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Capítulo 2
TEXTO
2 Herencia de un único gen
Preguntas clave
¿Cómo se identifican genes concretos?
¿Qué principio de la herencia genética descubrió Mendel?
¿Cuál es la base cromosómica del principio de Mendel?
¿Cómo se aplica el principio de Mendel a la herencia humana?
Esquema
2.1 Genes y cromosomas
2.2 Patrones de herencia de un único gen
2.3 Base cromosómica de la herencia de un único gen
2.4 El descubrimiento de genes mediante la observación de las proporciones en la
segregación
2.5 Patrones de herencia de un único gen ligado al sexo.
2.6 Análisis de genealogías en humanos
¿Qué tipo de investigaciones llevan a cabo los biólogos? En la investigación biológica
de todo organismo el foco principal de atención es el desarrollo y tiene como fin
comprender el proceso a través del cual un huevo fecundado se convierte en un adulto.
En otras palabras, lo que hace de un organismo aquello que es. Normalmente, este
objetivo general se divide en el estudio de distintas propiedades biológicas tales como el
desarrollo del color en las plantas, la locomoción animal o la absorción de nutrientes.
¿Cómo estudian el desarrollo los genéticos? En el capítulo 1 se ha estudiado que la
aproximación genética para conocer cualquier propiedad biológica consiste en encontrar
el conjunto de genes del genoma que influyen en la propiedad. Este proceder se conoce
en algunos casos como descubrimiento de genes. Una vez se han identificado los
genes, futuras investigaciones pueden dilucidar el modo en que actúan para determinar
la propiedad biológica en estudio.
Existen varias aproximaciones analíticas para el descubrimiento de genes, pero
una de las más utilizadas estudia los patrones de herencia de genes individuales, que es
el tema de este capítulo. Dichos patrones de herencia pueden inferirse a partir de la
descendencia de ciertos tipos de emparejamientos controlados, lo que los genetistas
denominan
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cruzamientos. El componente central de este tipo de análisis son los mutantes u
organismos que presentan una forma alterada de una propiedad biológica. La forma
normal de cualquier propiedad es denominada tipo salvaje, ya que es el que se
encuentra en la naturaleza o en estado salvaje. El modus operandi de esta técnica
genética consiste en cruzar un individuo que tenga una propiedad de tipo salvaje (por
ejemplo, una planta de flores rojas) con un individuo que muestre la propiedad en su
forma mutante (una planta con flores blancas, por ejemplo). La descendencia de este
cruzamiento se cruza entre ella y la proporción de plantas con flores rojas y flores
blancas entre la descendencia revelará si un único gen controla la diferencia de la
propiedad de interés; en este ejemplo el color de las flores. Se deduce que la forma
salvaje estaría codificada por el gen de tipo salvaje y la forma mutante por una variante
del mismo gen en el que una mutación ha alterado de algún modo la secuencia de DNA.
Otros mutantes que afectan al color de las flores (por ejemplo el color malva, moteado o
rayado, entre otros) podrían ser analizados del mismo modo y se obtendrían como
resultado un conjunto definido de “genes para el color de las flores”. El uso de mutantes
para este fin se denomina disección genética, ya que la característica biológica bajo
estudio (en este caso el color de las flores) se aísla para revelar el programa genético
subyacente, no con un bisturí sino con el uso de los mutantes. Cada mutante identifica
potencialmente un gen aislado que afecta esa propiedad.
Cada proyecto encaminado al descubrimiento de genes comienza con una caza
de los mutantes que afectan a la propiedad biológica objeto de investigación. El modo
más directo de obtención de mutantes consiste en escudriñar visualmente un gran
número de individuos en busca de la aparición, por casualidad, de mutantes en esa
población. La Figura 2.1 muestra ejemplos de algunos de los resultados obtenidos en la
búsqueda de mutantes en dos organismos modelo. La ilustración muestra los efectos de
los mutantes en el desarrollo floral de la planta Arabidopsis thaliana y en el desarrollo
del micelio del moho Neurospora crassa (un micelio es un red de células filamentosas
denominadas hifas). La ilustración muestra que el desarrollo de las propiedades en
estudio puede ser alterado de diversas maneras. En la planta, el número o tipo de
órganos florales se encuentra alterado, mientras que en el hongo la tasa de crecimiento
así como el número y tipo de de ramas se ha visto modificado de diversas maneras, cada
una de las cuales da una morfología distintiva de colonia anormal. Lo ideal sería que
cada caso representara una mutación de un miembro diferente del conjunto de genes
responsables de esa propiedad. Sin embargo, suelen darse cambios genéticos más
complejos que los que afectan a un único gen e incluso
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un ambiente anormal es también capaz de modificar la apariencia de un organismo. Por
tanto, cada caso individual debe ser estudiado para comprobar si los descendientes se
presentan en una proporción apropiada que indique que la forma mutante esta causada
por cambios en un único gen.
Mensaje El enfoque genético para el estudio de una propiedad biológica consiste en
descubrir los genes que la controlan. Una aproximación al descubrimiento de genes
sería el aislamiento y estudio de cada uno de los mutantes para comprobar la
existencia de patrones de herencia de un único gen (proporciones específicas de
descendientes con expresión normal y mutante de dicha propiedad).
Los patrones de herencia de un único gen resultan de gran utilidad en la
Genética experimental para el descubrimiento de genes, pero también son muy útiles en
la Genética aplicada. Un ejemplo importante es el de la Genética humana. Muchas
enfermedades que afectan a las personas, como la fibrosis quística o el síndrome de
Tay-Sachs, son hereditarias y se deben a un único gen mutante. Una vez que se
identifica un gen clave como causante de una enfermedad, los genetistas pueden
profundizar en el nivel del DNA y tratar de descifrar los mecanismos celulares básicos
que subyacen tras la enfermedad y que pueden conducir a nuevas terapias. En la
agricultura, este mismo tipo de patrones de herencia de un único gen ha llevado al
descubrimiento de mutaciones que confieren algunas propiedades interesantes, como
pueden ser la resistencia a enfermedades o mejores propiedades nutritivas. Estas
mutaciones beneficiosas se han incorporado con éxito en variedades comerciales de
plantas y animales.
Las normas que rigen la herencia de un único gen fueron dilucidadas por primera
vez en la década de 1860 por George Mendel, un monje del monasterio de Brno, en la
actual República Checa. Los experimentos Mendel son el prototipo de metodología
experimental para el estudio de genes que todavía se usa hoy en la actualidad. En
realidad, Mendel fue el primero en descubrir un gen, aunque él no sabía que eran los
genes, como influían en las propiedades biológicas o como se heredaban a nivel celular.
Ahora se sabe que los genes funcionan a través de las proteínas, un tema que será
abordado en capítulos posteriores. También se sabe que los patrones de herencia de un
único gen se deben a que los genes son parte de los cromosomas y los cromosomas se
distribuyen de manera muy precisa a lo largo de las generaciones. Por consiguiente, este
capítulo comienza con una breve revisión de los genes y los cromosomas como un
preludio al estudio de sus patrones de herencia.
2.1 Genes y cromosomas
Al conjunto único y completo de información genética (DNA) de un organismo
se le denomina genoma. La Figura 1-14 muestra la organización general de los
genomas en diversas clases de organismos y virus. El objetivo del presente capítulo y
los siguientes hasta el capítulo 5 será el estudio del genoma de especies eucariotas. En
eucariotas, la mayor parte del DNA se encuentra en el núcleo de cada una de las células.
Este DNA nuclear se divide en unidades denominadas cromosomas (Figura 2-2). El
conjunto de cromosomas presentes en organismos de la misma especie posee un número
cromosómico y apariencia característicos.
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La Figura 2-3 muestra un ejemplo en el que pueden verse cromosomas en una célula de
un pequeño venado de la India llamado muntiaco. Esta ilustración revela algunas
características interesantes de los cromosomas. En la parte inferior se muestran los
cromosomas de un núcleo extendidos como consecuencia de la ruptura de la membrana
celular. Los cromosomas se han teñido con sondas moleculares fluorescentes
denominadas pintados cromosómicos y en esta preparación las sondas se han diseñado
de manera que los cromosomas idénticos se tiñen del mismo color. Esta tinción revela
que los seis cromosomas observados son en realidad dos grupos de tres: un par rojo, un
par verde y un par violeta. La presencia de estas parejas de cromosomas permite
observar una característica muy importante del material genético nuclear de muchos
animales y plantas, y es que son diploides, lo que significa que portan dos genomas
completos y por lo tanto dos juegos completos de cromosomas. El número de
cromosomas del conjunto genómico básico se denomina número haploide (designado
como n), el cual es 3 en el muntiaco. Por lo tanto, el estado diploide en el muntiaco se
detalla como 2n = 6. Los seres humanos también son diploides, pero en ese caso n = 23
y 2n = 46.
En un núcleo diploide, los miembros de un par de cromosomas se denominan
cromosomas homólogos o simplemente homólogos. Las secuencias de DNA de los
miembros de un par de cromosomas homólogos son generalmente iguales, no obstante
suelen presentarse pequeñas variaciones en la secuencia que constituyen la base de la
variación genética en la especie; el tipo de variación genética que permite distinguir un
individuo de otro. Dado que los cromosomas homólogos son virtualmente idénticos,
contienen los mismos genes en idéntica posición relativa. Por lo tanto, en organismos
diploides cada gen se presenta como un par génico. Sin embargo, como puede
apreciarse en la Figura 2-3, a pesar de que el núcleo de una célula contiene pares de
cromosomas, éstos no se encuentran físicamente apareados en el sentido de estar
próximos. Los cromosomas del núcleo desestructurado mostrado en la parte inferior de
la ilustración no muestran ningún tipo de apareamiento. Obsérvese también que, en la
zona superior de la imagen, se muestra un núcleo intacto de otra célula y de nuevo no
puede apreciarse ningún tipo de apareamiento. Los miembros del par de color violeta,
por ejemplo, se encuentran en extremos opuestos del núcleo. No obstante, más adelante
se verá como el apareamiento físico de cromosomas tiene lugar durante el proceso de
división celular conocido como meiosis.
Muchas de las especies que componen la mayor parte de la biomasa del planeta
no son, en general, diploides sino que son haploides. En otras palabras, el núcleo sólo
contiene un juego de cromosomas. Los ejemplos más conocidos de organismos
haploides son los hongos (incluyendo mohos, levaduras y setas) y las algas. Los
organismos haploides han jugado un papel muy importante en la investigación genética
sirviendo como organismos modelo ya que son fácilmente modificables a nivel
genético, así que se recurrirá a ellos frecuentemente a lo largo del libro.
Cada cromosoma contiene una molécula de DNA. Esto puede visualizarse
separando las distintas moléculas de DNA de un núcleo mediante electroforesis en gel.
El número de bandas observadas tras la electroforesis resulta ser igual al número
haploide de cromosomas. Sin embargo, los cálculos de la cantidad de DNA por célula
muestran que la longitud de una molécula de DNA de un cromosoma es de un tamaño
mucho mayor que el del propio cromosoma. El genoma humano, por ejemplo, contiene
alrededor de un metro de DNA en total pero esta empaquetado en 23 cromosomas cada
uno de los cuales se mide en una escala de millonésimas de metro. Obviamente el DNA
está empaquetado de forma muy eficiente en un cromosoma. Esto se logra mediante el
enrollamiento del DNA alrededor de carretes moleculares denominadas nucleosomas
(Figura 2-4). Cada nucleosoma se compone de un octámero de proteínas denominadas
histonas. La cadena formada por el DNA y los nucleosomas es posteriormente enrollada
y “superenrollada”; la Figura 2-5 muestra una representación de la organización de un
cromosoma eucariótico. Esta ilustración también muestra otro componente de los
cromosomas denominado andamio, que ayuda a formar la estructura tridimensional del
cromosoma. El ADN y los nucleosomas asociados a él constituyen la cromatina, la
sustancia de los cromosomas.
La cromatina varía en su grado de compactación a lo largo del cromosoma y por
lo tanto los colorantes que reaccionan con el DNA producen diferentes intensidades de
tinción a lo largo del cromosoma. Habitualmente la cromatina más densa se encuentra
rodeando al centrómero, una parte del cromosoma a menudo visible como una
constricción
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(se verá como el centrómero juega un papel importante guiando a los cromosomas hacia
las células hijas durante la división celular). La cromatina más densa se denomina
heterocromatina y la menos densa eucromatina (Figura 2-6). Del mismo modo que
las histonas hacen que el cromosoma se compacte, la unión de éstas al DNA puede
afectar a la regulación génica como se verá en el capítulo 11.
