depende del organismo. En las moscas de la fruta, los cromosomas X de los machos
parecen estar hiperactivados, permitiendo que se transcriban al doble de la tasa en que
se transcriben cualquiera de los X femeninos. Como resultado, el macho XY de
Drosophila tiene una dosis génica equivalente a la de la hembra XX. En mamíferos, por
el contrario, la regla es que no importa cuántos cromosomas X haya presentes, sólo uno
se transcribirá activamente en cada célula somática. Esta regla permite que las hembras
XX de mamíferos tengan una dosis génica equivalente a la del macho XY. La
compensación de dosis en mamíferos se logra por la inactivación del X. Una hembra
con dos cromosomas X, por ejemplo, es un mosaico de dos tipos celulares en los que
uno u otro cromosoma X está activo. Se ha examinado ya este fenómeno en el capítulo
11. De esta manera, los individuos XY y XX producen la misma cantidad de producto
de los genes de mantenimiento. La inactivación del X también explica por qué los triple
X humanos son fenotípicamente normales, ya que sólo uno de los tres cromosomas se
transcribe activamente en una célula dada. De forma similar, un macho XXY está
afectado moderadamente porque sólo uno de los X está activo en cada célula.
¿Por qué los individuos XXY son anormales, dado que los triple X son
fenotípicamente normales? Resulta que unos pocos genes dispersos en el “X inactivo”
persisten transcripcionalmente activos. En los machos XXY, estos genes se transcriben
al doble nivel que se transcriben en los machos XY. En las hembras XXX, por otro
lado, los pocos genes que se transcriben lo hacen a un nivel del 1,5 veces más del nivel
en que se transcriben en la hembra XX normal. Este nivel inferior de “aneuploidía
funcional” en los XXX respecto de los XXY, más el hecho que los genes activos del X
lleven a la feminización, podrían explicar el fenotipo afeminado de los machos XXY.
La severidad del síndrome de Turner (XO) puede deberse a los efectos deletéreos de la
monosomía, así como a la baja actividad de los genes que se encuentran siempre activos
(Fin de página 571)
23
(Principio de página 572)
en el X, comparados con las hembras XX. Como se observa generalmente en los
aneuploides, la monosomía del cromosoma X produce un fenotipo más anormal que
aquellos que presentan una copia extra del mismo cromosoma (hembras triple X o
machos XXY).
La dosis génica también es importante en los fenotipos de los poliploides. Los
cigotos poliploides humanos surgen a través de varias clases de errores en la división
celular. La mayoría muere en el útero. Ocasionalmente, los bebes triploides pueden
nacer, pero no sobreviven. Este hecho parece violar el principio que los poliploides son
más normales que los aneuploides. La explicación para esta contradicción parece estar
relacionada con la compensación de dosis del cromosoma X. Parte de la regla del
equilibrio génico en los organismos que tienen un solo cromosoma X activo es que debe
estar sólo un X activo por cada dos copias del complemento cromosómico autosómico.
Así, se ha descubierto que algunas células en mamíferos triploides tienen un sólo X
activo, en cambio otras células tienen sorprendentemente dos. Ninguna de estas dos
situaciones está en equilibrio con los genes autosómicos.
Mensaje: La aneuploidía es casi siempre deletérea por el desequilibrio génico: la
proporción entre genes es diferente que en la de los euploides, y esta diferencia
interfiere con el funcionamiento normal del genoma.
16.2 Cambios en la estructura cromosómica
Los cambios en la estructura cromosómica, llamados reordenaciones, abarcan varias
clases principales de acontecimientos. Se puede perder un segmento cromosómico,
constituyendo una deleción, o se puede duplicar, para formar una duplicación. Se
puede revertir la orientación de un segmento dentro del cromosoma, constituyendo una
inversión. Se puede mover un segmento de un cromosoma a otro diferente,
produciendo una translocación. La rotura del DNA es una causa importante de cada
uno de estos sucesos. Para producir un nueva reordenación cromosómica, se deben
romper ambas hebras de DNA en dos lugares distintos, y seguidamente se deben reunir
por los extremos rotos (Figura 16-19, lado izquierdo). Las reordenaciones
cromosómicas por rotura pueden inducirse artificialmente usando radiación ionizante.
24
Esta clase de radiación, particularmente los rayos X y gamma, es de alta energía y causa
numerosas roturas en la doble hélice de DNA.
Para entender cómo se producen las reordenaciones cromosómicas por rotura, se
deben tener en cuenta varios puntos:
1. Cada cromosoma es una sola molécula de DNA de doble cadena.
2. El primer suceso en la producción de una reordenación cromosómica es la
generación de dos o más roturas en la doble cadena en los cromosomas de una
célula (ver Figura 16-19, fila superior izquierda)
3. Las roturas en la doble hélice son potencialmente letales, a menos que sean
reparadas.
4. El sistema de reparación de la célula corrige las roturas de la doble cadena
reuniendo los extremos rotos (véase el Capítulo 15 para una discusión detallada
de la reparación del DNA).
5. Si se reúnen los dos extremos de la misma rotura, se reestablece el orden
original. Sin embargo, si se reúnen dos extremos distintos, el resultado será
algún tipo de reordenación cromosómica.
6. Los únicos tipos de reordenaciones que sobreviven a la meiosis son aquellos que
producen moléculas de DNA que tienen un centrómero y dos telómeros. Si una
reordenación produce un cromosoma que carece de centrómero, el cromosoma
acéntrico no será arrastrado a ningún polo en la anafase de la mitosis o la
meiosis y no se incorporará en ningún núcleo de la progenie celular. Por lo
tanto, el cromosoma acéntrico no se hereda. Si una reordenación produce un
cromosoma con dos centrómeros (dicéntrico), a menudo será arrastrado a
ambos polos simultáneamente durante la anafase, formando un puente
anafásico. Los cromosomas que forman el puente anafásico generalmente no se
incorporan a ninguna de las células resultantes. Si la rotura cromosómica
produce la pérdida de un telómero, el cromosoma resultante no puede replicarse
apropiadamente.
(Fin de página 572)
(Principio de página 573)
Se sugiere revisar en el Capítulo 7 la explicación sobre la necesidad de los
telómeros para realizar la replicación adecuada del DNA (Véase la Figura 7-25).
25
7. Si una reordenación produce una duplicación o una deleción de un segmento de
un cromosoma, el equilibrio génico puede verse afectado. Cuanto mayor es el
segmento que se pierde o se duplica, mayor es la probabilidad que el
desequilibrio génico cause anomalías fenotípicas.
Otra causa importante de las reordenaciones es el entrecruzamiento entre segmentos
repetitivos o duplicados de DNA. Este tipo de entrecruzamiento se denomina
recombinación homóloga no alélica (NAHR, del inglés, Non Allelic Homologous
Recombination). En los organismos que llevan secuencias repetitivas en un cromosoma
o en diferentes cromosomas, existe una ambigüedad respecto a que repeticiones se
aparearán en la meiosis. Si las repeticiones que se aparean no están en la misma
posición relativa en los homólogos, el entrecruzamiento dará lugar a cromosomas
aberrantes. Las deleciones, las duplicaciones, las inversiones y las translocaciones se
pueden producir por recombinación homóloga no alélica (véase la Figura 16-19, lado
derecho).
Hay dos tipos generales de reordenaciones: desequilibradas y equilibradas. Las
reordenaciones desequilibradas cambian la dosis génica de un segmento cromosómico.
La pérdida de una copia de un segmento o la adición de una copia extra puede alterar el
equilibrio génico normal, de igual forma que con las aneuploidías para cromosomas
enteros. Las dos clases básicas de reordenaciones desequilibradas son las deleciones y
las duplicaciones. Una deleción es la pérdida de un segmento dentro de un brazo
cromosómico y la yuxtaposición de los dos segmentos que se encuentran a ambos lados
del segmento delecionado. En el siguiente ejemplo, se muestra la pérdida del segmento
C-D:
A
B
A
B
C
D
E
(Fin de página 573)
(Principio de página 574)
26
E
Una duplicación es la repetición de un segmento de un brazo cromosómico. En
el caso más simple de una duplicación, los dos segmentos están adyacentes (duplicación
en tándem), como en el caso de la duplicación del segmento C:
A
B
C
A
B
C
D
C
E
D
E
Sin embargo, el segmento duplicado se puede insertar en una posición diferente
a la original en el mismo cromosoma o inclusive en un cromosoma distinto.
Las reordenaciones equilibradas cambian el orden génico pero no eliminan ni
duplican ninguna porción de DNA. Los casos básicos de reordenaciones equilibradas
son las inversiones y las translocaciones recíprocas. Una inversión es una reordenación
en la que un segmento interno de un cromosoma se ha roto dos veces, se ha girado 180º,
y finalmente se reúne.
A
B
C
D
E
A
C
B
D
E
Una translocación recíproca es una reordenación en la que dos cromosomas que
no son homólogos se rompen formando fragmentos acéntricos, y luego éstos se
intercambian:
Rotura
Rotura
Translocación
Recíproca
Algunas veces, la rotura del DNA que precede a la formación de reordenaciones
ocurre dentro de los genes. Cuando esto sucede, se altera la función génica porque parte
del gen se mueve a una nueva posición y la transcripción no se completa. Además, las
secuencias de DNA que se encuentran a un lado y a otro de los extremos reunidos de un
cromosoma reordenado son secuencias que normalmente no se yuxtaponen. Algunas
27
veces la reunión ocurre de forma tal que la fusión produce un gen híbrido no funcional
que está compuesto por partes de otros dos genes.
En
las
siguientes
secciones
consideraremos
las
propiedades
de
las
reordenaciones equilibradas y desequilibradas.
Deleciones
Una deleción es simplemente la pérdida de una parte de un brazo cromosómico.
El proceso de deleción requiere dos roturas del cromosoma para cortar el segmento que
interviene. El fragmento delecionado no tiene centrómero, y en consecuencia no puede
ser arrastrado hacia ninguno de los polos por el huso acromático en la división celular,
por lo que se pierde. Los efectos de la deleciones dependen de su tamaño. Se denomina
deleción intragénica a una pequeña deleción dentro de un gen, que ocasiona la
inactividad del mismo y tiene el mismo efecto que tendría una mutación nula de este
gen. Si el fenotipo del homocigoto para la mutación nula es viable, como en el caso del
albinismo humano, la deleción en homocigosis también será viable. Las deleciones
intragénicas se pueden distinguir de las mutaciones causadas por el cambio de un único
nucleótido, ya que los genes con tales deleciones nunca revierten al fenotipo salvaje.
(Fin de página 574)
(Principio de página 575)
Llamaremos deleciones multigénicas a aquellas en las que se han perdido
muchos genes. Las consecuencias de estas reordenaciones son más severas que las
producidas por las deleciones intragénicas. Si una deleción multigénica se lleva al
estado de homocigosis por endogamia, de manera que ambos homólogos llevan la
misma deleción, la combinación es letal siempre. Este hecho sugiere que todas las
regiones de los cromosomas son esenciales para la viabilidad normal y que la
eliminación completa de cualquier segmento del genoma es deletérea. Incluso un
individuo heterocigótico para una deleción multigénica, que tiene un homólogo normal
y uno portador de la deleción, podría no sobrevivir. Generalmente, este resultado letal se
debe a la interrupción del equilibrio génico normal. De manera alternativa, la deleción
permitiría “descubrir” alelos recesivos deletéreos, pues pueden expresarse al hallarse en
una única copia.
28
Mensaje: La letalidad de las deleciones heterocigóticas grandes puede explicarse por el
desequilibrio génico y por la expresión de los alelos recesivos deletéreos.
A menudo, las deleciones pequeñas son viables en combinación con un
cromosoma homólogo normal. Tales deleciones pueden identificarse al examinar los
cromosomas meióticos bajo el microscopio. La ausencia de apareamiento en el
cromosoma delecionado con el segmento correspondiente de su homólogo crea un
bucle de deleción visible (Figura 16-20a). En Drosophila, los bucles de deleción
también son visibles en los cromosomas politénicos. Estos cromosomas se pueden
observar en las células de las glándulas salivares y en otros tejidos específicos de ciertos
insectos. En estas células, los cromosomas homólogos se encuentran apareados y
replican muchas veces sin separarse, así que cada cromosoma es un “manojo” grueso
formado por miles de réplicas. Los cromosomas politénicos son fácilmente visibles, y
cada uno presenta un patrón de bandas claras y oscuras cuya posición y número es fijo.
Estas bandas actúan como puntos de referencia cromosómicos muy útiles. En la Figura
16-20b se observa un ejemplo de cromosoma politénico en el que un cromosoma
homólogo porta una deleción y el otro cromosoma es normal. La deleción puede
asignarse a una lugas específico si examinamos microscópicamente los cromosomas
politénicos y determinamos la posición del bucle de deleción.
Otra pista de la presencia de una deleción es que la pérdida de un segmento en
un homólogo, a veces desenmascara a los alelos recesivos que están presentes en el otro
homólogo, lo que permite su expresión inesperada. Considere, por ejemplo, la deleción
que se muestra en el diagrama siguiente:
abcdefg
+
++++
Fenotipo:
+bc++++
Si no hubiera deleción, no se esperaría que en ninguno de los siete alelos
recesivos se observara en el fenotipo. Sin embargo, si b y c se expresan, eso quiere decir
que probablemente ha ocurrido una deleción que se expande sobre los genes b+ y c+. Se
denomina pseudodominancia a la expresión de los alelos recesivos debido a los efectos
de la deleción.
En el caso inverso, si se pudiera conocer el lugar de la deleción, se podría
aplicar el efecto de la pseudodominancia en la dirección opuesta para situar la posición
29
de los alelos mutantes. Este procedimiento se denomina cartografía por deleción, por
el cual se emparejan mutaciones junto con un grupo definido de deleciones solapantes.
Se puede observar un ejemplo en Drosophila en la Figura 16-21. En el diagrama, el
mapa de recombinación se muestra en la parte superior, donde se señalan las distancias
en unidades de mapa desde el extremo izquierdo. Las barras horizontales rojas debajo
de los cromosomas muestran la extensión de cada deleción enumerada a la izquierda.
Cada deleción se empareja con la mutación bajo estudio, y se observa el fenotipo para
ver si la mutación es pseudodominante. Por ejemplo, la mutación pn (prune), muestra
pseudodominancia sólo con la deleción 264-38, y este resultado determina su situación
en la región comprendida entre 2D-4 y 3A-2. Sin embargo, fa (facet) muestra
pseudodominancia
(Fin de página 575)
(Principio de página 576)
con todas las deleciones excepto con dos (258-11 y 258-14); lo que determina su
posición en la banda 3C-7, que es la región que todas tienen en común.
Mensaje: Las deleciones se pueden reconocer por los bucles de deleción y por la
pseudodominancia.
Los médicos encuentran mutaciones en los cromosomas humanos con cierta
regularidad. Las deleciones son generalmente pequeñas, pero tienen efectos adversos,
incluso cuando se encuentran en estado heterocigótico. Las deleciones de regiones
específicas de los cromosomas humanos causan síndromes únicos de anormalidades
fenotípicas. Un ejemplo es el síndrome del “grito de gato” (cri du Chat), causado por
una deleción en estado heterocigótico de la punta del brazo corto del cromosoma 5
(Figura 16-22). Las bandas específicas que se pierden en este síndrome son las 5p15.2 y
5p15.3, las dos bandas identificables más distales en el cromosoma 5. Los brazos cortos
y largos de los cromosomas humanos se denominan tradicionalmente p y q,
respectivamente. El fenotipo más característico de este síndrome es el que le da su
nombre, los infantes afectados lloran como si emitiesen un maullido parecido al de un
gato. Otras manifestaciones del síndrome son la microcefalia (cabeza anormalmente
pequeña) y la cara como de luna llena. Igual que otros síndromes causados por
30
deleciones, el grito de gato incluye retardo mental. La tasa de letalidad es baja, y
muchas personas con esta deleción alcanzan la edad adulta.