En la Figura 2-6 puede observarse otra característica del conjunto de
cromosomas: el organizador nucleolar, una región única (normalmente localizada en
un cromosoma específico) que contiene repeticiones múltiples de genes que codifican
para el RNA ribosómico. Un cuerpo esférico que contiene el RNA ribosómico, el
nucleolo, es visible a menudo unido al organizador nucleolar. Para completar, merece la
pena mencionar otras dos estructuras cromosómicas: los telómeros y las bandas
cromosómicas. Los telómeros son los extremos de los cromosomas y, aunque no
presentan diferencias evidentes, son interesantes porque emplean una maquinaria de
replicación alternativa, diferente a la del resto de los cromosomas. Cuando se tiñen los
cromosomas de algunas especies aparecen bandas cromosómicas transversales muy
características, en capítulos posteriores aparecerán algunos ejemplos. El centrómero, la
heterocromatina, el organizador nucleolar y las bandas cromosómicas son marcadores
importantes dentro del cromosoma para el análisis genético.
En todos los organismos, los genes son segmentos transcribibles organizados a
lo largo del DNA de un cromosoma. Sin embargo, existe una variación considerable
entre especies en el número de genes así como en la arquitectura general del
cromosoma. El número de genes varía entre los 6.000 de la levadura Saccharomyces
cerevisae y los aproximadamente 25.000 del Homo sapiens. Las regiones no transcritas
entre genes varían entre las diferentes especies tanto en tamaño como en contenido de
DNA.
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Un hallazgo sorprendente, fruto de investigaciones recientes es que en muchas especies
de eucariotas, una gran parte de estos espacios intergénicos son resultado de la
acumulación de un tipo de DNA móvil denominado elemento transponible. Muchos
eucariotas tienen una gran cantidad de DNA que procede claramente de elementos
móviles, aunque otros, como los hongos Neurospora, tienen muy poco. Aún no está
claro como el genoma puede tolerar este aumento y mantener su funcionalidad, pero se
sabe que los elementos transponibles han influido en la reorganización del genoma a lo
largo del proceso evolutivo, como se verá en el capítulo 14. Otra fuente de variación
entre especies (y otra sorpresa procedente de la investigación molecular) es la
abundancia y tamaño de los intrones, regiones no codificadoras que se intercalan entre
los segmentos codificadores de un gen. El tamaño de la región codificadora de un gen
(normalmente más o menos la misma que el tamaño de su RNA mensajero) es
extraordinariamente constante entre especies, variando generalmente entre 1 y 3
kilobases (kb). Sin embargo, la presencia de un alto número de intrones de gran tamaño
puede hacer que el tamaño de un gen sea, en apariencia, enorme. Un caso extremo es el
del gen que codifica la proteína distrofina la cual es defectiva en la enfermedad de la
distrofia muscular: este gen tiene un total de 78 intrones que hace que tenga un tamaño
total de 2500Kb. Sin embargo, la longitud del RNA mensajero se encuentra dentro del
intervalo normal. En la Figura 2-7 puede observarse una representación general de la
arquitectura cromosómica mientras que la Figura 2-8 muestra un ejemplo concreto del
genoma humano que ilustra la organización de los intrones en algunos genes reales.
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2.2 Patrones de herencia de un único gen
En el apartado anterior se ha revisado el empaquetamiento de los genes dentro
de los cromosomas y su papel es determinante para entender la manera en la que los
genes se transmiten de generación en generación. Es necesario por tanto volver al punto
que permite identificar los patrones de herencia de un único gen. Recuérdese que el
primer paso en la investigación genética es obtener variantes que difieran en el carácter
bajo estudio. Con la premisa de que se ha adquirido una colección de mutantes
relevantes, la siguiente pregunta sería saber que mutación se hereda como un único gen.
Ley de Mendel de la segregación equitativa
El primer estudio de la herencia de un gen como medio para descubrir genes fue
llevado a cabo por Gregor Mendel y suyo es el análisis que se usará como ejemplo.
Mendel escogió el guisante común Pisum sativum como organismo modelo para su
investigación. En cualquier tipo de investigación la elección de un organismo modelo es
un paso crucial; la elección de Mendel resultó ser acertada ya que los guisantes son
fáciles de cultivar. Obsérvese que, sin embargo, Mendel no emprendió una búsqueda de
mutantes en el guisante, en vez de eso hizo uso de los mutantes que ya habían sido
descubiertos con anterioridad y usados en horticultura. Asimismo, el trabajo de Mendel
difiere de muchas de las investigaciones genéticas que se llevan a cabo hoy en día en
que no fue una disección genética; él no estaba interesado en las propiedades de los
guisantes como tales, sino en cómo se heredan, generación tras generación, las unidades
hereditarias que influyen en esas propiedades. A pesar de ello, las leyes de la herencia
descritas por Mendel son exactamente las mismas que se usan hoy en la Genética
moderna para identificar patrones de herencia de un único gen.
Mendel optó por investigar la herencia de siete propiedades en la especie de
guisantes elegida: color del guisante, forma del guisante, color de la vaina, forma de la
vaina, color de la flor, tamaño de la planta y posición de las flores. En genética los
términos carácter y rasgo son usados, en mayor o menos medida, como sinónimos de
propiedad. Para cada una de estos siete caracteres obtuvo, de su proveedor de
productos hortícolas, dos líneas que mostraban apariencias claramente diferenciadas.
Hoy en día puede decirse que Mendel estudió dos fenotipos claramente contrastados
para cada carácter; un fenotipo podría definirse como una de las formas que toma un
carácter. La Figura 2-9 ilustra los fenotipos contratados. Sus resultados fueron
básicamente los mismos para los siete caracteres, por lo que puede usarse el color de la
semilla del guisante como ejemplo. Todas las líneas usadas por Mendel fueron líneas
puras, lo que significa que, para el fenotipo en cuestión, toda la descendencia producida
por cruces entre individuos de una misma línea era idéntica.
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Por ejemplo, para la línea con guisantes amarillos, la descendencia de cualquier cruce
entre sus miembros era de semillas amarillas.
Mendel hizo un uso sistemático de los cruces en sus estudios con el guisante.
Para realizar cruces en plantas como el guisante, el polen se transfiere de las anteras de
una planta al estigma de la otra. La autopolinización es una clase especial de
cruzamiento consistente en permitir al polen de una planta polinizar sus propios
estigmas. La polinización cruzada y la autopolinización se representan en la Figura 210. El primer cruzamiento realizado por Mendel emparejó plantas de la línea de semillas
amarillas con plantas de la línea de semillas verdes. Estas líneas constituyen la
generación parental, abreviado como P. El color de las semillas en Pisum sativum (el
guisante) está determinado por su propia constitución genética; por tanto, los guisantes
resultantes de un cruce constituyen, de hecho, la descendencia y puedes ser clasificados
en función del genotipo sin necesidad de cultivarlos.
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Los guisantes descendientes de los cruces entre las diferentes líneas puras resultaron ser
todos amarillos, independientemente del parental (amarillo o verde) utilizado como
macho o hembra. Esta generación de descendientes es denominada primera generación
filial o F1. Los resultados de estos dos cruces recíprocos se muestran a continuación,
donde cada cruce se representa como X:
Hembra de la línea amarilla X macho de la línea verde  F1 guisantes amarillos
Hembra de la línea verde X macho de la línea amarilla  F1 guisantes amarillos
Los resultados observados en los descendientes de ambos cruces recíprocos
fueron los mismos por lo que serán considerados como un único cruce. Mendel sembró
los guisantes de la F1 hasta obtener plantas adultas que cruzó entre sí o autopolinizó
para obtener una segunda generación filial o F2. La F2 estaba compuesta de 6022
guisantes amarillo y 2001 guisantes verdes. Mendel advirtió que este resultado estaba
muy próximo a una proporción matemática de tres cuartos amarrillos y un cuarto
verdes. Como dato interesante, resaltar que el fenotipo verde, que había desaparecido en
la F1, ha reaparecido en una cuarta parte de los individuos de la F2, demostrando que,
aunque no expresados, los determinantes genéticos para el color verde han estado
presentes en la F1 amarilla.
Posteriormente, Mendel autopolinizó individualmente plantas cultivadas a partir
de semillas de la F2. Al ser autopolinizadas, las plantas cultivadas a partir de semillas
verdes tan solo produjeron guisantes verdes. Sin embargo, las plantas cultivadas a partir
de semillas amarillas produjeron descendencia de dos tipos al ser autopolinizadas
individualmente: un tercio de ellas produjeron solamente semillas amarillas mientras
que dos tercios dieron una descendencia con una proporción de semillas amarillas de
tres cuartos y un cuarto de semillas verdes, exactamente igual que la F1.
Mendel realizó otro cruce bastante revelador, cruzó plantas de la F1 con
cualquier planta de semillas verdes. En este caso, las proporciones de la descendencia
fueron de un medio amarillas y un medio verdes. Con estos dos tipos de
emparejamientos, la autopolinización de la F1 y la polinización cruzada de la F1 con
plantas de semillas verdes, se obtuvieron descendientes con semillas amarillas y verdes
pero en diferentes proporciones. La Figura 2-11 ilustra estas proporciones. Hay que
tener en cuenta que las proporciones se obtienen solo cuando se combinan los guisantes
de varias vainas.
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Las proporciones 3:1 y 1:1 encontradas para el color del guisante fueron
comparables a las encontradas para los cruces de los otros seis caracteres estudiados por
Mendel. Los números reales para las proporciones 3:1 se muestran en la tabla 2.1. El
significado de estas proporciones matemáticas precisas y repetibles no debieron de estar
muy claras para Mendel en un principio, sin embargo fue capaz de concebir un modelo
brillante que no sólo tenía en cuenta todos estos resultados, sino que representó el
nacimiento histórico de la ciencia de la Genética. El modelo de Mendel para el ejemplo
del color del guisante expresado en términos actuales, sería el siguiente:
1. Para producir el color del guisante es necesario un factor hereditario llamado
gen
2. Cada planta tiene dos de estos genes
3. El gen se presenta en dos formas llamadas alelos. Si nombramos los genes con
la letra “Y”, ambos alelos pueden representarse como Y (representa al fenotipo
amarillo) e y (representa el fenotipo verde).
4. Una planta puede ser bien Y/Y, Y/y o bien y/y. La barra oblicua denota que los
alelos forman una pareja.
5. En la planta Y/y el alelo Y domina así que el fenotipo será amarillo. Por lo tanto,
el fenotipo de la planta Y/y define al alelo Y como dominante y al alelo y como
recesivo.
6. Durante la meiosis los miembros de un par génico se distribuyen
equitativamente entre los gametos. Esta distribución equitativa se conoce como
primera Ley de Mendel o Ley de la segregación equitativa.
7. Por lo tanto, un único gameto contiene un solo miembro de un par génico.
8. Durante la fecundación, los gametos se unen al azar, independientemente de que
alelos porten.
En este punto es necesario introducir nueva terminología. En un huevo
fecundado, la primera célula que llega a convertirse en un descendiente se denomina
cigoto. Una planta con un par de alelos idénticos se denomina homocigota (o con el
adjetivo homocigótica) y una planta en la cual los dos alelos del par génico son
diferentes se llama heterocigota (o con el adjetivo heterocigótica). En ocasiones, un
heterocigoto para un gen se denota como monohíbrido. Un individuo puede ser
clasificado como homocigoto dominante (Y/Y), heterocigoto (Y/y) o bien
homocigoto recesivo (y/y). En genética, las combinaciones génicas subyacentes a los
fenotipos son conocidos como genotipos. Por lo tanto, Y/Y, Y/y e y/y son todos ellos
genotipos.
La Figura 2-12 muestra como los postulados de Mendel explican las distintas
proporciones en la descendencia ilustradas en la Figura 2-11. Las líneas puras son
homocigóticas, bien Y/Y o bien y/y. Por lo tanto, cada línea sólo produce gametos Y
o gametos y así que sólo pueden generar descendientes con igual genotipo.
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Cuando se cruzan líneas Y/Y con líneas y/y se obtiene una generación F1 compuesta
enteramente de individuos homocigóticos (Y/y). Todos los individuos de la F1 son de
fenotipo amarillo debido a la dominancia de Y. La autopolinización de los
individuos de la F1 puede considerarse como un cruce del tipo Y/y X Y/y. Este tipo
de cruce (Y/y X Y/y) se denomina cruce monohíbrido. La segregación equitativa
de los alelos Y e y en la F1 heterocigótica resulta en gametos la mitad de los cuales
son Y y la otra mitad y, tanto en el caso de los machos como en el de las hembras.
Los gametos procedentes de los machos y de las hembras se unen al azar durante la
fecundación; los resultados de esta unión se muestran en el panel de la Figura 2-12.
La F2 se compone de tres cuartos de semillas amarillas y un cuarto de semillas
verdes, es decir, en una relación 3:1. La cuarta parte de las semillas de la F2 que son
verdes se comportan como una línea pura, como es de esperar para el genotipo y/y.
Sin embargo, las semillas amarillas de la F2 (un total de tres cuartas partes) tienen
dos genotipos: dos terceras partes de ellas son claramente heterocigóticas Y/y
mientras que una tercera parte son homocigóticas dominantes Y/Y. Así pues, se
observa que bajo la proporción fenotípica 3:1 subyace una proporción genotípica
1:2:1 como se muestra a continuación:
¼ Y/Y Amarillo
2/4 Y/y Amarillo
¼ y/y Verde
¾ amarillo (Y/-)
Un individuo que expresa el alelo dominante se representa generalmente como Y/-,
donde la raya representa un espacio disponible, bien para otro Y o bien para un y.
Obsérvese que sólo es posible detectar la segregación equitativa durante la meiosis de
un heterocigoto; un individuo Y/y produce la mitad de los gametos Y mientras que la
otra mitad serán y. A pesar de que la segregación equitativa tiene lugar también en los
individuos homocigóticos, ni la segregación ½ Y: ½Y ni la segregación ½y: ½y son
detectables, ni significativas genéticamente.
Ahora pueden explicarse también los resultados de los cruces entre las plantas
cultivadas a partir de semillas amarillas de la F1 (Y/y) y las cultivadas a partir de
semillas verdes (y/y). En este caso, la segregación equitativa en los heterocigotos
amarillos de la F1 resulta en gametos en una proporción ½Y: ½y. El parental y/y
solamente puede generar gametos y, por lo que la descendencia tan solo depende del
gameto heredado del parental Y/y.
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Así pues, la proporción de gametos ½Y: ½y del heterocigoto se convierte en un
proporción genotípica ½Y/y: ½y/y que corresponde a una proporción fenotípica 1:1 de
plantas de semillas amarillas y plantas de semillas verdes. El panel derecho de la Figura
2-12 ilustra estas proporciones.
Obsérvese que, al definir el par de alelos que subyacen a un fenotipo, Mendel había
identificado un gen que afectaba de forma radical al color de los guisantes. Esta
identificación no era su objetivo primordial, pero se ha demostrado que hallar los
patrones de herencia de un único gen es el camino para descubrir nuevos genes, es
decir, identificar genes individuales que influyen sobre una propiedad biológica.
Mensaje Las proporciones 1:1, 3:1 y 1:2:1 son todas ellas prueba de herencia de un
único gen y están basadas en la segregación equitativa en un heterocigoto.
Las investigaciones de Mendel a mediados del siglo diecinueve no fueron
conocidas por la comunidad científica internacional hasta que se publicaron
observaciones similares obtenidas por otros investigadores de forma independiente en
1900. Poco después, estudios en diversas especies de plantas, animales, hongos y algas
mostraron que la ley de Mendel de la segregación equitativa era aplicable a todos los
eucariotas y se basa, en todos los casos, en la segregación de cromosomas que tiene
lugar en meiosis, un tema que se abordará en el siguiente apartado.
2.3 Base cromosómica de los patrones de herencia de un único
gen
La interpretación de Mendel de la segregación equitativa fue que los miembros
de un par génico segregan por igual durante la producción de los gametos. Él no sabía
nada sobre los eventos subcelulares que tienen lugar cuando las células se dividen
durante la producción de los gametos. Ahora se sabe que los pares génicos se localizan
en parejas de cromosomas y que son los miembros de esta pareja lo que en realidad
segrega, portando los genes. Los miembros de un par génico segregan como una
consecuencia inevitable de este proceso.
Cuando una célula se divide también lo hace el núcleo y su principal contenido,
los cromosomas. Para entender la segregación de los genes, deben entenderse antes los
dos tipos de división celular que tienen lugar en las células eucariotas. Cuando las
células somáticas se dividen con el fin de aumentar su número, la división nuclear
resultante se denomina mitosis, una etapa programada en todos los ciclos celulares de
eucariotas (Figura 2-13). La mitosis puede tener lugar en células haploides y diploides y
como resultado una célula progenitora da lugar a dos.
2n 2n + 2n
O bien
nn+n
Además, muchos eucariotas tienen un ciclo sexual y en estos organismos existen
células diploides especializadas llamadas meiocitos que se reservan para la producción
de células sexuales tales como esperma y óvulos en plantas y animales, o esporas
sexuales en hongos y algas. En este proceso tienen lugar dos divisiones celulares
consecutivas y las dos divisiones nucleares que tienen lugar se denominan meiosis.
Como consecuencia de estas dos divisiones se producen un total de 4 células. La
meiosis tiene lugar solamente en células diploides y las células resultantes (esperma y
óvulos en animales y plantas) son haploides. Por lo tanto, el resultado de la meiosis
sería
2n  n + n + n + n
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La Figura 2-14 muestra la localización de los meiocitos en el ciclo vital de
animales, plantas y hongos.
La Figura 2-15 resume las características genéticas básicas de la mitosis y la
meiosis. Para hacer la comparación más fácil, ambos procesos se muestran en una célula
diploide. Obsérvese de nuevo que la mitosis se completa en una división celular y las
dos células “hijas” tienen el mismo contenido genético que la célula “madre”. El primer
proceso clave a tener en cuenta es la replicación premeiótica del cromosoma. Para el
DNA esta etapa representa la fase de síntesis o S en la cual se replica (véase Figura 213). La replicación da como resultado pares idénticos de cromátidas hermanas visibles
al comienzo de la mitosis. Cuando una célula se divide, cada miembro de una pareja de
cromátidas hermanas es conducido hacia una de las células hijas donde asume el papel
de un cromosoma completo e independiente. Así pues, cada célula hija tiene el mismo
contenido cromosómico que la célula original.
Al igual que sucede en la mitosis, antes de la meiosis tiene lugar la replicación
del cromosoma para formar cromátidas hermanas que serán visibles durante la meiosis.
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Aparentemente el centrómero no se divide en esta fase mientras que si lo hace en
mitosis. También, en contraste con la mitosis, los pares homólogos de cromátidas
hermanas se unen para formar un manojo de cuatro cromátidas hermanas. La unión de
estos pares homólogos se conoce como sinapsis y depende de un ensamblaje
macromolecular denominado complejo sinaptonémico (CS) localizado entre los
cromosomas apareados (Figura 2-16). Las cromátidas hermanas replicadas forman
juntas una diada (del griego pareja). La sinapsis de dos diadas forman una unidad
denominada bivalente. Las cuatro cromátidas que constituyen un bivalente se conocen
como tétrada (del griego cuatro) para indicar que hay cuatro unidades homologas en el
manojo.
Bivalentes
Diada
CS
Diada
Tétrada
(Nota aclaratoria. El proceso de entrecruzamiento tiene lugar en esta fase de
tétrada. El entrecruzamiento modifica la combinación de alelos de varios genes
diferentes, pero no afecta directamente a los patrones de herencia de un único gen. Por
lo tanto puede posponerse su estudio detallado hasta el capítulo 4. Por ahora, merece la
pena resaltar que el entrecruzamiento, aparte de su función de alterar las
combinaciones alélicas, es un proceso que debe tener lugar para una correcta
segregación cromosómica durante la primera división meiótica.)
Los bivalentes de todos los cromosomas se mueven hacia el ecuador de la célula
y cuando ésta se divide, una diada se mueve hacia cada nueva célula arrastrada por las
fibras del huso unidas a los centrómeros.
Fin página 44
Fin página 45
Durante la segunda división celular de la meiosis los centrómeros se dividen y cada
miembro de la diada (cada miembro de un par de cromosomas) se traslada a una célula
hija. A pesar de que el proceso comienza con el mismo contenido genómico que la
mitosis, las dos divisiones sucesivas resultan en cuatro células haploides. Cada una de
las cuatro células haploides que constituyen los cuatro productos de la meiosis
contiene un miembro de una tétrada; de ahí que en ocasiones al grupo de cuatro células
se le denomine tétrada. La meiosis puede resumirse en el siguiente diagrama:
Comienzodos homólogos
Replicacióndos diadas
ApareamientoTétrada
Primera divisiónuna diada a cada célula hija
Segunda división  una cromátida a cada célula hija
El comportamiento de los cromosomas durante la meiosis explica claramente la
ley de Mendel de la segregación equitativa. Si se considera un heterocigoto del tipo A/a
podría seguirse el diagrama anterior y ver qué sucede a los alelos de este gen:
Comienzo: un homólogo lleva A y el otro a
Replicación: Una diada es AA y la otra aa
Apareamiento: la tétrada será A/A/a/a
Productos de la primera replicación: una célula AA, la otra aa (el
entrecruzamiento puede mezclar estos productos pero el
porcentaje global no cambia)
Productos de la segunda división: cuatro células, dos de tipo A y dos de
tipo a.
Por lo tanto, los productos de la mitosis de un meiocito heterocigótico A/a son
1/2A y 1/2a, la proporción exacta que explica la primera ley de Mendel.
Meiosis
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
Adviértase que la presente argumentación se ha centrado en los aspectos
genéticos más generales de la mitosis, imprescindibles para explicar la herencia de un
único gen. En los cuadros 2-1 y 2-2 se muestran descripciones más detalladas de las
diferentes etapas de la mitosis y la meiosis.
Herencia de un único gen en organismos haploides
Se ha visto que la base celular de la ley de la segregación equitativa es la segregación de
los cromosomas durante la primera división celular de la meiosis. Hasta el momento, la
evidencia de la segregación equitativa de los alelos en los meiocitos, tanto de animales
como de plantas, es indirecta y se basa en la observación de cruces que muestran una
descendencia acorde con la ley de la segregación equitativa. Hay que tener en cuenta
que en estos estudios (al igual que en los de Mendel) los gametos pueden venir de
muchos meiocitos diferentes. Sin embargo, en algunos organismos haploides, como
diversas especies de hongos y algas, la segregación equitativa puede observarse
directamente dentro de un meiocito individual. Esto es debido a que, en el ciclo vital de
estos organismos, los cuatro productos de una sola meiosis son retenidos temporalmente
en una especie de saco.
Fin página 46
La levadura común, Saccharomyces cerevisiae, proporciona un buen ejemplo (véase el
cuadro de la levadura como organismo modelo en la página 390). En los hongos, hay
dos formas sexuales muy simples llamadas tipos sexuales. En S. cerevisiae, las dos tipos
sexuales se denominan MATa y MATα y están determinados por los alelos de un único
gen (Obsérvese que el símbolo de un gen puede estar formado por más de una letra, en
este caso cuatro). Para que un cruce tenga éxito ha de darse entre dos cepas con tipos
sexuales opuestos, es decir, MATa X MATα.
Fin página 47
Fin página 48
Fin página 49
Analicemos a continuación un cruce que incluye una levadura mutante. Las colonias de
tipo salvaje son blancas, los mutantes rojos surgen debido a una mutación en un gen de
la ruta metabólica que sintetiza la adenina. Usemos el mutante rojo para investigar la
segregación equitativa en un único meiocito. El alelo mutante se denominará r, del
inglés “red” (rojo). ¿Qué símbolo podría usarse para el alelo normal, o de tipo salvaje?
En la genética experimental el alelo salvaje de cualquier gen se denomina generalmente
con el símbolo +. Este símbolo se usa en forma de superíndice junto con el símbolo
creado para el alelo mutante. Por consiguiente, el alelo mutante de este ejemplo se
identificaría como r+, aunque con frecuencia se usa tan solo + como abreviatura. Para
estudiar la segregación de un único gen, el mutante rojo se cruza con el de tipo salvaje.