Otro ejemplo instructivo es el síndrome de Williams. Esta afección es
autosómica dominante y está caracterizada por un desarrollo inusual del sistema
nervioso junto con ciertos rasgos externos. El síndrome de Williams se encuentra en una
proporción de cerca de 1 en 10 000 personas. Los pacientes a menudo tienen una
habilidad remarcada por la música o el canto. El síndrome está causado casi siempre por
la deleción de 1.5 Mb de uno de los homólogos del cromosoma 7. El análisis de la
secuencia reveló que este segmento contiene 17 genes, algunos de ellos con función
conocida. El fenotipo anormal está causado por insuficiencia haploide de uno o más de
estos 17 genes. El análisis de la secuencia también reveló que el origen de la deleción se
debe a que en la secuencia normal hay copias repetidas del gen llamado PMS, el cual
codifica para una proteína de reparación del DNA. Como ya se ha visto, las secuencias
repetidas pueden actuar como sustrato para el entrecruzamiento desigual.
(Fin de página 576)
(Principio de página 577)
Un entrecruzamiento desigual entre dos copias del gen PMS, que flanquean los
extremos del segmento que contiene 17 genes, lleva a una duplicación (que no se
observa nunca) y a la deleción que origina el síndrome de Williams, como se puede ver
en la Figura 16-23.
La mayoría de las deleciones en los humanos, como las que acabamos de
considerar, surgen de manera espontánea en las gónadas de un progenitor normal de la
persona afectada, así que en la mayoría de los casos no se observan señales de deleción
en los cromosomas de ninguno de los progenitores. De forma menos frecuente, entre los
descendientes de un individuo que lleva una reordenación cromosómica equilibrada que
no ha sido detectada con anterioridad, surgen individuos que llevan una deleción. Por
ejemplo, el síndrome del grito de gato puede resultar de un progenitor heterocigótico
para una translocación recíproca, ya que la segregación de estas reordenaciones produce
deleciones. Las deleciones también pueden resultar de la recombinación producida
dentro de una inversión pericéntrica (una inversión que arrastra el centrómero) en estado
heterocigótico. Ambos mecanismos se detallarán más tarde en este capítulo.
Los animales y las plantas muestran diferencias en la supervivencia de los gametos y de
la descendencia que portan deleciones. Un animal macho con una deleción en uno de
31
sus cromosomas produce esperma que lleva uno u otro cromosoma en un número
aproximadamente igual. Este esperma parece tener cierto grado de funcionalidad a pesar
de su contenido genético. Por otro lado, en las plantas diploides, el polen producido por
un heterocigoto portador de una deleción es de dos tipos: el polen funcional que lleva el
complemento normal y el polen no funcional (abortivo) que lleva el homólogo
deficiente. De esta manera, los granos de polen parecen ser sensibles a los cambios en la
cantidad de material cromosómico, pudiendo actuar para eliminar las deleciones. Este
efecto es análogo a la sensibilidad del polen a la aneuploidía de cromosomas enteros,
descrita previamente en este capítulo. A diferencia de las células espermáticas animales,
cuya actividad metabólica depende de las enzimas que ya han sido previamente
depositadas durante su formación, los granos de polen deben germinar y producir un
tubo polínico largo que crece para fecundar el óvulo. Este crecimiento requiere que el
polen fabrique gran cantidad de enzimas y proteínas,
(Fin de página 577)
(Principio de página 578)
lo que hace que sea sensible a las anormalidades genéticas de su propio núcleo. Los
óvulos de las plantas, por el contrario, son bastante tolerantes a las deleciones, debido
probablemente a que reciben su alimentación del tejido materno que lo envuelve.
Duplicaciones
Los procesos de mutación cromosómica producen algunas veces una copia extra de
alguna región cromosómica. Las regiones duplicadas pueden estar ubicadas de manera
adyacente, lo que se llama duplicaciones en tándem, o la copia extra puede estar
localizada en cualquier otra parte del genoma, lo que se denomina duplicación
insercional. Una célula diploide que contiene una duplicación llevará tres copias de la
región cromosómica en cuestión: dos en un complemento cromosómico y una en el
otro; este es un ejemplo de un heterocigoto para una duplicación. En la profase
meiótica, los heterocigotos para duplicaciones en tándem muestran un bucle que abarca
la región extra que no se encuentra apareada.
Las duplicaciones sintéticas que cubren regiones conocidas pueden emplearse en
la cartografía génica. En los haploides, por ejemplo, una cepa con un complemento
cromosómico normal que porta una nueva mutación recesiva m puede cruzarse con
distintas cepas que llevan un número de reordenaciones que generan duplicaciones (por
32
ejemplo, translocaciones e inversiones pericéntricas). En un cruzamiento cualquiera, si
la progenie que porta la duplicación tiene un fenotipo recesivo, querría decir que la
duplicación no se expande en la región que comprende al gen m, ya que si lo hiciera,
este segmento extra podría enmascarar al alelo recesivo m.
El análisis de las secuencias de DNA del genoma ha revelado un alto nivel de
duplicaciones en los humanos así como en otros organismos modelo. Las repeticiones
de secuencias simples se encuentran extendidas en todo el genoma y son marcadores
moleculares útiles para la cartografía, como ya fue discutido en capítulos anteriores. Sin
embrago, existe otra clase de duplicaciones basadas en unidades duplicadas que son
mucho más grandes que simples secuencias repetidas. A este tipo de duplicaciones se
las denominan duplicaciones segmentales. Las unidades duplicadas en las
duplicaciones segmentales tienen un tamaño que se extiende desde 10 a 50 kilobases y
llevan genes enteros así como las regiones intergénicas. La extensión de las
duplicaciones segmentales se muestra en la Figura 16-24, en la que se puede observar
que la mayoría de las duplicaciones están dispersas, aunque existen algunos casos de
duplicaciones en tándem. Otra propiedad que se muestra en la Figura 16-24 es que la
dispersión de las unidades duplicadas se da mayoritariamente dentro de un mismo
cromosoma, no entre cromosomas. El origen de las duplicaciones segmentales todavía
se desconoce.
Se piensa que las duplicaciones segmentales tienen un rol importante como
sustrato para la recombinación homóloga no alélica, como se muestra en la Figura 1619. El entrecruzamiento entre duplicaciones segmentales puede llevar a diversas
reordenaciones cromosómicas. Estas reordenaciones parecen haber tenido una gran
importancia en la evolución, puesto que algunas de las inversiones mayores que
constituyen las diferencias claves entre las secuencias de los humanos y los monos
provienen de la recombinación homóloga no alélica. También parece probable que este
fenómeno de recombinación haya sido el responsable de reordenaciones que causan
algunas enfermedades humanas. Los loci de tales enfermedades se encuentran en “sitios
calientes” de duplicaciones segmentales; como se puede observar en los ejemplos de la
Figura 16-24.
Se ha visto que en algunos organismos tales como los poliploides, el genoma
actual evolucionó como resultado de la duplicación de un genoma ancestral completo.
Cuando se duplica el genoma completo, cada gen se duplica también. Estos genes
duplicados son el origen de algunas de las duplicaciones segmentales descubiertas en
33
los genomas. Un caso bien estudiado es el de la levadura del pan, Saccharomyces
cerevisiae. La evolución de este genoma ha sido analizada comparando la secuencia del
genoma completo de S. cerevisiae con el de otra levadura, Kluyveromyces, cuyo
genoma es similar al del ancestro de las levaduras. Aparentemente, en el curso de la
evolución de Saccharomyces, el genoma ancestral, que era similar al de Kluyveromyces,
se duplicó, creándose dos juegos completos del genoma. Luego que ocurriera la
duplicación, muchas copias génicas se fueron perdiendo en uno u otro de los juegos, y
los juegos remanentes se reordenaron, resultando en el actual genoma de
Saccharomyces. Este proceso está reconstruido en la Figura 16-25.
(Fin de página 578)
(Principio de página 580)
Inversiones
Como ya se ha visto, para crear una inversión, se corta un segmento de un cromosoma,
se gira y se reinserta. Las inversiones son de dos clases básicas. Si el centrómero se
encuentra fuera de la inversión, se la denomina paracéntrica. Si la inversión involucra
al centrómero se denomina pericéntrica.
Secuencia normal
A B
C
D
E
F
Paracéntrica
A B
C
E
D
F
Pericéntrica
A D
C
B
E
F
Debido a que las inversiones son reordenaciones equilibradas, la cantidad total
de material genético no cambia, y por lo tanto no resulta en desequilibrio génico. Los
individuos con inversiones son generalmente normales, si no se ha roto ningún gen al
producirse la inversión. Una rotura que interrumpe un gen produce una mutación que
puede ser detectada como un fenotipo anormal. Si el gen tiene una función esencial,
entonces el punto de rotura actúa como una mutación letal ligada a la inversión. En tal
caso, la inversión no llegará a estar en estado homocigótico. Sin embargo, muchas
inversiones pueden encontrarse en estado homocigótico,
(Fin de página 580)
34
(Principio de página 581)
es más, las inversiones pueden detectarse en organismos haploides. En estos casos, los
puntos de rotura de la inversión no se encuentran en regiones esenciales. En la Figura
16-26 se puede observar algunas de las posibles consecuencias de las inversiones en el
nivel del DNA.
La mayoría de los análisis de las inversiones son llevados a cabo en células
diploides que llevan un complemento normal y un complemento portador de una
inversión. A este tipo de células se las denomina heterocigóticas para la inversión,
pero se debe apuntar que esta designación no implica que algún locus génico sea
heterocigoto, sino que lleva un complemento formado por un cromosoma normal y otro
anormal. A menudo, la localización del segmento invertido puede observarse al
microscopio. En la meiosis, un cromosoma se retuerce en los extremos de la inversión
para emparejarse con el homólogo no invertido; de este modo, los homólogos apareados
forman un bucle de inversión visible (Figura 16-27).
En una inversión paracéntrica, el entrecruzamiento producido en la meiosis
dentro del bucle de inversión conecta a los centrómeros homólogos formando un
puente dicéntrico y un fragmento acéntrico (Figura 16-28). Así, cuando los
cromosomas se separan en anafase I, los centrómeros permanecen ligados por el puente.
El fragmento acéntrico no se puede alinear consigo mismo ni desplazarse, y en
consecuencia se pierde. La tensión en el puente dicéntrico ocasionalmente produce una
rotura que da origen a dos cromosomas con deleciones terminales. Los gametos que
contienen dichos cromosomas o los cigotos que ellos forman, serán inviables. Por lo
tanto, un suceso de entrecruzamiento, que normalmente genera las clases recombinantes
de los productos meióticos, es letal para estos productos. El resultado neto es una
disminución drástica de la frecuencia de recombinantes viables. De hecho,
(Fin de página 581)
(Principio de página 582)
para los genes que se sitúan dentro de la inversión, la frecuencia de recombinación es
próxima a cero. No es exactamente cero, debido a que se dan algunos dobles
entrecruzamientos dentro de la inversión que produce recombinantes viables. Para los
genes que flanquean la inversión, la frecuencia de recombinación, FR, se reduce en
proporción al tamaño de la inversión. Para una inversión mayor, hay una gran
35
probabilidad de que ocurra un entrecruzamiento dentro y produzca gametos inviables en
la meiosis.
En un heterocigoto para una inversión pericéntrica, el efecto genético neto es el
mismo que para la inversión paracéntrica, no se recuperan los productos de
recombinación, aunque las razones aquí son diferentes. En una inversión pericéntrica,
los centrómeros están contenidos dentro de la inversión. En consecuencia, los
cromosomas que están implicados en un entrecruzamiento se separan de una manera
normal, sin formar un puente (Figura 16-29). Sin embargo, el entrecruzamiento produce
cromátidas que contienen una duplicación y una deleción en distintas partes del
cromosoma. En este caso, si un gameto que porta alguna de estas anomalías es
fecundado, el cigoto morirá a causa del desequilibrio génico. De nuevo, el resultado es
que sólo las cromátidas que no han sufrido entrecruzamiento estarán presentes en la
progenie viable. De esta forma, el valor de FR en los genes que están dentro de una
inversión pericéntrica será cero.
Las inversiones también afectan de otras formas a la recombinación. Los
heterocigotos para una inversión a menudo tienen problemas mecánicos para aparearse
en la región de la inversión. El bucle de inversión causa una gran distorsión que puede
extenderse más allá del bucle en sí. Esta distorsión reduce la probabilidad de un
entrecruzamiento en las regiones colindantes.
A continuación, considere un ejemplo de los efectos de una inversión sobre la
frecuencia de recombinación. Un espécimen salvaje de Drosophila proveniente de una
población natural se cruza con un homocigoto recesivo de una línea de laboratorio dp
cn/dp cn. El alelo dp codifica para alas dumpy (rechonchas) y el alelo cn codifica para
ojos cinabrio (cinnabar). Se sabe que los dos genes se encuentran en el cromosoma 2, a
una distancia de 45 unidades de mapa. La generación F1 es de fenotipo salvaje. Cuando
se cruza una hembra F1 con un parental recesivo, la progenie es
250
salvaje
+ +/dp cn
246
dumpy cinnabar
dp cn/dp cn
5
dumpy
dp +/dp cn
7
cinnabar
+ cn/dp cn
En este cruzamiento prueba dihíbrido se espera que el 45% de la progenie sea
dumpy o cinnabar (pues constituyen las clases recombinantes), pero sólo se obtienen 12
de 508, casi un 2%. Algunas veces se observa reducido el entrecruzamiento de esta
36
región, y una posible explicación es una inversión que se extiende sobre la región donde
se encuentran los alelos dp-cn. Debido a que la frecuencia de recombinación esperada
estaba basada en medidas hechas en líneas del laboratorio, la mosca salvaje de la
naturaleza fue la fuente más probable del cromosoma invertido. Por lo tanto, el
cromosoma 2 en la F1 podría representarse como el siguiente:
dp
dp
cn
cn
+ (Inversión) +
+
Inversión
+
(Fin de página 582)
(Principio de página 583)
Las inversiones pericéntricas también pueden ser detectadas microscópicamente
a través de una nueva proporción de brazos cromosómicos:
Normal
Proporción de brazo, largo:corto 4:1
Inversión
Proporción de brazo, largo:corto 1:1
Observe que la proporción de tamaño del brazo largo respecto del corto cambia
de casi 4:1 a casi 1:1 por la inversión. Las inversiones paracéntricas en cambio, no
alteran la proporción de brazo cromosómico, pero pueden detectarse al microscopio
observando los cambios en el patrón de bandas u otras marcas cromosómicas que estén
disponibles.
Mensaje: La principal característica diagnóstica de los heterocigotos para inversiones
son los bucles de inversión, la frecuencia reducida de recombinación y la fertilidad
disminuida por el desequilibrio o la deleción en los productos meióticos.