El cruce debería darse entre distintos tipos sexuales. Por ejemplo, si el mutante rojo ha
surgido en una cepa MATa, el cruce debería ser
MATα·r+ X MATa·r
Cuando dos células de tipos sexuales opuestos se unen, se forma una célula diploide que
se convertirá en el meiocito. En este ejemplo (se ignora el tipo sexual para centrarse en
el mutante rojo) el meiocito diploide debería ser heterocigótico r+/r. La replicación y la
segregación de r+ y r debería dar lugar a una tétrada de dos productos meióticos
(esporas) de genotipo r+ y dos de genotipo r, todas ellas contenidas en el saco
membranoso denominado asca. Así pues,
r+/ r

r+
r+
Tétrada en el asca
r
r
La Figura 2-17 muestra los detalles de este proceso. Si se aíslan las cuatro
esporas de un asca (representando una tétrada de cromátidas) y se usan para generar
cuatro cultivos de levaduras, la segregación equitativa dentro de un meiocito se muestra
directamente como dos cultivos blancos y dos rojos. Si se analizan al azar las esporas de
muchos meiocitos se hallarán aproximadamente un cincuenta por ciento blancas y un
cincuenta por ciento rojas.
Obsérvese la simplicidad de la genética en organismos haploides: un cruce
requiere tan solo el análisis de una meiosis. Por el contrario, un cruce diploide requiere
considerar la meiosis en ambos parentales, el macho y la hembra. Esta simplicidad es un
motivo importante para usar los organismos haploides como modelo. Otra razón es que,
en los organismos haploides, todos los alelos se expresan en el fenotipo dado que no
hay enmascaramiento de los alelos recesivos por la presencia de alelos dominantes en
el otro homólogo.
Bases moleculares de la segregación de un único gen y su expresión
Investigaciones recientes han desvelado procesos moleculares que amplían el
conocimiento de muchos de los términos y conceptos que se usan para describir los
patrones de herencia de un único gen.
Fin página 50
Replicación ¿Qué sucesos moleculares tienen lugar durante la formación de las
cromátidas hermanas, preludio de la mitosis y la meiosis? Ahora se sabe que el principal
componente genómico de cada cromosoma es la molécula de DNA. Esta molécula se
replica durante la fase S que precede tanto a la mitosis como a la meiosis. Como se verá
en el capítulo 7, la replicación es un proceso muy preciso en el cual toda la información
genética se duplica, tanto para el tipo salvaje como para el mutante. Por ejemplo, si la
mutación es el resultado del cambio en un único par de nucleótidos, dígase de GC (tipo
salvaje) a AT (mutante), entonces en un heterocigoto la replicación será como se
muestra a continuación:
Homólogo GC  replicación  cromátida GC
cromátida GC
Homólogo AT  replicación  cromátida AT
cromátida AT
La Figura 2-18 muestra la replicación del DNA antes de la mitosis en un organismo
haploide y en un organismo diploide. Este tipo de ilustración sirve para recordar que, en
este estudio de los mecanismos de herencia, lo que se desplaza a las células en división
son esencialmente las moléculas de DNA. La Figura 2-19 muestra la división celular
desde el punto de vista del DNA molecular.
Demostración molecular de la segregación cromosómica Los patrones de herencia
genotípicos de un único gen se han interpretado en función de la segregación del DNA
cromosómico en meiosis pero, ¿existe algún modo de mostrar de manera directa la
segregación del DNA? El método de la fuerza bruta consistiría en secuenciar los alelos
(llámense A y a) en los productos de la meiosis, el resultado sería que la mitad de los
productos tendrían la secuencia A y la otra mitad la secuencia a. Un modo más sencillo
consiste en usar RFLP o restriction fragment length polymorphism (Polimorfismos de
longitud de fragmentos de restricción). En el capítulo 1 se ha visto que las enzimas de
restricción son enzimas bacterianas que cortan el DNA en secuencias específicas a lo
largo del genoma. Las secuencias diana no tienen un significado biológico en otros
organismos que no sean las bacterias; únicamente están presentes por casualidad.
Aunque las secuencias diana se encuentran, en general, en sitios específicos, a veces
pueden darse el caso de que una diana no se encuentre presente o que, por el contrario,
exista alguna diana extra en cualquier cromosoma. Si una diana flanquea la secuencia de
unión de una sonda, una hibridación Southern revelaría un RFLP. Considérese un
ejemplo muy simple en el que un cromosoma
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de un parental contiene una diana extra que no existe en el otro cromosoma homólogo
de ese cruce:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
(a) Hembra
(b) Macho
(c) Sonda
Las hibridaciones por Southern mostrarán dos bandas en la hembra y sólo una en el
macho. Los fragmentos “heterocigóticos” serán heredados de la misma manera que lo
haría un gen: los resultados del cruce anterior podrían expresarse como:
Largo/corto X largo/largo
Y la descendencia será
½ largo/corto
½ largo/largo
de acuerdo con la ley de la segregación equitativa.
En el ejemplo anterior el RFLP no estaba asociado con ninguna diferencia
fenotípica detectable y las dianas pueden estar dentro o fuera de un gen. Sin embargo,
una mutación en la secuencia codificante de un gen que produce un fenotipo mutante
puede, por azar, introducir también una nueva diana para una enzima de restricción.
Esta nueva diana ofrece un marcaje molecular práctico para estos alelos. Por ejemplo,
una mutación recesiva en un gen de la síntesis de pigmentos puede producir un alelo
mutante albino y al mismo tiempo un nuevo sitio de restricción. Así pues, una sonda
para el alelo mutante detectará dos fragmentos en a y uno en A. La Figura 2-20 ilustra
este patrón de herencia. En esta ilustración puede verse una demostración directa de la
segregación molecular, junto con la segregación alélica y fenotípica (otros tipos de
mutaciones producirán diferentes efectos que podrían ser detectados con análisis de tipo
Southern, Northern y Western).
Fin página 53
La naturaleza de los alelos y sus productos Se ha usado el concepto de alelos sin
definirlos desde un punto de vista molecular. ¿Cuáles son las diferencias estructurales
entre los alelos salvajes y mutantes de un gen desde el punto de vista del DNA?
¿Cuáles son las diferencias funcionales en el nivel de la proteína? Los alelos mutantes
pueden usarse para estudiar la herencia de un único gen sin conocer su naturaleza
estructural o funcional. Sin embargo, dado que la principal razón para emprender
estudios de herencia de gen único es, en definitiva, descubrir la función de un gen, debe
abordarse el estudio de los alelos salvajes y mutantes tanto en el nivel estructural como
en el nivel funcional.
Exploraremos ahora este tema mediante el uso de una enfermedad conocida
como fenilcetonuria (PKU) y que afecta a los seres humanos. En un apartado posterior
se verá, gracias al estudio de una genealogía, que el fenotipo de la PKU tiene una
herencia mendeliana recesiva. La enfermedad está causada por un alelo defectivo del
gen que codifica la enzima hepática hidroxidasa de la fenilalanina (PAH). Esta enzima
convierte la fenilalanina de la comida en el aminoácido tirosina:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
(a) hidroxidasa de la fenilalanina
(b) Fenilalanina
(c) tirosina
Sin embargo, una mutación en el gen que codifica esta enzima puede alterar la
secuencia de aminoácidos en las proximidades del sitio activo de la enzima. En este
caso, la enzima no puede unirse a la fenilalanina (su substrato) y convertirla en tirosina.
Por tanto, la fenilalanina se acumula en el organismo y se convierte en ácido
fenilpirúvico. Este compuesto interfiere con el desarrollo del sistema nervioso causando
retraso mental.
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
(a) hidroxidasa de la fenilalanina
(b)Fenilalanina
(c) tirosina
(d) ácido fenilpirúvico
En la actualidad, se realizan pruebas a los recién nacidos de forma rutinaria para
detectar este fallo metabólico. Si se detecta el defecto, se disminuye la cantidad de
fenilalanina consumida mediante una dieta especial y puede detenerse el desarrollo de la
enfermedad.
La enzima PAH está compuesta por un único tipo de proteína. ¿Qué cambios
han tenido lugar en el DNA de la forma mutante del gen de la PKU? y ¿Cómo puede
dicho cambio en el nivel de DNA afectar la función proteica y producir el fenotipo
mutante? La secuenciación de los alelos mutantes de muchos pacientes afectados por la
PKU ha revelado una abundancia de mutaciones en diferentes sitios a lo largo del gen,
principalmente en las regiones codificadoras de la proteína, o exones; los resultados de
este estudio se detallan en la Figura 2-21.
Fin página 54
Se muestran una gran cantidad de cambios posibles en el DNA. No obstante,
muchos cambios son pequeños y afectan tan solo a un par de nucleótidos de entre los
miles que constituyen el gen. Estos alelos tienen en común que codifican una proteína
defectuosa sin actividad PAH normal. Con el cambio de uno o más aminoácidos, todas
estas mutaciones inactivan alguna parte esencial de la proteína codificada por el gen. El
efecto de la mutación sobre la funcionalidad del gen depende de donde haya ocurrido la
mutación dentro del gen. Una región funcional importante del gen es la que codifica un
sitio activo de la enzima, por lo que esta región será muy sensible a las mutaciones.
Asimismo, muchas de estas mutaciones se han localizado en intrones y afectan el
procesamiento normal del transcrito primario de RNA. La Figura 2-22 muestra algunas
de las consecuencias generales de las mutaciones en el nivel de la proteína. Muchos de
estos alelos mutantes son de un tipo denominados generalmente alelos nulos: las
proteínas que codifican carecen completamente de función PAH. Otros alelos mutantes
reducen el nivel de la función enzimática y se denominan mutaciones permeables
debido a que algunas funciones del fenotipo salvaje parecen filtrarse en el fenotipo
mutante.
Mensaje Muchas mutaciones alteran la secuencia de aminoácidos de la proteína
producto del gen y resultan en una reducción o total ausencia de su función original.
En este capítulo se ha visto que si se localiza un conjunto de genes que afectan a
una propiedad biológica en estudio se consigue un importante logro genético, ya que se
definen así los componentes del sistema. Sin embargo, encontrar el modo preciso en los
alelos mutantes llevan a fenotipos mutantes es, a menudo, un desafío que requiere no
solo la identificación de las proteínas producto de esos genes, sino también estudios
celulares y fisiológicos que cuantifiquen los efectos de las mutaciones.
Fin página 55
Asimismo, descubrir el modo de interacción del conjunto de genes constituye un desafío
de nivel superior, por lo que este tema se tratará más adelante, en el capítulo 6.
Dominancia y recesividad. Con el conocimiento de cómo funcionan los genes a través
de sus productos proteicos se podrá entender mejor la dominancia y la recesividad. La
dominancia se ha definido anteriormente en este mismo capítulo como el fenotipo
mostrado por un heterocigoto. Formalmente, es el fenotipo el que es dominante o
recesivo pero, en la práctica, los genetistas aplican el término a los alelos. Esta
definición formal no tiene ningún significado molecular, pero tanto la dominancia como
la recesividad pueden tener una explicación sencilla desde el punto de vista molecular.
El término se introduce en este punto y será revisado en el capítulo 6. La recesividad se
observa en mutaciones de genes que son haplosuficientes. Aunque una célula diploide
tiene, normalmente, dos copias de tipo salvaje de un gen, una copia de un gen
haplosuficiente proporciona suficiente producto génico (generalmente una proteína)
que lleva a cabo los procesos normales de la célula. En un heterocigoto (por ejemplo,
+/m, donde m es el alelo nulo), la copia que queda, codificada por el alelo +,
proporciona suficiente producto proteico para un funcionamiento normal.
Otros genes son haploinsuficientes. En ese caso, el alelo mutante será
dominante debido a que, en un heterocigoto (+/M), la única copia de tipo salvaje no
pueden proporcionar suficiente producto para un funcionamiento normal.
En algunos casos, la mutación resulta en una nueva función para el gen. Este
tipo de mutaciones pueden ser dominantes porque en un heterocigoto, el alelo salvaje no
puede enmascarar esta nueva función.