37
En algunos modelos experimentales, principalmente en Drosophila y el
nematodo Caenorhabditis elegans, las inversiones se emplean como balanceadores. Un
cromosoma balanceador contiene múltiples inversiones; de manera que cuando se
combina con el cromosoma salvaje correspondiente puede ocurrir que los productos de
la recombinación no sean viables. Para algunos análisis es importante mantener una
cepa que porte todos los alelos juntos en un cromosoma. Con este fin, los genetistas
construyen individuos con genomas que combinan un cromosoma portador de múltiples
alelos con un cromosoma balanceador. Esta combinación elimina el entrecruzamiento,
de manera que sólo se heredan las combinaciones parentales en la progenie. Por
conveniencia, los cromosomas balanceadores están marcados con una mutación
morfológica dominante. El marcador permite al genetista seguir la segregación del
cromosoma balanceador o de su homólogo normal simplemente por la presencia o la
ausencia del marcador.
Translocaciones recíprocas
Hay diversos tipos de translocaciones, pero aquí se considerará sólo las translocaciones
recíprocas, que es el tipo más simple. Recuerde que para formar una translocación
recíproca dos cromosomas deben intercambian fragmentos acéntricos generados por dos
roturas cromosómicas simultáneas. Como ocurre en otras reordenaciones, la meiosis en
los heterocigotos que tienen dos cromosomas translocados junto a sus dos homólogos
normales produce configuraciones características. La Figura 16-30 ilustra la meiosis de
un individuo que es heterocigoto para una translocación recíproca. Se puede observar la
configuración del apareamiento en forma de cruz. Debido a que la ley de segregación
independiente es válida en estos casos, hay dos tipos comunes de patrones de
segregación. A partir de ahora se empleará N1 y N2 para representar los cromosomas
normales, y T1 y T2 para representar los cromosomas translocados. La segregación de
cada cromosoma estructuralmente normal con uno de los translocados (T1 + N2 y T2 +
N1) se denomina segregación adyacente-1. Cada uno de los dos productos meióticos es
deficiente para un brazo diferente de la cruz y tiene duplicado el otro brazo, generando
así productos que son inviables. Por otro lado, la segregación conjunta de los dos
cromosomas normales hacia un polo, y los dos translocados hacia el otro polo, generará
productos N1 + N2, y T1 y T2. Este patrón se denomina segregación alternante, y
genera productos que están equilibrados y por tanto viables.
38
Las segregaciones adyacente-1 y alternante se producen en igual número, de
manera que la mitad de la población total de gametos será inviable, una condición
conocida como semiesterilidad o “mitad estéril”. La semiesterilidad es una herramienta
diagnóstica importante para identificar heterocigotos para una translocación. Sin
embargo, la semiesterilidad se define de forma diferente
(Fin de página 583)
(Principio de página 584)
en plantas y animales. En las plantas, el 50% de los productos meióticos que provienen
de la segregación adyacente-1 abortan generalmente en el estado de gameto (Figura 1631). En los animales, estos productos son viables como gametos, pero letales para los
cigotos producidos tras la fecundación.
Recuerde que los heterocigotos para las inversiones también pueden mostrar
alguna reducción en la fertilidad, pero la cantidad depende del tamaño de la región
afectada. Una reducción exacta del 50% en los gametos viables o en los cigotos es una
pista diagnóstica fiable para una translocación.
Los genes que se encuentran en los cromosomas translocados actúan como si
estuvieran genéticamente ligados si sus loci están cerca del punto de rotura de la
translocación. La Figura 16-32 muestra un heterocigoto para una translocación que se
ha establecido a partir de un cruzamiento entre un individuo a/a ; b/b con un
homocigoto para la translocación que porta los alelos salvajes. Cuando el heterocigoto
se emplea en un cruzamiento prueba, se crean recombinantes que no sobreviven, ya que
llevan genomas desequilibrados, con duplicaciones y deleciones. La única progenie
viable es la que porta los genotipos de los progenitores, por lo que se observa
ligamiento entre loci que se encontraban originalmente en cromosomas distintos. El
ligamiento aparente de genes que se sabe que están en cromosomas separados no
homólogos (llamado algunas veces pseudoligamiento) es una pista genética clave para
diagnosticar la presencia de translocaciones.
Mensaje
Los
heterocigotos
para
translocaciones
recíprocas
se
diagnostican
genéticamente por la semiesterilidad y por el aparente ligamiento de genes cuyos loci se
encuentran en cromosomas separados.
39
Translocaciones robertsonianas
Volvamos a la familia del hijo con Síndrome de Down, presentada al inicio del capítulo.
El nacimiento puede ser verdaderamente una coincidencia, ya que después de todo, las
coincidencias ocurren.
(Fin de página 584)
(Principio de página 585)
Sin embargo, el aborto nos da una pista que indica que algo más podría estar
ocurriendo. Una gran proporción de abortos espontáneos llevan anormalidades
cromosómicas, así que quizás ésto podría ser el caso del ejemplo. De ser así, la pareja
podría haber tenido dos concepciones con mutaciones cromosómicas, un fenómeno muy
improbable si no hay una causa común. Sin embargo, una pequeña proporción de casos
de síndrome de Down son el resultado de una translocación en uno de sus padres. Se ha
visto que las translocaciones pueden producir progenie que tiene material extra de parte
del genoma; y así, una translocación que implique al cromosoma 21 puede producir
progenie que tenga material extra de este cromosoma. En el síndrome de Down, la
translocación responsable es del tipo llamado translocación robertsoniana. La
translocación y su segregación se ilustran en la Figura 16-33. Observe que
(Fin de Página 585)
(Principio de Página 586)
además de los complementos que causan el síndrome de Down, se producen otros
complementos cromosómicos aberrantes, la mayoría de los cuales terminan en aborto.
En nuestro ejemplo, el hombre podría tener esta translocación, que podría haber
heredado de su abuela. Para confirmar esta posibilidad, se deberían analizar sus
cromosomas. El hijo que no esté afectado podría tener cromosomas normales o podría
haber heredado también la translocación.
Aplicación de las inversiones y translocaciones
Las inversiones y las translocaciones son herramientas genéticas útiles, como se verá a
continuación en algunos ejemplos.
Mapas génicos: Las inversiones y las translocaciones son útiles para hacer un mapa de
genes específicos y su aislamiento posterior. El gen de la neurofibromatosis humana fue
40
aislado de esta manera. La información crítica proviene de personas que no solo tienen
la enfermedad, sino que también llevan translocaciones cromosómicas. Todas las
translocaciones parecían tener un punto de rotura en común, en una banda cercana al
centrómero del cromosoma 17. Por lo tanto, en esta banda debería encontrarse el gen de
la neurofibromatosis, que ha sido interrumpido por el punto de rotura de la
translocación. El análisis posterior demostró que la posición exacta de los puntos de
rotura de la translocación variaba de localización. Sin embargo, puesto que debían estar
dentro del gen, el recorrido abarcado por estas posiciones reveló el segmento del
cromosoma que contenía el gen de la neurofibromatosis. El aislamiento de fragmentos
de DNA de esta región llevó finalmente a la recuperación del mismo gen.
Síntesis de duplicaciones o deleciones específicas Las translocaciones y las
inversiones se emplean de manera rutinaria para duplicar o delecionar un segmento
específico de un cromosoma. Recordemos, por ejemplo, que tanto las inversiones
pericéntricas como las translocaciones generan productos meióticos que contienen una
duplicación y una deleción (véase Figuras 16-29 y 16-30). Si el segmento involucrado
es muy pequeño, entonces los productos meióticos duplicados y delecionados son
equivalentes a una duplicación o una deleción, respectivamente. Las duplicaciones y las
deleciones son útiles para una variedad de aplicaciones experimentales, incluyendo la
cartografía génica y la variación de la dosis génica para los estudios de regulación,
como se ha visto en las secciones precedentes.
Otra aproximación para la creación de duplicaciones utiliza las translocaciones
insercionales unidireccionales, donde se remueve un segmento de un cromosoma y se
inserta en otro. En un heterocigoto para una translocación insercional se producirá una
duplicación si el cromosoma con la inserción segrega junto con la copia normal.
Variegación por efecto de posición: Como se ha visto en el Capítulo 11, la acción de
un gen puede ser bloqueada en la proximidad a una región del cromosoma densamente
teñida llamada heterocromatina. Las translocaciones y las inversiones pueden
emplearse para estudiar este efecto. Por ejemplo, el locus para el color del ojo blanco en
Drosophila está cerca del extremo del cromosoma X. Considere una translocación en la
que el extremo de un cromosoma X que tiene el alelo w+ es recolocado cerca de la
región heterocromática del cromosoma 4 (Figura 16-34a, sección superior). La
variegación por efecto de posición se observa en moscas que son heterocigotas para
41
dicha translocación. El cromosoma X normal en uno de estos heterocigotos lleva el
alelo recesivo w. El fenotipo del ojo que se espera es rojo porque
(Fin de página 586)
(Principio de página 587)
el alelo salvaje es dominante sobre w. Sin embargo, el fenotipo observado en estos
casos es una mezcla variegada de facetas rojas y blancas (Figura 16-34b). ¿Cómo se
puede explicar las de áreas blancas? El alelo w+ no se expresa en todas las facetas,
porque la heterocromatina circundante es variable: en algunas células, se “traga” e
inactiva al gen w+, permitiendo así la expresión de w. Si la posición de w+ y w se
intercambiaran por entrecruzamiento, entonces la variegación por efecto de posición no
se detectaría (véase la Figura 16-34a, en la sección inferior).
Reordenaciones y cáncer
El cáncer es una enfermedad debida a una proliferación anormal de las células. Como
resultado de alguna agresión inflingida, una célula del cuerpo se divide fuera de control
hasta formar una población celular denominada cáncer. Un grupo localizado de células
que han proliferado se denomina tumor, mientras que los cánceres de células móviles,
como las células sanguíneas, se dispersan por el cuerpo. El cáncer se produce muy a
menudo por una mutación en las secuencias codificadoras o reguladoras de un gen cuya
función normal es la regulación de la división celular. Estos genes se denominan
protooncogenes. Sin embargo, las reordenaciones cromosómicas, especialmente las
translocaciones, también pueden interferir con la función normal de los protooncogenes.
Hay dos formas básicas en las cuales las translocaciones pueden alterar la
función de los protooncogenes. En el primer mecanismo, la translocación resitúa un
protooncogén en la cercanía de un nuevo elemento regulador. Un buen ejemplo de este
mecanismo se observa en el linfoma de Burkitt. El protooncogén de este cáncer codifica
para la proteína MYC, un factor de transcripción que activa los genes requeridos para la
proliferación celular. Normalmente, el gen myc se transcribe solo cuando una célula
necesita proliferar, pero en las células cancerosas el protooncogén MYC es resituado
cerca de la región reguladora de los genes de las inmunoglobulinas (Ig) (Figura 16-35)
Los genes de las inmunoglobulinas se transcriben constitutivamente, es decir, están
42
activos continuamente. En consecuencia, el gen myc se transcribe en todo momento, y la
proliferación celular se encuentra activada continuamente.
(Fin de página 587)
(Principio de página 588)
El otro mecanismo por el que las translocaciones pueden causar cáncer es
mediante la formación de un gen híbrido. Un ejemplo de este tipo de alteración es la
leucemia mieloide crónica (CML, del inglés, Chronic Mieloide Leukaemia), un cáncer
de los glóbulos blancos de la sangre. Este cáncer puede resultar de la formación de un
gen híbrido entre dos protooncogenes BCR1 y ABL (Figura 16-35b). El protooncogén
abl codifica para una proteína quinasa de una ruta de señalización. La proteína quinasa
transmite una señal que inicia un factor de crecimiento que lleva a la proliferación
celular. La proteína de fusión Bcr1-Abl tiene una actividad permanente de proteína
quinasa. La proteína alterada propaga continuamente su señal de crecimiento,
independientemente de si la señal de iniciación está presente.
Identificación de mutaciones cromosómicas por genómica:
Los microarrays de DNA han hecho posible la detección y cuantificación de
duplicaciones o deleciones de un segmento dado de DNA. La técnica se denomina
hibridación genómica comparativa. El DNA total de tipo salvaje y el de tipo mutante se
marcan con dos colorantes fluorescentes distintos que emiten a diferentes longitudes de
onda lumínica. Estos DNAs marcados se añaden simultáneamente en un microarray de
cDNA, donde ambos hibridan. El microarray se escanea con un detector ajustado a una
longitud de onda y después se vuelve a escanear con la otra longitud de onda. Se calcula
las razón de los valores de fluorescencia para cada cDNA. La razones mutante a salvaje
que son sustancialmente mayor que uno representan a las regiones que se han
amplificado. Una razón de 2 indica una duplicación, y una razón menor de uno revela
una deleción. En la Figura 16-36 se muestran algunos ejemplos.
16.3 Incidencia total de las mutaciones cromosómicas en los humanos.
Las mutaciones cromosómicas surgen sorprendentemente con mucha frecuencia en la
reproducción sexual humana, mostrando que los procesos celulares relevantes tienen un
43
alto nivel de error. La Figura 16-37 muestra la distribución estimada de las mutaciones
cromosómicas
(Fin de página 588)
(Principio de página 589)
en aquellas concepciones humanas que se desarrollan lo suficiente como para
implantarse en el útero. Del 15% estimado de las concepciones que acaban en aborto
espontáneo (embarazos que finalizan naturalmente), la mitad muestra anomalías
cromosómicas. Algunos médicos genetistas creen que este alto nivel es incluso una
subestima, ya que muchos casos nunca llegan a detectarse. Entre los nacidos vivos, el
0.6% tienen anormalidades cromosómicas, dando lugar tanto a aneuploides como a
reordenaciones cromosómicas.
Resumen
La poliploidía es una condición anormal en la que hay un mayor número de
complementos cromosómicos que el número normal. Los poliploides como los
triploides (3n) y los tetraploides (4n) son comunes entre las plantas y también se
encuentran representados en animales. Los organismos con un número impar de
complementos cromosómicos son estériles porque no todos los cromosomas tienen su
pareja en la meiosis. Los cromosomas desapareados se dirigen al azar a los polos de la
célula durante la meiosis, llevando a complementos cromosómicos desequilibrados en
los gametos resultantes. Los gametos desequilibrados no producen descendencia viable.
En los poliploides con un número par de complementos, cada cromosoma tiene una
pareja potencial y así pueden producir gametos equilibrados y progenie fértil.
(Fin de página 589)
(Principio de página 590)
La poliploidía puede producir un organismo de mayores dimensiones; este
descubrimiento ha permitido importantes avances en horticultura y en cultivos de
cereales.
En las plantas, los alopoliploides, que son poliploides formados por combinación
de diferentes complementos cromosómicos de distintas especies, pueden obtenerse
44
cruzando dos especies relacionadas y luego duplicando los cromosomas en la progenie a
través del uso de la colchicina o mediante el método de la fusión de células somáticas.
Estas técnicas tienen aplicaciones potenciales para los agrónomos, ya que los
alopoliploides combinan las características de las dos especies parentales.
Cuando algún accidente celular cambia cualquier parte del complemento
cromosómico, se generan los aneuploides. La aneuploidía en sí misma resulta en un
genotipo desequilibrado con un fenotipo anormal. Los ejemplos de aneuploides
incluyen los monosómicos (2n - 1) y los trisómicos (2n + 1). El síndrome de Down
(trisomía del par 21), el síndrome de Klinefelter (XXY) y el síndrome de Turner (X0)
son ejemplos bien documentados de condiciones aneuploides en humanos. El nivel
espontáneo de aneuploidías en humanos es bastante alto y explica una gran proporción
de enfermedades genéticas en las poblaciones humanas. El fenotipo de un organismo
aneuploide depende mucho del cromosoma particular que se halle afectado. En algunos
casos, tales como la trisomía del par 21, hay una constelación de fenotipos asociados
muy característicos.
El mayor número de casos de aneuploidías surgen de una segregación anómala
accidental de los cromosomas durante la meiosis (no disyunción). El error es
espontáneo y puede ocurrir en cualquier meiocito tanto de la primera como de la
segunda división. En humanos existe un efecto de la edad materna sobre la no
disyunción del cromosoma 21, lo que lleva a una alta incidencia de síndrome de Down
en niños de madres de edad avanzada.
La otra categoría general de mutaciones cromosómicas comprende las
reordenaciones estructurales, que incluyen deleciones, duplicaciones, inversiones y
translocaciones. Estos cambios resultan tanto de la rotura y reunión incorrecta como del
entrecruzamiento entre elementos repetitivos (recombinación homóloga no alélica). Las
reordenaciones cromosómicas son una causa importante de enfermedad en las
poblaciones humanas y son una herramienta muy útil para la generación de cepas
especiales de organismos para la genética experimental y aplicada. En organismos que
llevan un complemento cromosómico normal y otro reordenado (reordenaciones
heterocigóticas), hay unas estructuras inusuales en la meiosis que resultan de la gran
afinidad hacia el apareamiento entre las regiones cromosómicas homólogas. Por
ejemplo, los heterocigotos para una inversión muestran bucles, y los heterocigotos para
translocaciones muestran estructuras en forma de cruz. La segregación de estas
estructuras da lugar a productos meióticos anormales debido a las reordenaciones.
45
Una deleción es la pérdida de una sección del cromosoma, que puede ser
ocasionada tanto por la rotura de un fragmento seguida de su pérdida o por la
segregación de una translocación o una inversión heterocigótica. Si la región removida
en la deleción es esencial para la vida, la deleción en estado heterocigótico es letal. La
deleción en estado heterocigótico también puede ser letal debido al desequilibrio génico,
o bien a la expresión de alelos recesivos por la pérdida de una región cromosómica; este
fenómeno se denomina pseudodominancia.
Las duplicaciones se producen generalmente a partir de otras reordenaciones o
por un entrecruzamiento aberrante. También se produce un desequilibrio del material
genético, lo que conduce a efectos deletéreos en el fenotipo o a la muerte del organismo.
Sin embargo, las duplicaciones pueden ser una fuente de nuevo material para la
evolución, porque la función puede mantenerse en una copia, y la otra copia puede
adquirir nuevas funciones.
Una inversión se debe a que un fragmento cromosómico da un giro de 180º. En
estado homocigótico, las inversiones pueden causar pocos problemas para un
organismo, a menos que la heterocromatina circundante produzca un efecto de posición
o que una de las roturas interrumpa un gen. Por otro lado, los heterocigotos para una
inversión muestran bucles en la meiosis, y si ocurre un entrecruzamiento dentro del
bucle, se producen gametos inviables. Los productos del entrecruzamiento en una
inversión pericéntrica, que abarca el centrómero, difieren de los productos de una
inversión paracéntrica, que no involucra el centrómero. Ambos tipos de inversiones
reducen la frecuencia de recombinación en la región afectada y a menudo resultan en
una fertilidad disminuida.
Una translocación mueve un segmento cromosómico a otra posición del genoma.
Un ejemplo simple es una translocación recíproca, en la que cromosomas no homólogos
intercambian partes. En estado heterocigótico, las translocaciones provocan deleciones
y duplicaciones en los productos meióticos, lo que puede causar cigotos
desequilibrados. Las translocaciones pueden originar nuevos genes ligados. La
segregación al azar de los centrómeros en los heterocigotos para la translocación resulta
en un 50% de productos meióticos desequilibrados, y de esta forma, un 50% de
esterilidad (semiesterilidad).
Términos Clave:
Alopoliploidía (pág. 558)
46
Aneuploide (pág. 558)
Anfiploidía (pág. 561)
Bivalente (pág. 558)
Bucle de deleción (pág. 575)
Bucle de inversión (pág. 581)
Carga genética (pág. 558)
Cartografía por deleción (pág. 575)
Compensación de dosis (pág. 571)
Cromosoma acéntrico (pág. 572)
Cromosoma balanceador (pág. 583)
Cromosoma dicéntrico (pág. 581)
Cromosoma politénico (pág. 575)
Cromosomas homeólogos (pág. 558)
Deleción (pág. 572)
Deleción intragénica (pág. 574)
Deleción multigénica (pág. 575)
Disómico (pág. 565)
Duplicación (pág. 572)
Duplicación en tándem (pág. 578 )
Duplicación insercional (pág. 578)
Duplicación segmental (pág. 578)
Efecto de dosis génica (pág. 570)
Embrioide (pág. 563)
Equilibrio génico (pág. 570)
Euploide (pág. 557)
Fragmento acéntrico (pág. 581)
Heterocigoto para una inversión (pág. 581)
Hexaploide (pág. 557)
Inversión (pág. 572 )
Inversión paracéntrica (pág. 580)
Inversión pericéntrica (pág. 580)
Monoploide (pág. 557)
Monosómico (pág. 565)
Mutación cromosómica (pág. 556)
47
No disyunción (pág. 565)
Nulisómico (pág. 565)
Partenogénesis (pág. 558)
Pentaploide (pág. 557)
Poliploide (pág. 557)
Pseudodominancia (pág. 575)
Pseudoligamiento (pág. 584)
Puente anafásico (pág. 572)
Puente dicéntrico (pág. 575)
Recombinación homóloga no alélica (NAHR) (pág. 573)
Reordenación (pág. 572)
Reordenación desequilibrada (pág. 573)
Reordenación equilibrada (pág. 574)
Segregación adyacente-1 (pág. 583)
Segregación alternante (pág. 583)
Semiesterilidad (pág.583)
Síndrome de Down (pág. 568)
Síndrome de Klinefelter (pág. 567)
Síndrome de Turner (pág. 566)
Tetraploide (pág. 557)
Translocación (pág. 572)
Triploide (pág. 557)
Trisómico (pág. 565)
Trivalente (pág.558)
Univalente (pág. 558)
Página 591
Problemas resueltos del Capítulo 16.
Variegación por efecto de posición (p. 586)
Problema resuelto 1.
Una planta de maíz es heterocigótica para una translocación recíproca y por lo tanto es
semiestéril. Se cruza con una línea cromosómicamente normal que es heterocigótica
48
para el alelo recesivo braquítico (b), situado en el cromosoma 2. Se retrocruza una
planta F1 semiestéril con una homocigota de la línea braquítica. Se obtiene la progenie
con los siguientes fenotipos:
No braquítica
Braquítica
Semiestéril
Fértil
Semiestéril
Fértil
334
27
42
279
a. ¿Qué proporción se esperaría si el cromosoma que lleva el alelo braquítico no
participa en la translocación?
b. ¿Cree que el cromosoma 2 participa en la translocación? Explique su respuesta,
mostrando la configuración de los cromosomas relevantes de la progenie F1 y la
razón por la cual se obtienen éstos números específicos.
Solución
a. Deberíamos comenzar con una aproximación metodológica y redefinir simplemente
los datos en forma de diagrama, donde:
= Los dos cromosomas forman parte de la
translocación
= Cromosoma 2, que lleva el alelo braquítico
Para simplificar el diagrama, no mostraremos los cromosomas divididos en cromátidas
(aunque deberían verse en este estadio de la meiosis). Veamos el diagrama del primer
cruzamiento:
Cepa con la translocación
b+
b+
X
Cepa normal
b
b
Toda la progenie de este cruzamiento será heterocigótica para el cromosoma que lleva
el alelo braquitico, pero ¿Qué sucede con los cromosomas que llevan las
49
translocaciones? En este capítulo, se ha visto que sólo sobreviven los productos de la
segregación alternante y que la mitad de los supervivientes serán cromosómicamente
normales mientras que la otra mitad tendrá los cromosomas reordenados. La
combinación reordenada regenerará un heterocigoto para una translocación cuando se
combine con el complemento cromosómico normal de un progenitor normal. Estos
últimos tipos, los F1
(Fin de página 591)
(Principio de página 592)
semiestériles, son representados como parte de los retrocruzamientos con el parental de
la línea braquítica:
Semiestéril F1
b+
b
X
Cepa de prueba
b
b
En el cálculo de la proporción esperada de fenotipos a partir de este cruzamiento,
debemos
considerar
el
comportamiento
de
los
cromosomas
translocados
independientemente del comportamiento del cromosoma 2. Así, podremos predecir que
la progenie será:
1/2 heterocigotos para la

1/2 b+/b

1/4 semiestériles no braquíticos
translocación (semiestériles)

1/2 b/b

1/4 semiestériles braquíticos

1/2 b+/b

1/4 fértiles no braquíticos

1/2 b/b

1/4 fértiles braquíticos
1/2 normal (fértiles)
50
La proporción predicha 1 : 1 : 1 : 1 es bastante diferente de la obtenida en el
cruzamiento.
b. Debido a que observamos un desvío de la proporción esperada basándonos en la
independencia del fenotipo braquítico y la semi-esterilidad, el cromosoma 2
probablemente forme parte de la translocación. Asumiremos que el locus braquítico (b)
está en el cromosoma amarillo, pero ¿dónde? En el diagrama da igual dónde lo
pongamos, pero sí es importante a nivel genético, ya que la posición del locus b afecta a
la proporción en la progenie. Si suponemos que el locus b está cerca del extremo de la
porción translocada, se puede redibujar el pedigrí:
b
X
b+
b
b+
Semiestéril F1
Cepa de prueba
b
b
b
b+
Si los cromosomas de la F1 semiestéril segregan como en el diagrama anterior, entonces
podríamos predecir:
1/2
Fértil, braquítico
1/2
Semiestéril, no braquítico
La mayoría de la progenie es realmente de este tipo, así que debemos estar en la pista
correcta. Pero, ¿cómo se producen los dos fenotipos menos frecuentes? De alguna
manera, el alelo b+ debe estar en el cromosoma amarillo y el alelo b en el cromosoma
translocado. Esta localización debe conseguirse a través de un entrecruzamiento entre el
cromosoma amarillo y el translocado, de manera que se intercambien los alelos.
51
b
b+
La recombinación de los cromosomas produce alguna progenie fértil y no braquítica, así
como semiestéril y braquítica (estas dos clases juntas suman 69 individuos de la
progenie de un total de 682, es decir, una frecuencia del 10%). Se puede ver que esta
frecuencia es realmente una medida de la distancia en el mapa (10 u.m.) del locus
braquítico al punto de rotura de la translocación. (El mismo resultado básico se podría
haber obtenido si hubiéramos dibujado el locus braquítico en la parte del cromosoma
que está al otro lado del punto de rotura).
Problema resuelto 2. Se dispone de líneas puras de ratones para dos fenotipos
alternativos del comportamiento que sabemos que están determinados por dos alelos en
un locus simple: v que causa que el ratón se mueva como si “bailara un vals”, mientras
que V determina un andar normal. Tras cruzar dos individuos de cada una de las líneas
puras (bailarín de vals y normal), observamos que la F1 es normal, pero
inesperadamente hay una hembra bailarina. Se cruza la hembra F1 bailarina con dos
machos bailarines diferentes y se observa sólo descendencia bailarina. Cuando se cruza
a la hembra bailarina con ratones normales, la progenie es normal sin ningún bailarín.
Luego se cruzan tres hembras de la progenie normal con dos de sus hermanos, y
producen una progenie de 60 ratones normales. Sin embargo, cuando se empareja una
de estas tres hembras con un tercer hermano, se obtienen 6 ratones normales y dos
bailarines de una camada de 8. Al pensar en los progenitores de la F1 bailarina, se
pueden considerar varias posibles explicaciones de estos resultados:
a. Un alelo dominante podría haber mutado a un alelo recesivo en alguno de sus
progenitores.
b. En un padre, podría haber habido una mutación dominante en un segundo gen que
creara un alelo epistático que actúa previniendo la expresión de V, llevando a la
expresión de los bailarines.
c. La no disyunción en la meiosis del cromosoma que lleva el alelo V en un padre
normal podría haber dado aneuploides viables.
52
d. Podría haber habido una deleción viable que comprendiera la región del locus V en el
meiocito de uno de sus padres normales.
(Fin de página 592)
(Principio de página 593)
¿Cuál de estas explicaciones es posible, y cuál puede ser eliminada por análisis
genéticos? Lo explicaremos en detalle.
SOLUCIÓN
La mejor forma de responder a estas preguntas es buscar una explicación para cada
pregunta y luego ver si los resultados son compatibles con cada una de las respuestas.
a. Mutación V a v.
Esta hipótesis requiere que la hembra excepcional bailarina sea homocigótica
v/v. Esta suposición es compatible con los resultados del apareamiento con sus
hermanos bailarines, ya que si ella fuese v/v, produciría toda la descendencia bailarina
(v/v), y al cruzarse con sus hermanos normales, debería producir descendencia normal
(V/v). Sin embargo, los apareamientos hermanos-hermanas dentro de esta progenie
normal deberían haber producido una proporción 3:1 de normales:bailarines. Debido a
que alguno de los apareamientos hermanos-hermanas no produjo descendencia
bailarina, esta hipótesis no explica los resultados.
b. Mutación epistática s a S.
Aquí los progenitores deben ser V/V · s/s y v/v · s/s, y una mutación en la línea
germinal de uno de ellos debe haber originado a la F1 bailarina con genotipo V/v · S/s.
Cuando cruzamos a esta hembra con un macho bailarín, cuyo genotipo debe ser v/v · s/s,
debemos esperar alguna progenie V/v · S/s, de fenotipo normal. Sin embargo, no vimos
progenie normal entre la descendencia de este cruzamiento, así que esta hipótesis está
descartada. El ligamiento podría salvar esta hipótesis temporalmente si suponemos que
la mutación fue en el padre normal, que daba gametos V/S. Entonces la hembra F1
bailarina debía ser VS/vs, y, si el ligamiento es lo suficientemente fuerte, no se deberían
producir gametos V·s o producirse unos pocos, del tipo que son necesarios para
combinar con los gametos v s del macho para dar V s/V s normales. Sin embargo, si la
53
hipótesis del ligamiento fuera cierta, el cruzamiento con machos normales debería ser V
S/ v s X V s/V s, y así debería haber dado un alto porcentaje de progenie V S/V s, que
debería ser bailarina, y no se obtuvo.
c. No disyunción en el progenitor normal.
Esta explicación podría dar gametos nulisómicos que deberían combinar con v
para dar la F1 bailarina que sería de genotipo hemicigoto v. Los siguientes
apareamientos deberían ser:
- v X v/v, el cual daría progenie v/v y v, todos bailarines. Esto encaja .
- v X V/V, la cual daría progenie V/v y V, todos normales, lo cual también encaja.
- El primer cruzamiento de progenie normal: V X V. Este cruzamiento entre hermanos
daría V y V/V, los cuales serían todos normales. Esto también encaja.
- El segundo cruzamiento entre hermanos de progenie normal: V X V/v. Estos
cruzamientos darían un 25 por ciento de cada variante V/V, V/v, V (todos normales), y v
(bailarines). Esto también encaja.
Esta hipótesis, por lo tanto, es consistente con los resultados observados.
d. Deleción de V en el padre normal.
La llamaremos deleción D. La progenie F1 bailarina debe haber sido D/v, y así
los siguientes apareamientos deberían haber sido:
-
D/v X v/v, que da v/v y D /v, que son todos bailarines. Esto encaja.
-
D/v X V/V, que da V/v y D /V, que serían normales. Esto encaja.
-
El primer cruzamiento de progenie normal: D/V X D/V, daría D /V y V/V, todos
normales. Esto encaja.