La fuerza molecular de la segregación Mendel identificó la segregación como un
proceso hipotético, sin ningún conocimiento, desde el punto de vista molecular, de
cómo funciona. Sin embargo, ahora se sabe que el huso acromático nuclear es la
maquinaria molecular que proporciona la fuerza motora que separa los cromosomas o
cromátidas tanto en mitosis como en meiosis. La Figura 2-23 ilustra este proceso
usando la mitosis como ejemplo. En la meiosis de un heterocigoto, las fibras del huso
suministran el mecanismo que hace posible la segregación alélica. Durante la división
nuclear, las fibras del huso se alinean en paralelo con el eje celular. Estas fibras del huso
son polímeros de una proteína llamada tubulina; se extienden desde los polos de la
célula hasta los cromosomas situados en el ecuador de la célula. Cada centrómero actúa
como un punto en el cual se une un complejo multiproteico denominado cinetocoro. El
cinetocoro sirve como sitio de unión de los microtúbulos de las fibras del huso. Los
microtúbulos de un polo (cuyo número varía de uno a muchos) se unen a un cinetocoro
y un número similar de ellos se unen desde el otro polo al cinetocoro de la cromátida
(mitosis) o del cromosoma homólogo (meiosis). Estas fibras, tiran de los cromosomas
hacia los polos donde forman los núcleos hijos. A pesar de que las fibras del huso
parecen cuerdas, no actúan como tales; la tubulina se despolimeriza en los cinetocoros,
acortando el microtúbulo y ejerciendo, por tanto, una fuerza tractora. Más tarde, las
unidades que segregan son separadas por un motor molecular de proteínas que actúa en
otro conjunto de microtúbulos no conectados con el cinetocoro, pero que también se
extiende de polo a polo. El aparato del huso y el complejo formado por los cinetocoros
y los centrómeros son determinantes para la fidelidad de la división nuclear. Cabe
destacar que, en la mayoría de las divisiones celulares, las fibras del huso dividen de
manera muy precisa el DNA.
Fin página 56
Sin embargo, toda máquina puede fallar, y el fallo ocasional de las fibras del huso
conduce a núcleos con más o menos cromosomas de los normales y esta alteración
conduce a desordenes específicos como el síndrome de Down en los seres humanos tal
como se verá en el capítulo 16.
2.4 El descubrimiento de genes mediante la observación de las
proporciones en la segregación
Hay que recordar que un objetivo general de los estudios genéticos actuales es
diseccionar una propiedad biológica mediante el descubrimiento del conjunto de genes
individuales que la afecta. Se ha comprobado que una buena manera de identificar esos
genes es mediante el estudio de las proporciones en la descendencia de los fenotipos
generados por sus mutaciones; con frecuencia proporciones 1:1 y 1:3, basados en el
principio de la segregación equitativa definido por Gregor Mendel.
Veremos algunos ejemplos que extienden la aproximación mendeliana a estudios
experimentales actuales. Habitualmente, el investigador se enfrenta a una interesante
selección de fenotipos mutantes que afectan a la propiedad de interés (como las
mostradas en la Figura 2-1) y necesita saber si se heredan como alelos mutantes
individuales. Los alelos mutantes pueden ser dominantes o recesivos, en función de su
efecto; por lo que también es necesario considerar la cuestión de la dominancia en el
estudio.
El procedimiento estándar es cruzar el mutante con el tipo salvaje (si el mutante es
estéril será necesario otro enfoque). Para empezar se considerarán tres casos sencillos
que cubren la mayor parte de los posibles resultados:
1. Un mutante fértil de flores sin pigmento en los pétalos (por ejemplo, pétalos
blancos en contraste con los normales rojos)
2. Una mosca del vinagre mutante con alas cortas y fértil.
3. Un moho fértil y mutante que no produce conidios (esporas asexuales)
Descubrimiento de un gen activo en el desarrollo del color de las flores
Para empezar el proceso, la planta de flores blancas se cruza con el fenotipo
normal rojo. Todas las plantas de la F1 tienen flores rojas y de 500 plantas de la F2
analizadas, 378 tenían las flores rojas y 122 blancas. Si tenemos en cuenta la existencia
de errores de muestreo, estos números de la F2 son muy cercanos a la proporción ¾:1/4
(o 3:1). Dado que estas proporciones indican herencia de un único gen, puede concluirse
que la mutación está causada por una alteración recesiva en un único gen. De acuerdo
con las reglas generales de la nomenclatura de genes, el alelo mutante de pétalos
blancos podría denominarse alb (de albino) y el tipo mutante sería alb+ o simplemente
+ (El convenio para la nomenclatura alélica varía entre organismos, en el apéndice de
nomenclatura se muestran algunas de las variaciones). Se concluye que el alelo salvaje
juega un papel esencial en la producción de los pétalos coloreados de la planta, una
característica que es, con casi total seguridad, necesaria para atraer los polinizadores a la
planta. El gen podría estar implicado en la síntesis bioquímica del pigmento o en la
parte de la transmisión de señales que dice a la célula de la flor cuando empezar a
sintetizar el pigmento; o bien en otras posibilidades que requerirán nuevas
investigaciones. Desde un punto de vista meramente genético, los cruces podrían
representarse simbólicamente:
Fin página 57
Descubrimiento de un gen para el desarrollo de las alas
En el ejemplo de la mosca del vinagre, los cruces de la mosca mutante de alas
cortas con el stock salvaje de alas normales produjeron una descendencia de 788
individuos, clasificados de la siguiente forma:
196 machos de alas cortas
194 hembras de alas cortas
197 machos de alas largas
201 hembras de alas largas
En total, entre la descendencia hay 390 individuos de alas largas y 398 de alas
cortas, muy cerca del ratio 1:1. La proporción es la misma para los machos que para las
hembras, dentro los límites del error de muestreo. De estos resultados se deduce que el
mutante de alas cortas está probablemente causado por una mutación dominante.
Obsérvese que, para que una mutación dominante se exprese, es necesario una única
“dosis” del alelo mutante así que, en muchos casos, cuando la mutación aparezca por
primera vez en la población lo hará en estado heterocigótico (esto no es cierto para una
mutación recesiva como la mostrada en el ejemplo anterior de la planta, la cual debía
estar en homocigosis para expresarse y debe venir de la autopolinización de una planta
heterocigótica sin identificar en la generación anterior).
Cuando se cruzan los descendientes de alas largas, toda su progenie es de alas
largas, como se esperaría de un alelo recesivo de tipo salvaje. Cuando la descendencia
de alas cortas se cruza, su descendencia muestra una proporción de tres cuartos de
moscas de alas cortas y un cuarto de alas largas.
Las mutaciones dominantes se representan mediante letras o palabras en
mayúsculas; en el presente ejemplo, el alelo mutante debería denominarse SH, de short
(corto en inglés). Por tanto, los cruces podrían ser representados de la siguiente forma:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
Este estudio de la mosca mutante identifica un gen que forma parte de un
subconjunto de genes que, en la forma salvaje, son cruciales para el desarrollo normal
de un ala. Este resultado es el punto de partida de estudios posteriores que tratarán de
identificar las rutas celulares y del desarrollo en las cuales se bloquea el crecimiento del
ala, las cuales, una vez identificadas, revelarán el momento del desarrollo en el que
actúa el alelo salvaje.
Descubrimiento de un gen para la producción de esporas
Un hongo sin esporas se cruza con un hongo de tipo salvaje productor de
esporas. En una muestra de 300 descendientes, 152 tuvieron esporas y 148 carecían de
ellas, muy similar a una proporción 1:1. Con estas proporciones de herencia de un único
gen se deduce que la mutación para la ausencia de esporas se debe a un único gen. La
determinación de la dominancia no suele ser posible en organismos haploides, pero por
comodidad, puede denominarse sp al alelo que provoca la ausencia de esporas y sp+ o
+ al de tipo salvaje. Los cruces deberían haber sido del tipo
Fin página 58
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
(a) Meiocito diploide
Mediante el estudio de mutantes y su herencia se ha descubierto un gen cuyo
alelo salvaje es esencial para la síntesis de esporas, el principal agente de dispersión de
un hongo. Las esporas se producen normalmente mediante un proceso de contracción y
expulsión rápida en los extremos de hifas aéreas especiales. Para determinar el
momento del desarrollo en el cual el mutante provoca un bloqueo es necesario
investigar el mutante. Esta información revelará el momento y el lugar en los que el
alelo normal actúa.
En ocasiones, la severidad de un fenotipo mutante conlleva la esterilidad del
organismo, incapaz de completar el ciclo sexual. ¿Cómo puede demostrarse la herencia
de un gen único en mutantes estériles? En un organismo diploide, un mutante recesivo
estéril puede propagarse como un heterocigoto, que puede cruzarse con otros
heterocigotos para producir un 25 por ciento de la descendencia mutante. Un mutante
estéril y dominante es un callejón sin salida genético que no puede propagarse
sexualmente pero que, sin embargo, en plantas y hongos puede propagarse fácilmente
de manera asexual.
¿Qué sucedería si un cruce entre un mutante y un individuo de tipo salvaje no
produjera una razón 3:1 ó 1:1 como se ha estudiado aquí sino otra razón diferente? Este
resultado puede deberse a las interacciones de varios genes o a un efecto ambiental.
Algunas de estas posibilidades se discutirán en el capítulo 6.
Los resultados del descubrimiento de genes
Volviendo a las imágenes de la Figura 2-1, se observa como el descubrimiento de genes
puede conducir a conjuntos de genes cuya interacción puede facilitar la propuesta de
modelos para mecanismos celulares clave.
Un conjunto de genes que dirige el desarrollo floral Todas las formas anormales de
las flores de Arabidopsis mostradas en la Figura 2-1 se heredan como mutaciones de un
único gen. Estos y otros mutantes han sido claves en el conocimiento de importantes
propiedades biológicas del desarrollo floral. Todos ellos han resultado ser ejemplos de
mutantes homeóticos, definidos como aquellos alelos mutantes que tienen el efecto de
transformar un tipo de órgano en otro. También se han encontrado mutantes homeóticos
en animales. En el caso de Arabidopsis, las flores de tipo salvaje poseen cuatro capas de
órganos que pueden representarse (empezando desde la parte externa de la planta)
como:
Tipo salvaje (WT): sépalos, pétalos, estambres, carpelos
Todos los mutantes presentan una disposición anormal de las capas:
apetala 1 y 2 (ap1 y ap2) : carpelos, estambres, estambres y carpelos
apetala 3 (ap3): sépalos, sépalos, carpelos, carpelos
Agamous (ag): repeticiones del motivo “sépalos, pétalos, pétalos”
(Así pues, agamous es estéril ya que carece de órganos reproductores, estambres y
carpelos)
El descubrimiento de estos mutantes cuyos órganos son intercambiables es muy
interesante ya que demuestra que las plantas están en un estado de desarrollo crítico y
puede decantarse en direcciones diversas. Los estudios con los mutantes anteriores
mostraron que todos los genes identificados codifican varios factores de transcripción,
que crean gradientes solapantes en el meristemo floral, donde su efecto combinado
promueve el desarrollo de órganos específicos.
Analicemos ahora con ejemplo de cómo funciona el modelo. Los pétalos se
determinan en el meristemo floral en desarrollo, por el solapamiento de gradientes de
dos factores generalmente denominados A y B.
Fin página 59
Por si mismo, el gradiente A (en regiones no solapantes) determina los sépalos. El gen
apetala1 actúa para formar el gradiente A, así que un mutante ap1 no produce ni pétalos
ni sépalos y las flores sólo tienen estambres y carpelos. Los otros tipos de fenotipos
mutantes pueden explicarse mediante gradientes similares.
Un grupo de genes que dirigen el desarrollo de las hifas Entre los tipos de hongos
mutantes mostrados en la Figura 2-1 se encuentran aquellos defectivos para las
proteínas del citoesqueleto (actinas y tubulinas), las proteínas que crean y mantienen los
gradientes de calcio necesarios para un crecimiento normal, las enzimas que debilitan la
pared celular en los extremos y las enzimas denominadas quinasas que activan o
inactivan otras proteínas durante la transducción de señales intracelulares. En su
conjunto, estos hallazgos revelan un subconjunto de genes que codifican componentes
celulares que interactúan para un normal crecimiento de las hifas.
Genética directa
En general, el tipo de planteamiento usado para el descubrimiento de genes que se ha
utilizado es conocido a veces como genética directa, una aproximación al
conocimiento de la función biológica que comienza con mutantes aleatorios de un
único gen y termina con detallados estudios celulares y bioquímicos de estos mutantes,
incluyendo a menudo análisis genómicos (En capítulos posteriores se verá a la genética
inversa en acción. En resumen, comienza con un análisis genómico que identifique un
conjunto de genes candidatos que codifican para la propiedad biológica en estudio,
después se inducen mutantes dirigidos específicamente a esos genes y, por último, se
examinan los fenotipos mutantes para ver si afectan a la propiedad en estudio.)