-
El segundo cruzamiento de progenie normal: D/V X V/v, daría un 25% de cada
uno de V/V, V/v, D/V (todos normales), y D/v (bailarines). Esto también ajusta.
De nuevo, esta hipótesis encaja con los resultados observados; de manera que estamos
en presencia de dos hipótesis que son compatibles con nuestros resultados, de manera
que debemos hacer experimentos adicionales para distinguir entre ellas. Una manera de
hacerlo sería examinar los cromosomas de la hembra excepcional bajo el microscopio;
de manera que la aneuploidía podría distinguirse fácilmente de la deleción.
54
Problemas
PROBLEMAS BÁSICOS.
1. Teniendo en cuenta el estilo de la Tabla 16-1, ¿cómo podría llamar a los organismos
que son MM N OO; MM NN OO; MMM NN PP?
2. Una planta grande surge en una población natural. Cualitativamente, se asemeja al
resto, excepto en que es mucho mayor. ¿Es más probable que sea un alopoliploide o un
autopoliploide? ¿Cómo podría probar que se trata de poliploidía y que no es debido a
que haya crecido en un suelo rico?
3. Un trisómico; ¿es un aneuploide o un poliploide?
4. En un tetraploide B/B/b/b, ¿cuántos emparejamientos de cuadrivalentes posibles hay?
Dibújelos (observando la Figura 16-5).
5. Si alguien le dice que la coliflor es un anfiploide. ¿Estaría de acuerdo? Explíquelo.
6. ¿Por qué Raphanobrassica es fértil, mientras que sus progenitores no lo son?
7. En la designación de los genomas del trigo, ¿cuántos cromosomas están designados
con la letra B?
8. ¿Cómo podría “recrear” el trigo común hexaploide a partir de Triticum tauschii y
Emmer?
9. ¿Cómo crearía una plántula monoploide comenzando de una planta diploide?
10. Se obtiene un producto disómico en la meiosis. ¿Cuál es su origen más probable?
¿Qué otros genotipos podría esperar entre los productos de la meiosis bajo esta
hipótesis?
55
11. Un trisómico A/A/a ¿puede producir un gameto de genotipo a?
(Fin de página 593)
(Principio de página 594)
12. ¿Cuál, si hay alguno, de los siguientes aneuploides para cromosomas sexuales en
humanos es fértil: XXX, XXY, XYY, XO?
13. ¿Por qué a una madre de edad avanzada se le suele hacer rutinariamente una
amniocentesis o CVS?
14. En una inversión, ¿es el extremo 5’ del DNA el que siempre se une a otro extremo
5’? Explique la respuesta.
15. Si observa un puente dicéntrico en la meiosis, ¿qué reordenación ha tenido lugar?
16. ¿Por qué se pierde un fragmento acéntrico?
17. Dibuje una translocación que surja a partir de DNA repetitivo. Repita el dibujo para
una deleción.
18. A partir de un gran stock disponible de reordenaciones en Neurospora de un centro
genético de stocks fúngicos, ¿qué tipo de reordenación elegiría para sintetizar una línea
que tenga una duplicación del brazo derecho del cromosoma 3 y una deleción del
extremo del cromosoma 4?
19. Se observa un bucle de apareamiento muy grande en la meiosis. ¿Es más probable
que sea de un heterocigoto para una inversión o de un heterocigoto para una deleción?
Explique la respuesta.
20. Un nuevo alelo recesivo mutante no muestra pseudodominancia con ninguna
deleción que se localice en el cromosoma 2 de Drosophila. ¿Cuál podría ser la
explicación?
56
21. Compare y contraste el origen del síndrome de Turner, el síndrome de Williams, el
síndrome cri du chat y el síndrome de Down. (¿Por qué se llaman síndromes?)
22. Enumere las características diagnósticas (genéticas o citológicas) que se emplean
para identificar estas alteraciones cromosómicas:
a- Deleciones
b- Duplicaciones
c- Inversiones
d- Translocaciones
23. La secuencia normal de nueve genes en un cromosoma de Drosophila es
123·456789, donde el punto representa el centrómero. Algunas moscas de la fruta
presentan cromosomas aberrantes con las siguientes estructuras:
a- 123·476589
b- 123·46789
c- 1654·32789
d- 123·4566789
Denomine cada tipo de reordenación cromosómica, y dibuje diagramas que muestren
para cada caso la sinapsis con un cromosoma normal.
24. Los dos loci P y Bz están normalmente a una distancia de 36 u.m. en el mismo brazo
de un cromosoma de una planta. Una inversión paracéntrica abarca un cuarto de esta
región, pero no incluye a ninguno de estos loci. Qué frecuencia de recombinación
aproximada se podría predecir en esta planta si es:
a. heterocigota para una inversión paracéntrica
b. homocigótica para una inversión paracéntrica.
25. Como se observó en el Problema resuelto 2, un ratón llamado bailarín tiene una
mutación recesiva que causa que el ratón efectúe pasos raros. W.H. Gates cruzó ratones
bailarines con ratones normales, y entre centenares de progenie normal, surgió una
única hembra bailarina. Cuando se cruzó con un ratón bailarín, produjo una
descendencia de bailarines únicamente. Cuando se cruzó con un macho homocigótico
normal, produjo descendencia normal. Algunos de estos machos y hembras de la
descendencia normal fueron cruzados, y no apareció ningún descendiente bailarín en la
57
progenie. T.S. Painter examinó los cromosomas de los ratones bailarines que derivaron
de los cruzamientos de Gates y observó un comportamiento similar al del original, una
única hembra bailarina. Descubrió que estos ratones tienen 40 cromosomas, como el
ratón normal y el ratón bailarín. Pero en la hembra inusual bailarina, un miembro de un
par cromosómico era, sin embargo, anormalmente corto. Interprete estas observaciones
completamente, tanto a nivel genético como citológico. (Problema 25 es de A.M. Srb,
R.D. Owen, y R.S. Edgar, General genetics, 2nd ed. W.H. Freeman and Company,
1965.)
26. Seis bandas en un cromosoma de glándulas salivares de Drosophila se muestran en
la siguiente ilustración, junto con la amplitud de cinco deleciones (Del 1 a Del 5):
1
2 3 4 5 6
Del 1
-------------
Del 2
-------
Del 3
-----------
Del 4
---------
Del 5
-----------
Se sabe que los alelos recesivos a, b, c, d, e y f se encuentran en la región, pero se
desconoce su orden. Cuando las deleciones se combinan con cada alelo, se obtienen los
siguientes resultados:
a
b
c
d
e
f
Del 1
-
-
-
+
+
+
Del 2
-
+
-
+
+
+
Del 3
-
+
-
+
-
+
Del 4
+
+
-
-
-
+
Del 5
+
+
+
-
-
-
(Fin de página 594)
(Principio de página 595)
En esta tabla, un signo menos indica que la deleción está en la región correspondiente al
alelo salvaje (la deleción descubre al alelo recesivo), y el signo más determina que el
58
alelo salvaje correspondiente se halla presente. Usando estos datos, infiera qué bandas
de los cromosomas politénicos contiene cada gen. (El problema 26 está tomado de D.L.
Hartl, D. Friefelder, and L.A. Snyder, Basic genetics, Jones and Bartlett, 1988)
27. Una mosca de la fruta es heterocigota para una inversión paracéntrica. Sin embargo,
fue imposible obtener moscas homocigóticas para la inversión a pesar que se intentó
muchas veces. ¿Cuál es la explicación más probable para esta incapacidad de obtener
moscas homocigóticas para la inversión?
28. Los orangutanes son una especie protegida en su hábitat natural (las islas de Borneo
y Sumatra), y se ha establecido un programa de cría en cautividad usando orangutanes
mantenidos en zoológicos de todo el mundo. Un componente de este programa es la
investigación citogenética del orangután. Esta investigación ha mostrado que todos los
orangutanes de Borneo portan una forma de cromosoma 2, como se muestra en el
diagrama que acompaña, y todos los orangutanes de Sumatra llevan otra forma. Antes
de que se detectaran estas diferencias citogenéticas, se llevaron a cabo algunos
cruzamientos entre animales de diferentes islas, y se obtuvieron 14 híbridos entre la
progenie que ahora están siendo criados en cautividad.
a. ¿Qué término o términos describirían las diferencias entre estos cromosomas?
b. Dibuje el cromosoma 2, apareado en la primera profase meiótica, en uno de los
híbridos del orangután. Asegúrese de mostrar las bandas marcadoras indicadas
en el diagrama que acompaña al ejercicio, además de rotular todas las partes del
dibujo.
c. En el 30% de la meiosis, habrá un entrecruzamiento en la región comprendida
entre las bandas p1.1 y q1.2. Dibuje el cromosoma 2 en los gametos que
resultarían de una meiosis en la que ha ocurrido un único entrecruzamiento
dentro de la banda q1.1.
d. ¿Qué fracción de los gametos producidos por un orangután híbrido dará origen a
una progenie viable, si estos cromosomas son los únicos en los que difieren los
progenitores? (El Problema 28 fue tomado de Rosmary Redfield)
29. En el maíz, los genes de tamaño del penacho (alelos T y t) y de resistencia a la roya
(alelos R y r) se encuentran en cromosomas separados. Mientras se realizaban
59
cruzamientos de rutina, un agricultor observó que una planta T/t; R/r produjo un
resultado inusual en un cruzamiento prueba con polen progenitor doble recesivo t/t; r/r.
Los resultados fueron:
Progenie: T/t; R/r 98
t/t; r/r 104
T/t; r/r 3
t/t¸ R/r 5
Mazorcas de maíz: Sólo la mitad produjo semillas en la cantidad normal.
a. ¿Qué características importantes de los datos son distintas de los resultados
esperados?
b. Desarrolle una hipótesis concisa que explique los resultados.
c. Describa los genotipos de los progenitores y la progenie.
d. Dibuje un diagrama que muestre el orden de los alelos en los cromosomas.
e. Explique el origen de las dos clases de la progenie que tienen tres y cinco
miembros.
Problema 29 paso a paso:
1. ¿Qué significa “gen para tamaño del penacho” y “gen de resistencia a la roya”?
2. ¿Es relevante que no se haya dado el significado preciso de los símbolos alélicos
T, t, R, r? ¿Por qué? o ¿por qué no?
3. ¿Cómo se relacionan los términos gen y alelo aquí empleado con los conceptos
de locus y par génico?
4. ¿Cuál es la evidencia experimental previa que sugirió a los genetistas del maíz
que los dos genes se encuentran en cromosomas separados?
5. ¿Qué se imagina que son los “cruzamientos de rutina” para un agricultor del
maíz?
6. ¿Qué término se emplea para describir los genotipos del tipo T/t; R/r?
7. ¿Qué es el “polen parental”?
8. ¿Qué son los cruzamientos prueba, y por qué los genetistas los consideran tan
útiles?
60
9. Una vez el agricultor ha realizado el cruzamiento prueba ¿Qué tipo de
descendientes y que frecuencias respectivas obtendrían los mejoradores del
cruzamiento prueba?
10. Describa cómo difiere la progenie esperada de la observada.
11. ¿Qué se puede decir de la igualdad aproximada de las dos primeras clases de
progenie?
12. ¿Qué se puede decir de la igualdad aproximada de las dos últimas clases de
progenie?
13. ¿Cuáles fueron los gametos de la planta inusual y cuáles fueron sus
proporciones?
14. ¿Qué gametos son mayoritarios?
15. ¿Qué gametos son minoritarios?
16. ¿Qué clases de descendientes parecen ser recombinantes?
(Fin de página 595)
(Principio de página 596)
17. ¿Qué combinaciones alélicas parecen estar ligadas?
18. ¿Cómo pueden estar ligados genes que supuestamente están en cromosomas
separados?
19. ¿Qué nos dicen las clases mayoritarias y minoritarias sobre el genotipo de la
planta inusual?
20. ¿Qué es una mazorca?
21. ¿Cómo es una mazorca normal? (Esboce una y rotúlela).
22. ¿Cómo son las mazorcas de este cruzamiento? (Esboce una).
23. ¿Qué es exactamente un grano de maíz?
24. ¿Qué efecto podría llevar a la ausencia de la mitad de los granos?
25. ¿Ha muerto la mitad de los granos de la mazorca? Si es así, ¿fue la madre o el
padre la causa de la muerte?
Ahora intente resolver el problema.
30. El color amarillo en Drosophila está causado por un alelo mutante, y, de un gen
situado en el extremo del cromosoma X (el alelo salvaje causa el color de cuerpo gris).
En un experimento de radiación, se irradió un macho salvaje con rayos X y se cruzó con
61
una hembra de color amarillo. La mayoría de los descendientes macho eran amarillos,
como se esperaba, pero el conteo de cientos de descendientes reveló que había dos
machos de color gris (fenotípicamente salvajes). Estos machos de color salvaje fueron
cruzados con hembras amarillas, y se obtuvieron los siguientes resultados:
Macho gris 1 x hembra amarilla
hembras amarillas/machos grises
Macho gris 2 x hembra amarilla
½ hembras amarillas/ ½ hembras grises/
½ machos amarillos/ ½ machos grises.
a. Explique el origen y el comportamiento del cruzamiento del macho gris 1.
b. Explique el origen y el comportamiento del cruzamiento del macho gris 2.
31. En el maíz, el alelo Pr codifica el color de semilla verde, mientras que el alelo pr el
color de semilla púrpura. Se cruza una planta de maíz pr/pr de cromosomas normales
con una planta Pr/Pr homocigótica para una translocación recíproca entre los
cromosomas 2 y 5. La F1 es semiestéril y de fenotipo Pr (color de la semilla). El
cruzamiento prueba con el parental de cromosomas normales dio como resultado 764 Pr
semiestériles, 145 pr semiestériles, 186 Pr normales y 727 pr normales. ¿Cuál es la
distancia entre el locus Pr y el punto de la translocación?
32. Distinga entre síndrome de Klinefelter, Down y Turner. ¿Qué síndrome se encuentra
en ambos sexos?
33. Demuestre cómo se podría obtener un alotetraploide entre dos especies relacionadas
de plantas diploides, ambas con una dotación cromosómica 2n = 28.
34. En Drosophila los monosómicos y trisómicos para el diminuto cromosoma 4 son
viables, pero los nulisómicos y tetrasómicos no lo son. El locus b está situado en este
cromosoma. Deduzca las proporciones fenotípicas en la descendencia de los siguientes
cruzamientos de trisómicos.
a. b+/b/b x b/b
b. b+/b+/b x b/b
c. b+/b+/b x b+/b
62
35. Una paciente afectada por el síndrome de Turner presenta también ceguera para los
colores (un fenotipo recesivo ligado al cromosoma X). Tanto su padre como su madre
tienen una visión normal.
a. Explique el origen simultáneo del síndrome de Turner y la ceguera a través del
comportamiento anormal de los cromosomas en la meiosis.
b. ¿Podría explicar si el comportamiento cromosómico anormal ocurrió en el padre o en la
madre?
c. ¿Podría explicar si el comportamiento cromosómico anormal ocurrió en la primera o en la
segunda división meiótica?
d. Ahora suponga que un hombre ciego para los colores con síndrome de Klinefelter tiene
padres con visión normal, y responda las preguntas a, b y c.
36. ¿Cómo construiría un pentaploide?
b. ¿Cómo construiría un triploide de genotipo A/a/a?
c. Acaba de obtener una mutación recesiva a* poco común en una planta diploide que
por análisis mendeliano deducimos que es A/a*. ¿Cómo sintetizaría un tetraploide (4n)
A/A/a*/a*?
d. ¿Cómo sintetizaría un tetraploide de genotipo A/a/a/a?