Mensaje El descubrimiento de genes mediante el estudio de la herencia de un único
gen es denominado genética directa. En general, funciona del modo detallando en la
siguiente secuencia:
Se escoge la propiedad biológica de interés
Se encuentran mutantes que afectan a esa propiedad
Se busca entre los mutantes patrones de herencia de un único gen
Se identifica el momento y lugar de acción de los genes
Se profundiza en la naturaleza molecular del gen mediante análisis genómicos (DNA)
Predicción de las proporciones de la descendencia o de los genotipos
parentales aplicando los principios de la herencia de un único gen.
El planteamiento general de los estudios encaminados al descubrimiento de genes puede
resumirse como sigue:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
(a) Observación de las proporciones en la descendencia 
(b) Deducción de los genotipos parentales (A/A, A/a o a/a)
Sin embargo, el mismo principio de herencia (en esencia la ley de la segregación
equitativa de Mendel) puede usarse para predecir los fenotipos de la descendencia
obtenida a partir de parentales con un genotipo conocido. Estos parentales, pueden
proceder de stocks mantenidos por los propios investigadores. Pueden predecirse
fácilmente las proporciones de la descendencia que se obtendrán de cruces tales como
A/A X A/a, A/A X a/a y A/a X A/a. En resumen:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
(a) Cruces de parentales con genotipo conocido Predicción de las proporciones
fenotípicas en la descendencia
Este tipo de análisis es de uso común en los programas de cría y se utiliza para
sintetizar genotipos para su uso agrícola o en investigación. Asimismo, resulta útil para
calcular la probabilidad de que se dé un resultado determinado en emparejamientos de
personas con un historial familiar de enfermedades causadas por un único gen.
Tras determinar que el tipo de herencia mostrado corresponde a un único gen, un
individuo que muestre un fenotipo dominante pero de genotipo desconocido puede ser
analizado para ver si el genotipo es homocigótico o heterocigótico.
Fin página 60
Este análisis puede ser llevado a cabo cruzando el individuo (de fenotipo A/?) con una
cepa recesiva control a/a. Si el individuo es heterocigótico se obtendrá una proporción
1:1 (1/2 A/a y ½ a/a). En cambio, si el individuo es homocigótico toda la descendencia
mostrará el fenotipo dominante (A/a). En general, el cruce de un individuo de
heterocigosidad desconocida (para un gen o más) con un parental completamente
recesivo se denomina cruzamiento prueba y el individuo recesivo se conoce como
individuo prueba. En capítulos posteriores aparecerán otros cruzamientos prueba que
son de gran utilidad para deducir los eventos meióticos que tienen lugar en genotipos
más complejos como los de individuos dihíbridos y trihíbridos. El uso de un individuo
prueba completamente recesivo significa que la meiosis en el parental de prueba puede
ser ignorada, ya que todos sus gametos son recesivos y no contribuyen al fenotipo de la
descendencia. Una prueba alternativa para detectar la heterocigosidad (útil si no hay
disponible un individuo prueba y el organismo puede ser autofecundado) consiste en
autofecundar el individuo de genotipo desconocido: si el organismo en estudio es
heterocigoto se esperará una proporción 3:1 en la descendencia. Este tipo de pruebas
son muy útiles y de uso común en análisis genéticos rutinarios.
Mensaje Los principios de la herencia (como la ley de la segregación equitativa)
pueden ser aplicados en dos direcciones: (1) para inferir genotipos a partir de
proporciones fenotípicas y (2) para predecir las proporciones fenotípicas a partir de
parentales de genotipo conocido.
2.5 Patrones de herencia de un único gen ligado al sexo
Los cromosomas que se han estudiado hasta el momento son autosomas, es decir, los
cromosomas “normales” que forman la mayor parte del conjunto genómico. No
obstante, muchos animales y plantas tienen un par especial de cromosomas asociados al
sexo. Los cromosomas sexuales segregan también equitativamente, pero las
proporciones fenotípicas observadas en la descendencia son, a menudo, diferentes de las
autosómicas.
Cromosomas Sexuales
Muchos animales y plantas muestran dimorfismo sexual, en otras palabras, los
individuos son o machos o hembras. En muchos de estos casos, el sexo está
determinado por un par especial de cromosomas sexuales. Tomemos a los seres
humanos como ejemplo. Las células corporales de los seres humanos poseen 46
cromosomas: 22 pares de autosomas homólogos y dos cromosomas sexuales. Las
mujeres tienen un par de cromosomas sexuales idénticos denominados cromosomas X.
Los hombres tienen un par de cromosomas no idénticos consistente en un cromosoma
X y un Y. El cromosoma Y es sensiblemente más pequeño que el X. Así pues, si la
letra A representa los cromosomas autosómicos podría decirse que:
Mujeres= 44A + XX
Hombres= 44A + XY
En la meiosis de las mujeres los dos cromosomas X homólogos se aparean y segregan
como autosomas y de este modo cada óvulo recibe un cromosoma X. Por lo tanto, en lo
relativo a los cromosomas sexuales, los gametos son de un solo tipo y la mujer se
considera el sexo homogamético. Durante la meiosis de los hombres, los cromosomas
X e Y se aparean en una pequeña región lo que asegura que ambos cromosomas se
separen, así pues habrá dos tipos de espermatozoides, la mitad de los cuales tendrá un
cromosoma X y la otra mitad un Y; el hombre se considera por tanto el sexo
heterogamético.
Los patrones de herencia de los genes de los cromosomas sexuales son
diferentes de los de los genes autosómicos. Los patrones de herencia de los cromosomas
sexuales fueron investigados por primera vez a principios del siglo XX en el laboratorio
del gran genetista Thomas Hunt Morgan usando la mosca del vinagre Drosophila
melanogaster (véase el cuadro de Organismo modelo en la siguiente pagina).
Fin página 61
Este insecto ha sido uno de los organismos de investigación más importantes en
genética, a lo que ha contribuido su ciclo de vida corto y sencillo. Las moscas del
vinagre tienen tres pares de cromosomas autosómicos y un par de cromosomas sexuales,
denominados también X e Y. Al igual que en los mamíferos, las hembras de Drosophila
tienen la constitución XX mientras que los machos son XY. Sin embargo, el mecanismo
de determinación sexual en Drosophila difiere del de los mamíferos. En Drosophila, es
el número de cromosomas X en relación a los autosomas lo que determina el sexo: dos
X dan como resultado una hembra y un cromosoma X dan lugar a un macho. En los
mamíferos, la presencia del cromosoma Y es la que determina la masculinidad y la
ausencia de Y determina el sexo femenino. Sin embargo, es importante resaltar que, a
pesar de algunas diferencias básicas en la determinación sexual, los patrones de
herencia de un único gen que se observan en genes de los cromosomas sexuales son
extraordinariamente similares en Drosophila y mamíferos.
Las plantas vasculares muestran una gran variedad de ordenaciones sexuales.
Las especies dioicas muestran un dimorfismo sexual muy parecido al de los animales,
con plantas hembras que contienen flores sólo con ovarios y plantas machos que portan
sólo anteras (Figura 2-24). Algunas plantas dioicas, pero no todas, presentan una pareja
de cromosomas no idénticos asociados con el sexo de la planta (y que probablemente lo
determinen). De las especies con cromosomas sexuales no idénticos, una gran
proporción presenta el sistema XY. Por ejemplo, la planta dioica Melandrium album
tiene 22 cromosomas por célula: 20 autosomas más 2 cromosomas sexuales, con
hembras XX y machos XY. Otras plantas dioicas no tienen parejas de cromosomas
visiblemente diferentes; puede que tengan cromosomas sexuales, pero éstos no son
distinguibles visualmente.
Patrones de herencia ligada al sexo
Los citogenetistas dividen los cromosomas X e Y en regiones homólogas y regiones
diferenciales. En este apartado usaremos de nuevo a los seres humanos como ejemplo
(Figura 2-25). Las regiones diferenciales contienen la mayoría de los genes y no tienen
su contrapartida en el otro cromosoma sexual. Así pues, en los hombres, a los genes
localizados en las regiones diferenciales se les denomina hemicigóticos (medio cigoto).
La región diferencial de cromosoma X contiene cientos de genes, muchos de los cuales
no toman parte en la función sexual e influyen en un gran abanico de propiedades
humanas. El cromosoma Y contiene tan sólo unas pocas docenas de genes, algunos de
los cuales tienen su homólogo en el cromosoma X, aunque la mayoría no. Este último
tipo es el que interviene en las funciones sexuales masculinas. Uno de estos genes, el
gen SRY, determina por sí mismo la masculinidad mientras que otros genes son
Organismo modelo Drosophila
Drosophila melanogaster fue uno de los primeros organismos modelo utilizados en
Genética. Puede conseguirse fácilmente de la fruta madura, tiene un ciclo de vida corto y es
muy sencilla de cultivar y cruzar. El sexo se determina por cromosomas sexuales X e Y
(XX=Hembra, XY=macho) y machos y hembras son fácilmente distinguibles. Los fenotipos
mutantes surgen con regularidad en poblaciones de laboratorio y su frecuencia puede ser
incrementada mediante el uso de sustancias químicas o radiaciones mutagénicas. Es un
organismo diploide con cuatro pares de cromosomas homólogos (2n = 8). En las glándulas
salivares, así como en otros tejidos, se suceden múltiples rondas de replicación del DNA sin
división cromosómica, lo que resulta en “cromosomas gigantes”, cada uno de los cuales
posee un patrón de bandas único que sirve a los genetistas como marcadores para el estudio
del mapa cromosómico y las reorganizaciones cromosómicas. Existen muchas especies y
razas de Drosophila que han servido como material de base para el estudio de la evolución.
“Time flies like an arrow; fruit flies like a banana”* (Groucho Marx)
Drosophila melanogaster, la mosca del vinagre (SLP/Photo Researchers)
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Adulto
1día
Huevo
1 día
Primer estadio larvario
Segundo estadio larvario
Tercer estadio larvario
2 1/2 – 3 días
Pupa
3 1/2 – 4 días
11. Ciclo de vida de Drosophila melanogaster
*N.T. El autor juega con el doble significado de fruit flies, que puede leerse como “moscas
del vinagre” o “la fruta vuela”, resultando en una divertida ambigüedad semántica. Time flies
like an arrow (el tiempo vuela como una flecha, entre otros posibles significados), fruit flies
like a banana (las moscas del vinagre como una banana, entre otros posibles significados)
específicos de la producción de espermatozoides en los varones.
En general, se dice que los genes localizados en las regiones diferenciales
muestran un patrón de herencia denominado ligamiento al sexo. Los alelos mutantes de
la región diferencial del cromosoma X muestran un patrón de herencia denominado
ligamiento al X. Los alelos mutantes de los pocos genes que existen en la región
diferencial del cromosoma Y muestran ligamiento al Y. Un gen ligado al sexo puede
mostrar proporciones fenotípicos diferentes para cada uno de los sexos y, en este
sentido, contrasta con los genes autosómicos cuyos patrones de herencia son iguales
para ambos sexos. Si se desconoce la localización en el genoma de un gen, un patrón de
herencia ligado al sexo indica que el gen está localizado en un cromosoma sexual.
Fin página 62
Los cromosomas humanos X e Y poseen dos pequeñas regiones homólogas, una
en cada extremo (véase la Figura 2-25). Dado que estas regiones son homólogas,
funcionan como autosómicas y por ello se denominan regiones pseudoautosómicas 1 y
2. Una de estas regiones, o ambas, pueden aparear en meiosis y experimentar
entrecruzamiento (véase el capítulo 4 para más detalles acerca del entrecruzamiento).
Por este motivo, los cromosomas X e Y segregan en igual número de espermatozoides
ya que se comportan como una par de cromosomas homólogos.
Herencia ligada al X
Para el primer ejemplo de ligamiento al X usaremos el caso del color del ojo en
Drosophila. El color de ojos de tipo salvaje en Drosophila es de un rojo apagado, pero
existen cepas puras de ojos blancos (Figura 2-26). Esta diferencia fenotípica está
determinada por dos alelos de un gen localizado en la región diferencial del cromosoma
X. En este caso, el alelo mutante para los ojos blancos es w (del inglés white. Las
minúsculas indican que el alelo es recesivo) y el correspondiente alelo salvaje es w+.