37. Suponga que tiene una línea de ratones que presenta distintas formas citológicas del
cromosoma 4. El extremo del cromosoma puede tener un engrosamiento (denominado
4K), un satélite (denominado 4S) o no presentar ninguna de estas estructuras (4). A
continuación se representan esquemas de los tres tipos:
(Fin de página 596)
(Principio de página 597)
Al realizar un cruzamiento entre una hembra 4K/4S y un macho 4/4, se observa que
aparecen los descendientes 4K/4 y 4S/4 esperados. Sin embargo, ocasionalmente
aparecen algunos individuos raros, como se indica a continuación (todos los otros
cromosomas son normales):
a. 4K/4K 4
b. 4K/4S/4
c. 4K
63
Dé una explicación a los fenotipos raros obtenidos. Indique, con tanta precisión como le
sea posible, los estudios en los que se basaron, e indique también si los fenómenos
ocurrieron en el parental macho, en el parental hembra o en el cigoto. (Razone
brevemente sus respuestas.)
38. Se realiza un cruzamiento en el tomate entre una planta hembra trisómica para el
cromosoma 6 y una planta diploide normal y homocigótica para un alelo recesivo que
produce hojas tipo patata (p/p). Se realiza un cruzamiento prueba entre una planta
trisómica de la F1 y una planta macho de hojas tipo patata.
a. Si suponemos que p está situado en el cromosoma 6, ¿qué proporción esperaría de
plantas normales y plantas con hojas semejantes a las de la patata?
b. Si suponemos que p no está en el cromosoma 6, ¿cuál es la proporción esperada de
plantas normales y plantas con hojas tipo patata?
39. Una genetista que trabaja con el tomate intentó asignar cinco alelos recesivos a
cromosomas concretos utilizando trisómicos. Cada mutante homocigótico (2n) se cruzó
con tres trisómicos para los cromosomas 1, 7 y 10. De estos cruzamientos, se seleccionó
la descendencia trisómica (menos vigorosa). Esta descendencia trisómica se retrocruzó
con el homocigoto recesivo adecuado. Se examinó la descendencia diploide de estos
cruzamientos, observándose los siguientes resultados, donde las proporciones
silvestre:mutante fueron
Mutación
Cromosoma trisómico
d y c h cot
1 48:55 72:29 56:50 53:54 32:28
7 52:56 52:48 52:51 58:56 81:40
10 45:42 36:33 28:32 96:50 20:17
¿Qué mutantes pueden asignarse a sus cromosomas respectivos? (Dé una explicación
detallada de su respuesta).
40. Una petunia es heterocigota para los siguientes homólogos autosómicos:
A·BCDEFGHI
a·bcdhgfei
64
a. Dibuje la configuración del apareamiento que vería en metafase I, e identifique todas
las partes de su diagrama. Numere las cromátidas secuencialmente desde el extremo
superior al inferior de la página.
b. Se produce un doble entrecruzamiento donde están implicados tres hebras, un
entrecruzamiento entre los loci C y D de las cromátidas 1 y 3, y el segundo
entrecruzamiento entre los loci G y H de las cromátidas 2 y 3. Esquematice los
resultados los sucesos de recombinación tal como se verían en anafase I, e identifique
todas las partes de su diagrama.
c. Dibuje el patrón cromosómico que observaría en la anafase II después de los
entrecruzamientos descritos en la parte b.
d. Diga que genotipos de los gametos de esta meiosis producirán descendientes viables.
Suponga que todos los gametos se fecundan con polen que tiene el orden de genes A B
C D E F G H I.
41. Dos grupos de genetistas, en California y en Chile, inician un trabajo para construir un
mapa de ligamiento de la mosca Mediterránea de la fruta. Ambos han identificado de forma
independiente los loci que determinan el color del cuerpo (B = negro, b = gris) y la forma
del ojo (R = circular, r = estrellado), que están separados 28 u.m. Se intercambiaron la cepas
y efectuaron cruces, de los que se obtuvieron los resultados que se muestran a continuación:
(Tabla pagina 597 segunda columna)
Cruce F1
Progenie de F1 x cualquier b r / b r
a. Proponga una hipótesis genética que explique los resultados de los tres cruzamientos
prueba.
b. Dibuje los rasgos cromosómicos característicos de la meiosis en la F1 de un cruzamiento
entre las estirpes de California y Chile.
(Fin de página 597)
(Principio de página 598)
42. En un cruzamiento prueba, una planta de maíz aberrante da los siguientes valores de RF:
Intervalo
d-f f-b b-x x-y y-p
Control 5 18 23 12 6
Planta aberrante 5 2 2 0 6
(El orden de los loci es centrómero-d-f-b-x-y-p). La planta aberrante es una planta sana,
65
pero produce bastantes menos óvulos y polen que la planta control.
a. proponga una hipótesis para explicar los valores de recombinación anormal y la fertilidad
reducida en la planta aberrante.
b. Emplee diagramas para explicar el origen de los recombinantes de acuerdo a su hipótesis.
43. Los siguientes loci de maíz se encuentran en un brazo del cromosoma 9 en el orden que
se indica a continuación (las distancias entre ellos se muestran en unidades de mapa):
c——bz—wx——sh——d——centrómero
12 8 10 20 10
C da lugar a aleurona coloreada; c a aleurona blanca.
Bz da lugar a hojas verdes; bz a hojas de color bronce.
Wx da lugar a semillas almidonadas; wx a semillas cerosas.
Sh da lugar a semillas lisas; sh a semillas rugosas.
D da lugar a plantas altas; d a plantas enanas.
Una planta de una estirpe homocigótica para los cinco alelos recesivos se cruza con otra
planta silvestre procedente de México que es homocigótica para los cinco alelos
dominantes. Los individuos de la generación F1 expresan todos los alelos dominantes, y
cuando se realiza un cruzamiento prueba con el parental recesivo, encontramos en la
descendencia los siguientes fenotipos:
Coloreada, verde, almidonadas, lisa, alta 360
Blanca, bronce, cerosas, rugosa, enana 355
Coloreada, bronce, cerosas, rugosa, enana 40
Blanca, verde, almidonadas, lisa, alta 46
Coloreada, verde, almidonadas, lisa, enana 85
Blanca, bronce, cerosas, rugosa, alta 84
Coloreada, bronce, cerosas, rugosa, alta 8
Blanca, verde, almidonadas, lisa, enana 9
Coloreada, verde, cerosas, lisa, alta 7
Blanca, bronce, almidonadas, rugosa, enana 6
Proponga una hipótesis que explique los resultados. Incluya los siguientes datos:
a. una exposición general de su hipótesis, dibujando diagramas si es necesario.
b. el por qué aparecen 10 clases fenotípicas.
c. una explicación del origen de cada clase, incluyendo su frecuencia.
d. una forma, al menos, de comprobar su hipótesis.
66
44. Plantas del maíz cromosómicamente normales presentan un locus p en el cromosoma 1
y un locus s en el cromosoma 5.
P da lugar a hojas de color verde oscuro; p, verde claro.
S produce espigas grandes; s, espigas pequeñas.
Una planta original de genotipo P/p; S/s muestra el fenotipo esperado (hojas de color verde
oscuras y mazorcas grandes), pero da resultados inesperados en los cruzamientos que se
detallan a continuación:

Cuando se autofecunda, la fertilidad es normal, pero la frecuencia del tipo p/p ; s/s
es 1/4 (en lugar del 1/16 esperado).

Cuando se hace un cruzamiento prueba con una planta normal de genotipo p/p ; s/s,
la generación F1 resultante es 1/2 P/p ; S/s y 1/2 p/p ; s/s, siendo la fertilidad normal.

Cuando se lleva a cabo el cruzamiento entre una planta P/p ; S/s de la F1 y una
planta normal p/p ; s/s, se produce semiesterilidad, pero la descendencia sigue
siendo 1/2 P/p ; S/s y 1/2 p/p ; s/s.
Explique estos resultados, mostrando los genotipos completos de la planta original, de la
utilizada en los cruzamientos prueba y de las plantas F1. ¿Cómo comprobaría su hipótesis?
45. Una rata macho, que es fenotípicamente normal, presenta determinadas anomalías
reproductivas cuando se compara con machos normales, tal como se muestra en la tabla de
abajo. Proponga una explicación genética a estos resultados inusuales, e indique cómo
podría comprobarse su idea.
(Tabla página 598 sección inferior)
Embriones (número promedio)
Cruzamiento Implantados en la pared uterina Degenerados luego de la implantación
Normales Degeneración (%)
Macho excepcional x hembra normal 8.7 5.0 3.7 57.5
Macho normal x hembra normal 9.5 0.6 8.9 6.5
(Fin de página 598)
(Principio de página 599)
46. Una genetista investigadora del tomate centra sus estudios en Fr, un alelo mutante
dominante que provoca la maduración rápida del fruto. Decide encontrar qué cromosoma
contiene este gen utilizando un número de líneas que son trisómicas para un único
cromosoma. Para ello, cruza un mutante diploide homocigótico con cada una de las líneas
trisómicas silvestres.
67
a. Se cruza una planta F1 trisómica con una planta diploide silvestre. ¿Cuál es la proporción
de plantas de maduración rápida y lenta en la descendencia diploide de este segundo cruce
si Fr está en el cromosoma trisómico? Utilice diagramas para explicarlo.
b. ¿Cuál es la proporción de plantas de maduración rápida y lenta en la descendencia
diploide de este segundo cruce si Fr no está en el cromosoma trisómico? Utilice diagramas
para explicarlo.
c. A continuación, se detallan los resultados de los cruzamientos. ¿En qué cromosoma está
Fr y por qué?
Cromosoma triploide
maduración rápida : maduración lenta en la progenie diploide
1 45:47
2 33:34
3 55:52
4 26:30
5 31:32
6 37:41
7 44:79
8 49:53
9 34:34
10 37:39
PROBLEMAS PARA PENSAR
47. En Neurospora, el locus un-3 está situado cerca del centrómero del cromosoma 1, y los
entrecruzamientos entre un-3 y el centrómero son muy raros. El locus ad-3 está al otro lado
del centrómero del mismo cromosoma, y los entrecruzamientos entre ad-3 y el centrómero
ocurren en el 20% de las meiosis (no ocurren múltiples entrecruzamientos).
a. En un cruzamiento normal de un-3 ad-3 x salvaje ¿cuál es su predicción sobre los tipos
de ascas lineales que se producen y sus frecuencias respectivas (ver Capítulo 4)?
(Especifique los genotipos de las ascosporas en las ascas)
b. La mayoría de las veces estos cruzamientos se comportan como se esperaría, pero en una
ocasión se cruzó una cepa normal un3 ad3 con una cepa silvestre procedente de un campo
de caña de azúcar de Hawai. Los resultados fueron los siguientes:
68
un-3 ad-3
un-3 ad-3
un-3 ad-3
un-3 ad-3
un-3 ad-3
abortivas
un-3 ad-3
abortivas
un-3+ ad-3+
abortivas
un-3+ ad-3+
abortivas
un-3+ ad-3+
un-3+ ad-3+
un-3+ ad-3+
un-3+ ad-3+
(y su versión superior-inferior) (y el otro orden de pares de esporas)
80%
20%
Busque una explicación a estos resultados y comente cómo podría probarla. (Nota: En
Neurospora, las ascosporas com material cromosómico extra sobreviven y son de color
negro normal, mientras que las ascosporas que han perdido alguna región cromosómica son
blancas e inviables).
48. Dos mutaciones en Neurospora, ad-3 y pan-2, se localizan en los cromosomas 1 y 6,
respectivamente. En el laboratorio, se aísla una cepa ad-3 inusual que muestra los resultados
de la siguiente Tabla.
Aspecto de ascospora
1. ad-3 normal pan-2 × normal
2. ad-3 anormal × pan-2 normal
Todas negras
Alrededor de 1 /2 negras y
1/ 2
RF entre ad-3 y pan-2
50%
1%
blancas (inviables)
3. De las ascosporas negras del cruzamiento 2, alrededor de la mitad fueron completamente
normales, mientras que en la otra mitad se repetía el comportamiento anormal de la cepa
ad-3 original.
Explique los resultados obtenidos con la ayuda de esquemas claros. (Nota: En Neurospora,
las ascosporas con material cromosómico extra sobreviven y son de color negro normal,
mientras que las ascosporas que han perdido alguna región cromosómica son blancas e
inviables).
49. Deduzca las proporciones fenotípicas en la progenie de los siguientes cruzamientos de
69
autotetraploides en los cuales el locus a+/a está muy cerca del centrómero. (Suponga que
los cuatro cromosomas homólogos de un tipo se aparean al azar formando bivalentes y que
sólo la copia del alelo a+ es necesaria para obtener el fenotipo salvaje).
a. a+/a+/a/a x a/a/a/a
b. a+/a/a/a x a/a/a/a
c. a+/a/a/a x a+/a/a/a
d. a+/a+/a/a x a+/a/a/a
50. La especie de algodón del Nuevo Mundo Gossypium hirsutum tiene un número
cromosómico 2n de 52. Las especies del Viejo Mundo G. thurberi y G. herbaceum
tienen cada una un número 2n de 26. Los híbridos entre estas especies muestran las
siguientes configuraciones durante el emparejamiento meiótico:
Híbrido
Configuración de los emparejamientos
G. hirsutum
13 bivalentes pequeños
x G. thurberi
+ 13 univalentes largos
G. hirsutum
13 univalentes largos
x G. herbaceum
+ 13 bivalentes largos
G. thurberi
13 univalentes largos
x G. herbaceum
+ 13 univalentes pequeños
Dibuje diagramas que permitan interpretar filogenéticamente estas observaciones,
indicando claramente la relación entre las especies. ¿Cómo demostraría que su
interpretación es correcta? (El problema 50 esta adaptado de A. M. Srb, R. D. Owen y
R. S. Edgar, General Genetics, 2nd. Ed. de W. H. Freeman and Company, 1965).
51. Existen seis especies principales del género Brassica: B. carinata, B. campestris, B.
nigra, B. oleracea, B. juncea y B. napus. Las relaciones entre las seis especies pueden
deducirse a partir de la siguiente tabla:
Especies o Híbridos F1
Nº cromosómico
Nº de bivalentes Nº de univalentes
B. juncea
36
18
0
B. carinata
34
17
0
B. napus
38
19
0
70
B. juncea x B. nigra
26
8
10
B. napus x B. campestris
29
10
9
B. carinata x B. oleracea
26
9
8
B. juncea x B. oleracea
27
0
27
B. carinata x B. campestres
27
0
27
B. napus x B. nigra
27
0
27
a. Deduzca el número de cromosomas de B. campestris, B. nigra y B. oleracea.
b. Indique claramente cualquier relación evolutiva entre las seis especies que pueda
deducir en el nivel cromosómico.