Cuando se cruzan machos de ojos blancos con hembras de ojos rojos toda la
descendencia de la F1 tiene ojos rojos, lo que sugiere que el alelo de ojos blancos es
recesivo.
Fin página 63
Al cruzar machos y hembras de la F1 con ojos rojos se obtiene una proporción 3:1 en la
F2 de ojos rojos respecto a ojos blancos, pero todas las moscas de ojos blancos
resultaron ser machos. La Figura 2-27 explica este patrón de herencia con una clara
diferencia entre sexos. El fundamento de este patrón reside en que todas las moscas de
la F1 reciben un alelo salvaje de sus madres, pero las hembras también reciben un alelo
de ojos blancos de sus padres. Por lo tanto, todas las hembras de la F1 son
heterocigóticas para el alelo salvaje (w+/w), mientras que los machos son hemicigóticos
para el alelo salvaje (w+). Las hembras de la F1 pasarán el alelo de ojos blancos a la
mitad de sus hijos, que lo expresarán, y a la mitad de sus hijas que no lo expresarán, ya
que han heredado el alelo salvaje de sus padres.
Los cruces recíprocos ofrecen un resultado diferente; el cruce entre una hembra
de ojos blancos y machos de ojos rojos da lugar a una F1 en al cual todas las hembras
son de ojos rojos y todos los machos tienen los ojos blancos. En este caso, cada hembra
hereda el alelo dominante w+ del cromosoma X de su padre, mientras que cada macho
hereda el alelo recesivo de sus madre. La F2 está compuesta por moscas de ojos rojos y
moscas de ojos blancos en igual proporción para ambos sexos. Por tanto, en el
ligamiento al sexo, no sólo se encuentran ejemplos de proporciones fenotípicas
diferentes en ambos sexos, sino también diferencias en los resultados de cruces
recíprocos.
Obsérvese que en Drosophila, el color de los ojos no tiene nada que ver con la
determinación del sexo, con lo que se demuestra que los genes de los cromosomas sexuales
no están necesariamente relacionados con la función sexual. Lo mismo ocurre en humanos,
en donde los análisis de las genealogías mostradas en este mismo capítulo revelan la
existencia de muchos genes ligados al sexo, de los cuales pocos tienen que ver con la
función sexual.
El alelo anormal asociado con el color de ojos en Drosophila es recesivo, pero
también existen alelos mutantes localizados en el cromosoma X que son dominantes
como es el caso del mutante de Drosophila de alas peludas (Hw). En estos casos, el
alelo salvaje (Hw+) es recesivo. Los alelos anormales dominantes muestran patrones de
herencia similares a los mostrados por el alelo salvaje para ojos rojos del ejemplo
anterior. Las proporciones obtenidas son idénticas.
Mensaje La herencia ligada al sexo muestra con regularidad diferentes
proporciones fenotípicas en los dos sexos de la descendencia, así como diferentes
proporciones en los cruzamientos recíprocos.
En las primeras décadas del siglo veinte Morgan demostró la herencia ligada al
cromosoma X del carácter ojos blancos en Drosophila, aportando una evidencia clara de
que los genes se localizan en los cromosomas. Por primera vez, un patrón de herencia se
correlacionaba con un par específico de cromosomas. Esta idea se empezó a conocer
como “la teoría cromosómica de la herencia”. En este periodo histórico se había
descubierto que en muchos organismos el sexo está determinado por un cromosoma X
y un cromosoma Y, y que en los machos estos cromosomas segregan equitativamente
en la meiosis para generar igual número de machos y hembras en la próxima
generación. Morgan descubrió que la herencia de los alelos del gen del color de ojos es
paralela a la del cromosoma X en meiosis y, por tanto, el gen estaba probablemente
ligado al cromosoma X. Los estudios de la herencia del carácter ojo blanco se
extendieron a líneas de Drosophila con un número anormal de cromosomas sexuales.
Gracias a esta situación novedosa, fue posible predecir los patrones de herencia génica
a partir de la segregación de los cromosomas anormales. Los resultados de todos estos
estudios aportaron pruebas convincentes a la teoría cromosómica.
Otros estudios genéticos revelaron que, en el caso de los pollos y las polillas, la
herencia ligada al sexo solamente podría explicarse si la hembra fuera el sexo
heterogamético. En estos organismos, los cromosomas sexuales de la hembra se
denominaron ZW, mientras que se usó la denominación ZZ para los de los machos.
Fin página 64
Fin página 65
2.6 Análisis de genealogías en humanos
Los emparejamientos humanos, como los de los organismos experimentales,
proporcionan muchos ejemplos de herencia de un único gen. Dado que en la especie
humana los cruzamientos controlados no pueden realizarse, los genetistas deben recurrir
al escrutinio de archivos médicos con la esperanza de que se hayan producido
cruzamientos informativos (como cruces monohíbridos) que podrían usarse para inferir
patrones de herencia de un único gen. El escrutinio de archivos familiares se denominan
análisis de genealogías. Un miembro de una familia que atrae la atención del genetista
se denomina propositus. Normalmente, el fenotipo del propositus es excepcional en
algún aspecto; por ejemplo, el propositus puede sufrir algún tipo de enfermedad. El
investigador sigue entonces el rastro del fenotipo en la historia familiar y dibuja un
árbol genealógico, empleando para ello símbolos normalizados como los de la Figura 228.
Para descubrir patrones de herencia de único gen, las genealogías han de ser
interpretados de acuerdo con la ley de Mendel de la segregación equitativa. Dado que
los seres humanos tienen en general pocos hijos, las proporciones esperadas de 3:1 y 1:1
no pueden visualizarse a menos que se combinen varias genealogías similares. La
aproximación al análisis de genealogías depende también de que uno de los fenotipos en
estudio sea una enfermedad poco común o de que ambos fenotipos de un par sean
morfos comunes de un polimorfismo. Muchas genealogías se dibujan por motivos
médicos e incluyen enfermedades que son, casi por definición, poco comunes. En este
caso existen dos fenotipos: la presencia o la ausencia de la enfermedad. El estudio de
genealogías permite detectar cuatro patrones diferentes de herencia de un único gen.
Centrémonos en primer lugar en las enfermedades recesivas causadas por la presencia
de alelos recesivos de genes autosómicos.
Enfermedades autosómicas recesivas
El fenotipo afectado por una enfermedad autosómica recesiva se hereda como un alelo
recesivo y, por lo tanto, el fenotipo no afectado se hereda como el correspondiente alelo
dominante. Por ejemplo, la enfermedad humana fenilcetonuria, estudiada previamente,
se hereda de forma mendeliana simple como un fenotipo recesivo, con la PKU
determinada por el alelo p y la condición normal por P. Así pues, las personas que
sufren la enfermedad serán de genotipo p/p y los no afectados serán P/P o P/p.
Obsérvese que el término tipo salvaje y sus símbolos alélicos no se usan en genética
humana ya que el tipo salvaje es imposible de definir. ¿Qué patrones en una genealogía
revelarían este tipo de herencia? Los dos puntos clave son: (1) que la enfermedad
aparece generalmente entre la descendencia de padres no afectados y (2) que la
descendencia afectada incluye a hombres y mujeres. Cuando se sepa que entre la
descendencia afectada hay hombre y mujeres, podrá inferirse que muy probablemente se
trata de un patrón de herencia mendeliana simple de un gen autosómico y no de
herencia ligada al sexo. La siguiente genealogía ilustra uno de los aspectos clave, el
nacimiento de hijos afectados de padres sanos:
Fin página 66
De este patrón puede deducirse un cruce monohíbrido simple, con un alelo
recesivo responsable del fenotipo anormal (indicado con símbolos negros). Ambos
padres son heterocigóticos, es decir, A/a, ambos deben tener un alelo a dado que cada
uno de ellos ha transmitido este alelo a cada uno de los hijos enfermos. Asimismo,
deben llevar un alelo A ya que ambos son fenotípicamente normales. Puede asignarse a
los hijos (en el orden mostrado) los genotipos A/-, a/a, a/a y A/-. Así pues, el pedigrí
puede representarse como:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
Este pedigrí no apoya la hipótesis de herencia recesiva ligada al cromsoma X, ya
que según esta hipótesis, una hija afectada debe tener una madre heterocigótica (lo cual
es posible) y un padre hemicigótico, lo que es claramente imposible, porque habría
expresado el fenotipo de la enfermedad.
Obsérvese que, aunque operen las reglas de Mendel, rara vez se observan en una
familia las proporciones de Mendel dado el escaso tamaño de la muestra. En el ejemplo
anterior, se observaba una proporción fenotípica 1:1 en la descendencia de un
cruzamiento monohíbrido. Si la pareja hubiera tenido, por ejemplo, 20 hijos, la
proporción habría sido algo parecido a 15 hijos sanos y 5 con PKU (una proporción
3:1), pero cualquier proporción es posible en una muestra de tan sólo cuatro hijos y, en
general, puede encontrarse cualquier proporción.
Los pedigrís de enfermedades autosómicas recesivas aparecen con muchos
símbolos claros y pocos símbolos negros. Una enfermedad recesiva aparece en grupos
de hermanos, en tanto que los miembros de generaciones anteriores y posteriores no
suelen estar afectados. Para entender por qué esto es así, es importante comprender
ciertos aspectos de la estructura genética de las poblaciones en las que aparecen estas
enfermedades poco comunes. Por definición, si la enfermedad es poco común, la mayor
parte de las personas no son portadoras del alelo anormal. Además, la mayoría de las
personas que sí llevan el alelo anormal son heterocigóticas, más que homocigóticas. La
razón básica de que los heterocigotos sean más frecuentes que los homocigotos
recesivos es que, para ser un homocigoto recesivo, ambos padres deben llevar el alelo a,
pero para ser un heterocigoto, sólo uno de los padres debe llevar el alelo a.
El nacimiento de una persona afectada depende generalmente de la unión al azar
de padres heterocigóticos no emparentados. La consanguinidad (emparejamientos entre
parientes) incrementa la probabilidad de que dos heterocigotos se emparejen. En la
Figura 2-29 se muestra el caso de un matrimonio entre primos. Los individuos III-5 y
III-6 son primos hermanos y tienen dos hijos homocigóticos para el alelo poco
frecuente. En la ilustración puede observarse que un ancestro heterocigótico puede dar
lugar a muchos descendientes heterocigóticos. Por tanto, dos primos pueden llevar el
mismo alelo recesivo poco frecuente heredado de un antecesor común. Para que dos
personas no emparentadas sean heterocigóticas, deben haber heredado el alelo recesivo
de ambas familias. Los emparejamientos entre parientes acarrean un riesgo mucho
mayor de producir enfermedades recesivas que los emparejamientos entre personas no
emparentadas. Por este motivo, los matrimonios entre primos hermanos dan cuenta de
una gran proporción de las enfermedades recesivas en poblaciones humanas.
¿Qué ejemplos hay de enfermedades humanas recesivas? La fibrosis quística es
otra enfermedad heredada de acuerdo a las reglas mendelianas como un fenotipo
recesivo autosómico recesivo. El síntoma más importante es la secreción de grandes
cantidades de mucosidad en los pulmones, lo que provoca la muerte por varias causas,
aunque esta normalmente se precipita por infección del tracto respiratorio. La
mucosidad puede extraerse por medio de agitadores mecánicos y la infección pulmonar
puede evitarse mediante el uso de antibióticos; por tanto, con el tratamiento adecuado
los pacientes con fibrosis quística pueden vivir hasta la edad adulta.
Fin página 67
El gen de la fibrosis quística (y su alelo mutante) fue uno de los primeros genes
asociados a enfermedades humanas en ser aislado en el nivel del DNA, en 1989. Estas
investigaciones revelaron que la enfermedad está causada por una proteína defectuosa
que transporta iones cloruro a través de la membrana, lo que provoca una alteración en
el balance de sales que cambia la naturaleza de la mucosidad pulmonar. El
conocimiento de la función génica en personas sanas y en personas afectadas por la
enfermedad alimenta la esperanza de conseguir tratamientos más efectivos.
En los seres humanos, el albinismo también se hereda de forma autosómica
recesiva. El alelo mutante lo es de un gen que normalmente sintetiza el pigmento
marrón o negro de la melanina. La Figura 1-8 muestra los patrones de herencia de este
gen haplosuficiente junto con el defecto celular que provoca.