52. En la especie humana existen varios tipos de mosaicos sexuales bien documentados.
Aporte sugerencias sobre cómo podrían haberse producido los siguientes ejemplos:
a. XX/XO (es decir, hay dos tipos celulares en el cuerpo, XX y XO).
b. XX/XXYY
c. XO/XXX
d. XX/XY
e. XO/XX/XXX
53. En Drosophila, se realizó un cruzamiento entre dos moscas mutantes, una es
homocigótica para el alelo recesivo alas curvadas (b del inglés, bent) y la otra es
homocigótica para el alelo recesivo del mutante eyeless (e, sin ojos). Las mutaciones e y
b son alelos de dos genes diferentes que se encuentran muy estrechamente ligados al
diminuto cromosoma 4 autosómico. Toda la progenie presentó el fenotipo salvaje. Se
cruzó una hembra de la progenie con un macho de genotipo b e/b e. Llamaremos a este
cruzamiento cruce 2. La mayor parte de los descendientes del cruce 2 fueron de los
tipos esperados, pero hubo una hembra rara de fenotipo salvaje.
a. Explique cómo es la progenie esperada del cruce 2.
b. Si considera la hembra salvaje rara, ¿podría haber surgido por 1) entrecruzamiento o
por 2) no-disyunción? Explique la respuesta.
c. La hembra rara salvaje se empleó en un cruzamiento prueba con un macho de
genotipo b e/b e (cruce 3). La progenie fue la siguiente:
1/6 salvaje
1/6 ala curvada, sin ojos
71
1/3 ala curvada
1/3 sin ojos
¿Cuál de las dos explicaciones de la pregunta b es compatible con este resultado?
Explique los genotipos y fenotipos de la progenie del cruce 3 y sus proporciones.
Problema 53 paso a paso
1- Defina homocigoto, mutación, alelo, estrechamente ligado, recesivo, salvaje,
entrecruzamiento, no-disyunción, cruzamiento prueba, fenotipo y genotipo.
2- ¿Este problema está relacionado con el ligamiento al sexo? Explique.
3- ¿Cuántos cromosomas tiene Drosophila?
4- Esquematice claramente un pedigrí que resuma los resultados de los cruces 1, 2 y 3.
5- Esquematice los gametos producidos por ambos padres del cruce 1.
6- Esquematice la constitución del cromosoma 4 en la progenie del cruce 1.
7- ¿Le resulta sorprendente que la progenie del cruce 1 sea completamente de fenotipo
salvaje? ¿Qué le dice este resultado?
8- Esquematice la constitución del cromosoma 4 del macho control empleado en el
cruce 2 y los gametos que puede producir este macho.
9- Teniendo en cuenta el cromosoma 4, ¿qué gametos puede producir la hembra
parental del cruce 2 en ausencia de no-disyunción? ¿Cuál sería común y cuál raro?
10- Esquematice la no-disyunción en primera y segunda división meiótica de la hembra
parental del cruce 2, así como los gametos resultantes.
11- ¿Hay algún gameto de la pregunta 10 que sea aneuploide?
12- ¿Podría esperar gametos aneuploides que dieran origen a una progenie viable?
¿Podría ser la progenie nulisómica, monosómica, disómicas o trisómicas?
13- ¿Qué fenotipos de la progenie podrían producir los distintos gametos considerados
en las preguntas 9 y 10?
14- Considere la proporción fenotípica de la progenie del cruce 3. Muchas proporciones
genéticas están expresadas en mitades y cuartos, pero esta proporción está expresada en
tercios y sextos. ¿Qué es lo que podría significar esta proporción?
15- ¿Podría tener algún significado el hecho que los cruces se siguen a través de genes
que se encuentran en un cromosoma muy pequeño? ¿Cuándo el tamaño cromosómico es
relevante en genética?
16- Esquematice la progenie esperada del cruce 3 bajo las dos hipótesis, y proponga una
idea de las proporciones relativas.
72
54. En el hongo Ascobolus (similar a Neurospora), las ascosporas son normalmente
negras. La mutación f, que produce ascosporas color marrón claro (del inglés, fawn),
está en un gen justo a la derecha del centrómero del cromosoma 6, mientras que la
mutación b, que produce ascosporas color beige, está justo a la izquierda del mismo
centrómero. En un cruzamiento de parentales marrón claro y beige (+f x +b), la
mayoría de las octadas mostró cuatro ascosporas marrones claras y cuatro color beige,
como se muestra en la siguiente ilustración. En el esquema, los círculos de color negro
representan el fenotipo salvaje; el fenotipo marrón se representa con una línea vertical;
con una línea horizontal se representa al fenotipo beige; y con un círculo vacío se
representan las ascosporas abortivas o muertas.
a. Dé una explicación razonable para estas tres octadas excepcionales.
b. Esquematice la meiosis que dio origen a la octada 2.
55. El ciclo de vida de Ascobolus es similar al de Neurospora. Un tratamiento
mutagénico produjo dos líneas mutantes, 1 y 2, las cuales al ser cruzadas con el fenotipo
salvaje produjeron tetradas desordenadas, del siguiente tipo (fawn es un color marrón
claro, y normalmente los cruzamientos producen ascosporas de color negro):
Par de esporas 1 negro
Par de esporas 2 negro
Par de esporas 3 fawn
Par de esporas 4 fawn
a. ¿Qué le sugiere este resultado? Explique.
Las dos líneas mutantes fueron cruzadas. La mayoría de las tetradas desordenadas
fueron de los siguientes tipos:
Par de esporas 1 fawn
Par de esporas 2 fawn
Par de esporas 3 fawn
Par de esporas 4 fawn
b. ¿Qué le sugiere este resultado? Explique su respuesta.
Cuando se observó un gran número de tetradas desordenadas bajo el microscopio, se
hallaron algunas raras que contenían esporas negras. Las cuatro clases se muestran en la
siguiente tabla
73
Clase A
Clase B
Clase C
Clase D
Par de esporas 1
negras
negras
negras
negras
Par de esporas 2
negras
fawn
negras
abortivas
Par de esporas 3
fawn
fawn
abortivas
fawn
Par de esporas 4
fawn
fawn
abortivas
fawn
(Nota: Las ascosporas con material cromosómico extra sobreviven, pero aquellas que
contienen menos que un genoma haploide son abortivas)
c. Proponga una explicación genética razonable para cada uno de estos cuatro
casos raros.
d. ¿Piensa que las mutaciones en las dos líneas mutantes originales se produjeron
en un único gen? Explique su respuesta.
74
Figuras:
Pie de Figura, pág. 555:
Translocación recíproca demostrada por la técnica denominada pintado cromosómico.
Una suspensión de cromosomas obtenidos a partir de muchas células se pasan a través
de un dispositivo electrónico que separa los cromosomas por tamaño. Se extrae el
DNA de los cromosomas individuales, se desnaturaliza, se une a un colorante
fluorescente, y se añade a una placa con cromosomas parcialmente desnaturalizados.
El DNA fluorescente “encuentra” su propio cromosoma y se une a él por
complementariedad de bases, “pintándolo”. En este ejemplo, se ha utilizado un
colorante rojo y otro verde para pintar diferentes cromosomas. La Figura superior
muestra cromosomas con bandeo G y la Figura inferior muestra cromosomas pintados.
La preparación con cromosomas pintados muestra un cromosoma normal verde, un
cromosoma normal rojo, y dos que tienen segmentos intercambiados.
[Addenbrookes Hospital/Photo Researches.]
Pág. 556
Niño con síndrome de Down
FIGURA 16-1 El síndrome de Down es el resultado de tener una copia extra del
cromosoma 21. [Bob Daemmrich/The Image works]
FIGURA 16-2 La ilustración está dividida en tres regiones coloreadas para resaltar los
tipos principales de mutaciones cromosómicas que pueden ocurrir: la pérdida, la
ganancia o la relocalización de cromosomas enteros o de segmentos cromosómicos. El
cromosoma salvaje se muestra en el centro de la Figura.
Tipos de mutaciones cromosómicas
1: Relocalización de material genético
2: Translocación
3. Segmento de otro cromosoma
4. Inversión
5. Deleción
6. Secuencia salvaje
7. Duplicación
8. Pérdida de material génico
9. Pérdida de cromosomas
10. Cromosomas extras
11. Ganancia de material génico.
Página 558
El nivel de ploidía mayor produce un mayor tamaño
FIGURA 16-3
Células epidérmicas de la hoja de la planta del tabaco con un aumento del nivel de
ploidía. El tamaño celular incrementa con el incremento en el nivel de ploidía, y es
particularmente evidente en el tamaño del estoma. (a) Diploide; (b) Tetraploide; (c)
Octoploide. [Tomado de W. Williams, Genetics priciples and Plant Breeding.
Blackwell scientific Publications, Ldt., 1964]
1. Estoma
2. 2n
3. (a)
75
4.
5.
6.
7.
4n
(b)
8n
(c)
Página 559
Apareamiento meiótico en triploides
FIGURA 16-4
En la meiosis, los tres cromosomas homólogos de un triploide pueden emparejarse
de dos maneras, como un trivalente o como un bivalente más un univalente.
1. Posibilidades de emparejamiento
2. Trivalente
3. o
4. Bivalente
5. Univalente
La colchicina induce poliploidía
FIGURA 16-5
La colchicina puede aplicarse para generar un tetraploide a partir de un diploide. La
colchicina añadida a células mitóticas durante la metafase y la anafase interrumpe la
formación de las fibras del huso acromático, previniendo la migración de las
cromátidas una vez que el centrómero se ha dividido. Una sola célula contiene pares
de cromosomas idénticos que son homocigóticos para todos los loci.
1. Mitosis en un diplode, 2n = 4
2. Normal
3. Con colchicina
4. Dos células diploides
5. Una célula tetraploide, 4n = 8
Página 560
Emparejamiento cromosómico en un autotetraploide
FIGURA 16-6
En la meiosis de un tetraploide, hay tres posibilidades diferentes de emparejamiento.
Los cuatro cromosomas homólogos pueden emparejarse formando dos bivalentes o
formando un cuadrivalente, y cada uno puede producir gametos funcionales. Una
tercera posibilidad, es un trivalente más un univalente, que produce gametos que no
son funcionales.
1. Posibilidades de emparejamiento
2. Dos bivalentes
3. Un cuadrivalente
4. Univalente + trivalente
Página 561
Orígen del anfiploide Raphanobrassica
FIGURA 16-7
En la progenie de un cruzamiento entre un repollo (Brassica) y un rábano
(Raphanus), el anfiploide fértil surge de una duplicación espontánea en el híbrido
estéril 2n = 18. [Tomado de A.M. Srb, R.D. Owen, and R.S. Edgar, General
Genetics, 2d ed. Copyright 1965 by W.H. freeman and Company. After G.
Karpechenko, Z. Indukt. Abst. Vereb. 48, 1928, 27.]
76
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
n=9
Gametos
n=9
Raphanus
2n = 18
Duplicación espontánea
Parentales
Brassica 2n = 18
Híbrido F1 estéril
n+n=9+9
2n = 18
10. Raphanobrassica
11. Anfiploide fértil
2n + 2n = 18 + 18
4n = 36
Página 562
Origen de tres especies alopoliploides de Brassica
FIGURA 16-8
La alopoliploidía es importante en la producción de nuevas especies. En el ejemplo se
observan tres especies diploides de Brassica (cajas azules) que fueron cruzadas en
diferentes combinaciones para producir sus alopoliploides (cajas rosas). En las cajas se
muestran algunos derivados agronómicos de estas especies.
1. B. oleracea,
2n = 18
Repollo
Coliflor
Brócoli
Col
Colza
Coles de Bruselas
2. n = 9
3. n = 9
4. B. carinata,
2n = 34
Mostaza de Abisinia
5. B. napus
Colinabo
Aciete de colza
6. n = 8
7. B. nigra
2n = 16
Mostaza negra
8. n = 8
9. B. juncea,
2n = 36
Mostaza de hoja
10. n = 10
11. B. campestris,
2n = 20
77
Nabo
Colza de Nabo
Página 263
Origen propuesto del trigo común por anfiploidía ancestral
FIGURA 16-9
Los anfiploides surgen en dos puntos a lo largo de la historia evolutiva del trigo
hexaploide moderno. A, B y D son diferentes complementos cromosómicos.
1. Cultivado como trigo Einkorn AA
2. Trigo diploide salvaje T. monococcum AA
3. Trigo diploide salvaje posiblemente T. searsii BB
4. AB
5. (x2)
6. Trigo tetraploide salvaje T. turgidum AA BB
7. Trigo diploide salvaje T. tauschii DD
8. Cultivado hace 10 000 años como Trigo Emmer AA BB
9. A B D
10. (x2; ~ 8 000 años atrás)
11. Trigo hexaploide T. aestivum AA BB DD
Página 564
Las plantas monoploides pueden generarse por cultivo de tejidos.
FIGURA 16-10
Las plantas monoploides pueden crearse artificialmente a partir de células destinadas a
transformarse en granos de polen, exponiéndolas a un tratamiento de frío en cultivos
tisulares.
1. Anteras
2. Planta diploide
3. Células de polen inmaduro en cultivo
4. Crecimiento de embrioides monoploides
5. Plántula monoploide
6. Planta monoploide.
Las uvas tetraploides son más grandes que las uvas diploides.
FIGURA 16-11
Uvas diploides (izquierda) y uvas tetraploides (derecha). [Copyright Leonard
Lessin/Peter Arnold Inc.]
Página 566
La no disyunción meiótica genera productos aneuploides
FIGURA 16-12
Los productos aneuploides de la meiosis (los gametos) se producen por no-disyunción
de la primera a la segunda división meiótica. Tenga en cuenta que todos los otros
cromosomas presentan el número normal, incluyendo las células en las que no se
muestra ningún cromosoma.
1. No-disyunción en la primera división
2. Segunda división
3. n + 1
4. n + 1
5. n - 1
78
6. n - 1
7. Primera división
8. No-disyunción en la segunda división
9. n + 1
10. n - 1
11. n
12. n
Página 267
Características del síndrome de Turner (XO)
FIGURA 16-13
El síndrome de Turner resulta de la presencia de un único cromosoma X (XO) [Tomado
de F. Vogel y A.G. Motulsky, Human genetics. Springer-Verlag, 1982]
1. Baja estatura
2. Línea del cabello corto
3. Tórax con forma de escudo
4. Pezones ampliamente espaciados
5. IV metacarpiano acortado
6. Uñas pequeñas
7. Manchas marrones (nevi)
8. Rasgos faciales característicos
9. Pliegue de la piel
10. Constricción de la aorta
11. Pobre desarrollo de los pechos
12. Deformidad del codo
13. Ovarios rudimentarios Raya gonadal (estructuras gonadales subdesarrolladas)
14. Sin menstruación
Productos meióticos de un trisómico
FIGURA 16-14
Tres segregaciones igualmente probables pueden tener lugar en la meiosis de un
trisómico A/a/a, produciendo los genotipos que se muestran.
1. Un polo
2. Otro polo
Página 268
Características del síndrome de Klinefelter (XXY)
FIGURA 16-15
El síndrome de Klinefelter resulta de la presencia de dos cromosomas X y un
cromosoma Y. [Tomado de F. Vogel y A.G. Motulsky, Human genetics. SpringerVerlag, 1982.]
1. Estatura alta
2. Físico levemente feminizado
3. CI moderadamente afectado (15 puntos menos del promedio)
4. Tendencia a perder el vello torácico
5. Patrón de vello púbico tipo femenino
6. Calvicie frontal ausente
7. Pobre crecimiento de la barba
8. Desarrollo de pechos (en el 30% de los casos)
9. Osteoporosis
79
10. Testículos pequeños
Página 569
Características del síndrome de Down (trisomía 21)
FIGURA 16-16
El síndrome de Down resulta de la presencia de una copia extra del cromosoma 21.
[Tomado de F. Vogel y A.G. Motulsky, Human genetics. Springer-Verlag, 1982]
1. Fallo del crecimiento
Retardo mental
2. Forma plana del lado posterior de la cabeza
3. Orejas anormales
4. Muchos “bucles” en las huellas dactilares
5. Pliegue de la palma
6. Patrones especiales de las líneas de la mano
7. Ausencia unilateral o bilateral de una costilla
8. Bloqueo intestinal
9. Hernia umbilical
10. Pelvis anormal
11. Tono muscular disminuido
12. Cara ancha y plana, Ojos inclinados, Pliegue epicántico del ojo, Nariz corta
13. Manos cortas y anchas
14. Paladar pequeño y arqueado, Lengua grande y rugosa, Anomalías dentales
15. Enfermedad congénita del corazón
16. Dedos de los pies ampliamente espaciados
Efecto de la edad materna en el síndrome de Down
FIGURA 16-17
Las madres de edad avanzada tienen una mayor proporción de hijos con síndrome
de Down que las madres más jóvenes. [Tomado de L.S. penrose y G.F. Smith,
Down’s Anomaly. Little, Brown and Company, 1966.]
1. Edad de la madre (años)
2. Incidencia de síndrome de Down por número de nacimientos
Página 570
Los trisómicos de Datura
FIGURA 16-18
Cada uno de los 12 posibles trisómicos de Datura presentan desproporciones de
formas distintas. (a) Fruto de Datura. (b) Cada dibujo es de un fruto trisómico
diferente. Se ha nombrado cada uno de ellos. [(a) Dr. G.W.M. Barendse/Nijimen
University Botanical Garden; (b) Tomado de E.W. Sinnott, L.C. Dunn, y T.
Dobzhansky, Principles of Genetics, 5th ed. McGraw-Hill Book Company, 1958]
Página 573
Origen de las reordenaciones cromosómicas
FIGURA 16-19
Cada uno de los cuatros tipos de reordenaciones cromosómicas pueden producirse
por cualquiera de dos mecanismos básicos: ruptura cromosómica y reunión o
entrecruzamiento entre DNA repetitivo. Las regiones cromosómicas están
numeradas del 1 al 10. Los cromosomas homólogos tienen el mismo color.
1. Ruptura y reunión
80
2. Entrecruzamiento entre DNA repetitivo
3. Deleción
4. Deleción y duplicación
5. Inversión
6. Translocación
7. Pérdida
8. Pérdida
9. Ruptura cromosómica
10. Reunión de los extremos rotos
11. Segmentos de DNA repetitivo
12. Entrecruzamiento
Página 575
Bucle de deleción en Drosophila
FIGURA 16-20
En la meiosis, los cromosomas de un heterocigoto para una deleción adquieren una
configuración en forma de bucle. (a) En el aperamiento meiótico, el homólogo
normal forma un bucle. Los genes de este bucle no tienen alelos para hacer sinapsis.
(b) Debido a que los cromosomas politénicos de Drosophila (descubiertos en
glándulas salivares y otras localizaciones específicas) tienen un patrón de bandas
específico, se puede inferir cuál es la banda que se ha perdido en el homólogo
delecionado observando las bandas que aparecen en el bucle del homólogo normal.
[(b) Tomado de William M. Gelbart]
1. (a) Cromosomas meióticos
2. (b) Cromosomas politénicos
Página 576
Cartografía de alelos mutantes por pseudodominancia
FIGURA 16-21
Una cepa de Drosophila heterocigótica para una deleción y con cromosomas
normales puede emplearse para cartografiar alelos mutantes. Las barras rojas
muestran la longitud del segmento delecionado en 13 deleciones. Todos los alelos
recesivos que se encuentran en la región delecionada se expresarán.
1. Mapa de ligamiento (u.m.)
2. Región de cromosoma politénico
3. Extensión de las 13 deleciones
Página 577
Deleción que causa el síndrome del cri du chat
FIGURA 16-22
El síndrome cri du chat está causado por la pérdida del extremo del brazo corto de
uno de los homólogos del cromosoma 5.
1. Deleción
2. 5 normal
3. 5 delecionado
Origen probable de la deleción del síndrome de Williams
FIGURA 16-23
81
Un entrecruzamiento entre las copias del gen PMS que se encuentran en los
extremos opuestos de un segmento de 17 genes, da lugar a dos reordenaciones
cromosómicas, una de las cuales corresponde a la deleción del síndrome de
Williams.
1. Secuencia normal
2. PMS
3. PMS
4. 17 genes
5. Entrecruzamiento desigual
6. PMS
7. PMS
8. PMS
9. PMS
10. Deleción del síndrome de Williams
11. PMS
12. más
13. Duplicación.
Página 579
Mapa de duplicaciones segmentales en el genoma humano
FIGURA 16-24
El mapa de los cromosomas humanos 1, 2, y 3 muestra la posición de las
duplicaciones mayores de 10 kilobases. Las líneas azules muestran las duplicaciones
intracromosómicas (la gran mayoría). Las duplicaciones intercromosómicas se
muestran con barras rojas. Las letras A y B indican puntos calientes (hotspots),
donde la recombinación de las duplicaciones ha dado origen a desórdenes genéticos.
[Tomado de J. A. Bailey et al., “Recent segmental duplication in the Human
Genome”, Science 297, 2002, 1003-1007]
Las duplicaciones surgieron en el genoma de Saccharomyces por poliploidía
ancestral
FIGURA 16-25
Un ancestro común similar a la actual levadura Kluyveromyces duplicó su genoma
(1). Algunos genes se perdieron (2). Genes duplicados como el 3 y el 13 están en el
mismo orden relativo. En el panel inferior se comparan los dos genomas modernos.
[Tomado de la Figura 1, Manolis Kellis, Bruce W. Birren, y Eric S. Lander, “Proof
and evolutionary Analysis of Ancient Genome duplication in the yeast
Saccharomyces cerevisiae”, Nature, vol 428, April 8, 2004, copyright Nature
Publishing Group]
1. Ancestro común
2. Linaje de Saccharomyces
3. Linaje de Kluyveromyces
4. 1. El genoma duplicado
5. 2. Algunos genes se perdieron
6. Una comparación de dos genomas de levaduras
7. S. cereviciae copia 1
8. K. waltii
9. S. cereviciae copia 2
Página 580
82
Las inversiones pueden causar diversos cambios estructurales en el DNA
FIGURA 16-26
Una inversión puede no tener ningún efecto sobre los genes, o puede interrumpirlos,
o puede fusionar partes de dos genes, dependiendo de la localización del punto de
rotura. Los genes están representados por A, B, C y D. La hebra molde está en verde
oscuro, la hebra alterada en verde claro; la línea zigzag roja indica el lugar donde la
rotura produjo la fusión génica (A con D), después de la inversión y la reunión. La
letra P simboliza el promotor; y las flechas indican la posición de los puntos de
rotura.
1. Puntos de rotura entre genes
Secuencia normal
2. Roturas en el DNA
3. Alineamiento invertido
4. Reunión de los extremos para completar la inversión
5. Una rotura entre genes
6. Una rotura dentro del gen C (C interrumpido)
7. Rotura en los genes A y D
8. Creación de fusión génica
9. 10. 11. Inversión
Página 581
Bucles de inversión en la meiosis
FIGURA 16-27
Los cromosomas de los heterocigotos para una inversión se emparejan formando un
bucle en la meiosis. (a) Representación esquemática. (b) Micrografía electrónica de
los complejos sinaptonémicos en profase I de la meiosis de un ratón heterocigótico
para una inversión paracéntrica. Se muestran tres meiocitos diferentes. [(b) Tomado
de M.J.Moses, Department of Anatomy, Duke Medical Center]
1. Normal
2. Inversión
3. Bucle de inversión
4. WWW.animated art Reordenaciones cromosómicas: formación de inversiones
paracéntricas.
Página 582
Las inversiones paracéntricas pueden dar productos con deleciones
FIGURA 16-28
Un entrecruzamiento en el bucle de inversión de un heterocigoto para una inversión
paracéntrica da origen a cromosomas que contienen deleciones.
1. Heterocigoto para una inversión paracéntrica
2. Emparejamiento
3. Entrecruzamiento en el bucle
4. Segregación
5. Fragmento acéntrico (pérdida)
6. Puente dicéntrico que se rompe al azar
7. Producto normal
8. Producto con deleción
9. Producto con deleción
10. Producto con inversión
83
11. WWW.animated art Reordenaciones cromosómicas: comportamiento meiótico
de las inversiones paracéntricas.
Página 583
Las inversiones pericéntricas pueden originar productos de duplicación y deleción.
FIGURA 16-29
Un entrecruzamiento dentro del bucle de una inversión pericéntrica de un
heterocigoto da origen a cromosomas que contienen duplicaciones y deleciones.
1. Heterocigoto para una inversión pericéntrica
2. Emparejamiento
3. Entrecruzamiento en el bucle
4. Segregación
5. Final de la meiosis I
6. Final de la meiosis II
7. Producto normal
8. Duplicación del brazo A
Deleción del brazo D
9. Duplicación del brazo D
Deleción del brazo A
11. Producto con inversión
Página 584
Los dos principales patrones de segregación cromosómica en un heterocigoto para
una translocación recíproca.
FIGURA 16-30
Los cromosomas segregantes de un heterocigoto para una translocación recíproca
adquieren una configuración de los emparejamientos en forma de cruz. Los dos
patrones más comunes de segregación son el “adyacente-1”, a menudo inviable, y el
viable “alternante”. N1 y N2 son los cromosomas no homólogos normales; T1 y T2
son los cromosomas translocados. Arriba y abajo designa los polos opuestos a los
que migran los homólogos en la anafase I.
1. Heterocigoto para una translocación
2. Posición original de los segmentos translocados
3. N1
4. N2
5. Normal
6. Translocados
7. T1
8. T2
9. Configuración del emparejamiento
10. T1
11. N2
12. N1
13. T2
14. Dos tipos de segregación:
Adyacente-1
Productos finales de la meiosis
Arriba T1+N2
Duplicación del segmento translocado púrpura, y deleción de naranja
A menudo inviable
Alternante
84
Arriba T1+T2 Genotipo de translocación
Abajo N1+N2 Normal
www.animated art
Ambos completos y viables
Reordenaciones cromosómicas: translocaciones recíprocas
Polen normal y abortivo de un heterocigoto para una translocación
FIGURA 16-31
Polen de una planta semiestéril del maíz. Los granos de polen claros contienen los
productos meióticos cromosómicamente desequilibrados de un heterocigoto para una
translocación recíproca. Los granos de polen opacos, que contienen cromosomas
translocados o normales, son funcionales en la fecundación y el desarrollo. [William
Sheridan.]
Página 585
Pseudoligamiento de genes en un heterocigoto para una translocación
FIGURA 16-32
Cuando un fragmento translocado lleva un gen marcador, éste puede mostrarse ligado a
genes que se localizan en el otro cromosoma.
1. Heterocigoto para la translocación Secuencia normal de prueba
2. Progenie viable
3. Fenotipo a+ b+ Fenotipo ab
www.animated art
Reordenaciones cromosómicas: pseudoligamiento de genes
Síndrome de Down en la progenie de un heterocigoto para una translocación
FIGURA 16-33
En una pequeña minoría de casos, el origen del síndrome de Down es un heterocigoto
parental para una translocación robertsoniana que involucra al cromosoma 21. La
segregación meiótica da lugar a algunos gametos que llevan un cromosoma con un
segmento adicional del cromosoma 21. En combinación con el cromosoma 21 normal
procedente del gameto del sexo opuesto, los síntomas del síndrome de Down se
producen a pesar de que no haya una trisomía completa del par 21.
Progenitor normal Portador de la translocación robertsoniana Apareamiento meiótico
21
21
Rotura
14
14
Pérdida
Gametos del portador de la translocación
Gametos del parental sano
Síndrome de Down Portador de la translocación Normal Letal
Página 586
La variegación puede resultar de la proximidad inusual de un gen a la heterocromatina
en un heterocigoto para una translocación.
FIGURA 16-34 (a) la translocación de w+ a una posición cercana a la heterocromatina
hace que la función w+ falle en algunas células, lo que produce el efecto de posición
denominado variegado. (b) Ojo de Drosophila que muestra el efecto de posición
variegado. [(b) Tomado de Randy Mottus.]
85
=eucromatina =heterocromatina
Cromosomas normales
Cromosomas translocados
w+ y w- cambian sus posiciones por entrecruzamiento
w+ cerca de la heterocromatina y por lo tanto no se expresa en algunas células
w+ lejos de la heterocromatina y por lo tanto se expresa en todas las células
Variegación Fenotipo salvaje
Página 587
Cáncer por translocación somática
FIGURA 16-35
Las dos maneras principales en las que una translocación puede causar cáncer en
una célula corporal (somática) se ilustran para los cánceres del Linfoma de Burkitt
(a) y la leucemia mieloide crónica (b). Los genes MYC, BCR1 y ABL son
protooncogenes.
(a) Relocalización de un oncogén a un sitio próximo a un nuevo elemento
regulador: Linfoma de Burkitt.
Reg MYC MYC
Cr. 8
Punto de rotura de la translocación
RegIG
IG
Cr. 14
Translocación RegIG MYC
(b) Formación de un oncogén híbrido: Leucemia mieloide crónica
ABL
Cr. 9
Punto de rotura de la translocación
Cr.22
BCR1
Oncogén híbrido
Translocación
Página 588
Detección de reordenaciones por sus señales de hibridación alteradas
FIGURA 16-36
Para detectar reordenaciones cromosómicas, el DNA mutante y el salvaje se marcan con
colorantes fluorescentes para distintas longitudes de onda. Estos DNA marcados son
añadidos a clones de cDNA dispuestos regularmente en microarrays y ordenados por
cromosoma. En cada clon se calcula la razón de fluorescencias asociadas a cada una de
las longitudes de onda. Se ilustran los resultados esperados para un genoma normal y
para tres tipos de mutantes.
Eje de las X: Posiciones del mapa de los clones de cDNA en el microarray
cromosómico
Eje de las Y: Razón de la fluorescencia asociada a cada sonda (mutante/salvaje)
Cromosoma normal
Duplicación
Deleción
Amplificación en tándem
86
Página 589
El destino de un millón de cigotos humanos implantados.
FIGURA 16-37
La proporción de mutaciones cromosómicas es mucho mayor en los abortos
espontáneos. [Tomado de K. Sankaranarayanan, Mutat. Res. 61, 1979, 249-257].
1) 1 000 000 concepciones
2) 850 000 nacimientos
3) 150 000 abortos espontáneos
4) 833 000 niños
5)17 000 muertes perinatales
6) 75 000 anormalidades cromosómicas
7) 5165 anormalidades cromosómicas
8)1849 aneuploides de cromosomas sexuales 1427 machos 422 hembras
9) 1183 trisómicos autosómicos 42 trisomía 13
100 trisomía 18 1041 trisomía 21
10) 758 translocaciones robertsonianas equilibradas
11) 758 translocaciones recíprocas equilibradas
12)117 inversiones
13) 500 aberraciones estructurales desequilibradas
14) 39 000 trisómicos (3510 trisomía 21)
15) 13 500 XO
16) 12 750 triploides
17) 4500 tetraploides
18) 5250 otros
87
TABLAS CAPÍTULO 16
TABLA 16-1
Constituciones cromosómicas en un organismo diploide normal con tres
cromosomas (identificados como A, B, y C) en el complemento básico.
Nombre Designación Constitución Número de cromosomas
Euploides
Monoploide n
ABC
3
Diploide
2n
AA BB CC
6
Triploide
3n
AAA BBB CCC 9
Tetraploide 4n
AAAA BBBB CCCC 12
Aneuploides
Monosómico 2n - 1
Trisómico
A BB CC
AA B CC
AA BB C
2n + 1 AAA BB CC
AA BBB CC
AA BB CCC
5
5
5
7
7
7
88