Mensaje En las genealogías humanas, una enfermedad autosómica recesiva se
distingue por la aparición de la enfermedad en los descendientes varones y mujeres
de padres sanos.
Enfermedades autosómicas dominantes
¿Qué patrones pueden esperarse en las genealogías de enfermedades dominantes? En
este caso, el alelo normal es recesivo y el defectivo es dominante. Podría parecer
paradójico que una enfermedad poco común sea dominante pero hay que recordar que
dominancia y recesividad son sólo un reflejo de cómo actúan los alelos, y que no se
definen en función de su abundancia en la población. Un buen ejemplo de enfermedad
dominante poco frecuente con herencia mendeliana es la pseudoacondroplasia, un tipo
de enanismo (Figura 2-30). En este caso, las personas de estatura normal son
genotípicamente d/d y el genotipo enano puede ser, en principio, D/d o D/D. No
obstante, se cree que en los individuos D/D, las dos dosis del alelo D podrían producir
un efecto tan grave que este genotipo es letal. Si esta creencia es cierta, todos los
individuos enanos son heterocigóticos.
Al estudiar una genealogía, las pistas más importantes para identificar una
enfermedad dominante con herencia mendeliana son que el fenotipo enfermo tiende a
aparecer en cada generación de la genealogía y que los padres y madres afectados
transmiten el fenotipo tanto a los hijos como a las hijas.
Fin página 68
De nuevo, la presencia de ambos sexos entre los descendientes afectados descarta el
modo de herencia ligado al sexo. La enfermedad aparece en cada nueva generación
porque, normalmente, el alelo presente en un individuo debe proceder de un ancestro en
la generación anterior (los alelos anormales también pueden surgir de novo por
mutación. Esta posibilidad debe ser tenida en cuenta para enfermedades que interfieren
con la función reproductora, ya que esta alteración es poco probable que se haya
heredado de un ancestro afectado). La Figura 2-31 muestra una genealogía típica de una
enfermedad dominante. Adviértase, una vez más, que las proporciones típicas de la
herencia mendeliana no se observan necesariamente en las familias. Como ocurre en las
enfermedades recesivas, los individuos portadores de una copia del alelo raro (A/a) son
mucho más frecuentes que los que poseen dos copias (A/A), de modo que la mayoría de
los afectados son heterocigóticos y prácticamente todos los emparejamientos en los que
está implicada una enfermedad dominante son del tipo A/a X A/a. Por lo tanto, si se
computan globalmente los descendientes de muchos de estos emparejamientos, se
esperaría una proporción 1:1 entre individuos no afectados (a/a) y afectados (A/a).
La enfermedad de Huntington es un ejemplo de enfermedad heredada como un fenotipo
dominante determinado por un alelo de un único gen. El fenotipo consiste en una
degeneración neuronal que provoca convulsiones y muerte prematura. El cantante Folk
Woody Guthrie estuvo afectado por la enfermedad de Huntington. La enfermedad es
más bien rara y de manifestación tardía, generalmente los síntomas no aparecen hasta
después de que las personas afectadas hayan comenzado a tener descendencia (Figura 232). Cuando a un progenitor se le diagnostica la enfermedad, se sabe que cada hijo
nacido tiene una probabilidad del 50 por ciento de heredar dicho alelo y la enfermedad
asociada al mismo. Esta trágica situación ha inspirado grandes esfuerzos para encontrar
métodos que identifiquen eficazmente a las personas portadoras del alelo anormal antes
de que aparezcan los primeros síntomas. En la actualidad existen técnicas de
diagnóstico molecular para la identificación de los portadores del alelo de la enfermedad
de Huntington.
Otras condiciones dominantes poco frecuentes son la polidactilia (mayor número de
dedos), mostrada en la Figura 2-33, y un fenotipo de piel moteada conocido como
piebaldismo, mostrado en la Figura 2-34.
Mensaje Las genealogías de enfermedades autosómicas dominantes mendelianas
muestran tanto varones como mujeres afectados en cada generación. Asimismo, los
varones y mujeres afectados transmiten la enfermedad en la misma proporción a sus
hijos e hijas.
Polimorfismos Autosómicos
Un polimorfismo es la coexistencia de uno o más fenotipos comunes de un carácter en
las poblaciones naturales. Los fenotipos alternativos de un polimorfismo (morfos) se
heredan a menudo como alelos de un único gen de una manera mendeliana. De entre los
muchos ejemplos de dimorfismos que existen en los seres humanos pueden citarse los
siguientes: ojos marrones u ojos azules, pelo oscuro o pelo rubio, presencia o ausencia
de hoyuelos en la barbilla, presencia o ausencia del pico de viuda y lóbulos de la oreja
pegados o separados a la mejilla. El morfo determinado por el alelo dominante se ha
escrito en primer lugar.
La interpretación de las genealogías para los polimorfismos es un tanto diferente
de la realizada para el caso de las enfermedades raras porque, por definición, las
distintas formas de un polimorfismo son frecuentes. Analicemos a continuación la
genealogía de un interesante caso de dimorfismo en los seres humanos. Un dimorfismo
es el tipo más sencillo de polimorfismo, con tan sólo dos morfos. Muchas poblaciones
humanas son dimórficas para la capacidad de percibir el sabor del compuesto
feniltiocarbamida (PTC). Esto significa que las personas pueden, bien detectarlo como
un sabor amargo o desagradable o, para gran sorpresa en incredulidad de los
probadores, no percibirlo en absoluto.
Fin Página 69
Fin página 70
En la genealogía de la Figura 2-35 puede observarse que dos “perceptores” pueden tener
hijos no perceptores. Esto deja claro que el alelo responsable de la capacidad para
percibir es dominante, mientras que el alelo para el carácter no perceptor es recesivo.
Obsérvese en la Figura 2-35 que casi todas las personas que se introducen en esta
familia portan el alelo recesivo, bien en heterocigosis o bien en homocigosis. Esta
genealogía difiere de las que incluyen anomalías recesivas poco frecuentes, para las
cuales suele asumirse asume que todos los individuos que entran en la familia son
homocigóticos normales. Dado que ambos alelos PTC son frecuentes, no resulta
sorprendente que todos los miembros de la familia menos uno estén casados con
portadores de al menos una copia del alelo recesivo.
El polimorfismo constituye un fenómeno genético muy interesante. Los
genetistas de poblaciones se han sorprendido al descubrir el alto grado de polimorfismo
que generalmente existe en poblaciones naturales de plantas y animales. Además,
aunque la genética de los polimorfismos es sencilla, hay muy pocos polimorfismos para
los que exista una explicación satisfactoria sobre la coexistencia de los morfos. No
obstante, el polimorfismo está muy extendido a todos los niveles del análisis genético,
incluso en el nivel del DNA. De hecho, los polimorfismos observados en el DNA han
sido de gran utilidad como marcadores y han servido de gran ayuda a los genetistas
para la investigación de los cromosomas en organismos complejos, como se verá en el
capítulo 4. En los capítulos 17 y 19 se estudiará la genética de poblaciones y evolutiva
de los polimorfismos.
Mensaje Las poblaciones de plantas y animales (incluida la especie humana) son
altamente polimórficas. Generalmente, los diferentes morfos se heredan como alelos
de un único gen.
Enfermedades recesivas ligadas al cromosoma X
Analicemos ahora las genealogías de enfermedades causadas por alelos recesivos poco
frecuentes de genes localizados en el cromosoma X. Normalmente estas genealogías
muestran las siguientes características:
1. Muchos más varones que mujeres presentan el fenotipo a analizar. El motivo es
que una mujer sólo puede heredar el genotipo si tanto su madre como su padre
son portadores del alelo (por ejemplo, XAXa x XaY), mientras que para que un
varón herede el fenotipo sólo es necesario que la madre sea portadora del alelo
correspondiente (XAXa x XAY). Si el alelo recesivo es muy poco frecuente, casi
todas las personas afectadas serán varones.
2. Ningún descendiente de un varón afectado estará afectado pero todas sus hijas,
serán portadoras del alelo recesivo que queda enmascarado por su condición
heterocigótica. En la siguiente generación, la mitad de los hijos de esas hijas
portadoras mostrarán el fenotipo (Figura 2-36).
3. Ninguno de los hijos de un varón afectado mostrará el fenotipo en estudio, ni
transmitirá el fenotipo a su descendencia. El motivo de esta ausencia de
transmisión varón-varón es que un hijo varón hereda el cromosoma Y de su
padre, por lo que normalmente no heredará el cromosoma X de éste. En cambio,
la transmisión de una enfermedad de varón a varón es un síntoma de que la
enfermedad se hereda de forma autosómica.
En el análisis de genealogías de alelos poco frecuentes ligados al cromosoma X, se
supone que una mujer normal de genotipo desconocido es homocigótica a menos que
haya evidencias de lo contrario.
Quizás el ejemplo más conocido de herencia recesiva ligada al cromosoma X sea el
de la ceguera a los colores verde y rojo. Las personas con esta enfermedad son
incapaces de distinguir el rojo y el verde. Los genes para la visión del color han sido
caracterizados a nivel molecular. La visión del color se basa en la presencia en la retina
de tres tipos diferentes de células llamadas conos, cada uno de los cuales es sensible a
luz de longitudes de onda del color rojo, del verde o del azul.
Fin página 71
Los determinantes genéticos de los conos sensibles al rojo y al verde se localizan en
el cromosoma X. Como ocurre con otros fenotipos recesivos ligados al cromosoma X,
hay muchos más varones que mujeres con este fenotipo.
Otro ejemplo que resulta familiar es el de la hemofilia, un fallo en la coagulación de
la sangre. Para que la sangre coagule deben interactuar muchas proteínas de una forma
secuencial. El tipo más frecuente de hemofilia se debe a la ausencia o mal
funcionamiento de una de esas proteínas, denominado Factor VIII. Un caso muy
conocido de hemofilia es el de las familias reales europeas emparentadas (Figura 2-37).
Fin página 72
El alelo original de la hemofilia apareció en esta genealogía espontáneamente (por
mutación) en las células reproductoras de los padres de la Reina Victoria o bien en ella
misma. No obstante, algunos proponen que el origen de dicho alelo podría ser fruto de
un amor secreto de la madre de Victoria. Alexis, hijo del último Zar de Rusia, heredó el
alelo de la Reina Victoria, que era abuela de su madre, Alejandra. Hoy en día la
hemofilia puede ser tratada médicamente, pero hubo un tiempo en que era
potencialmente mortal. Es interesante resaltar que en el Talmud judío se dictan reglas
que admiten ciertas excepciones a la norma obligatoria de circuncidar a los varones,
reglas que muestran con claridad que la forma de transmisión de la enfermedad a través
de mujeres portadoras no afectadas era bien conocida en la antigüedad. Por ejemplo, un
varón recién nacido quedaba exento de la circuncisión si los hijos de alguna hermana de
su madre habían sangrado profusamente durante la circuncisión. Se sabía por tanto que
el sangrado anormal se transmite a través de las mujeres de la familia, pero se expresa
sólo en sus hijos varones.
La distrofia muscular de Duchenne es una enfermedad mortal, recesiva y ligada al
cromosoma X. El fenotipo consiste en debilitamiento y atrofia de los músculos.
Generalmente, la enfermedad comienza a manifestarse antes de los seis años, obliga al uso
de silla de ruedas a los doce y suele provocar la muerte a los veinte. El gen responsable de
la distrofia muscular de Duchenne codifica una proteína muscular denominada distrofina.
Este conocimiento, mantiene la esperanza de nuevos avances en el conocimiento de la
fisiología de esta enfermedad y, en definitiva, en su tratamiento.
Un fenotipo recesivo poco frecuente y ligado al X que resulta interesante desde el punto
de vista de la determinación del sexo es el conocido como síndrome de feminización
testicular, cuya frecuencia es de alrededor de 1 de cada 65.000 varones. Las personas que
sufren de este síndrome son cromosómicamente varones, con 44 autosomas más un X y un
Y, pero se desarrollan como mujeres (Fig. 2-38). Presentan genitales externos femeninos,
una vagina ciega y carecen de útero. Pueden aparecer testículos, situados en los labios de
los genitales o en el abdomen. Aunque muchas de estas personas contraen matrimonio, son
estériles. Este síndrome no revierte mediante tratamiento con hormonas masculinas
(andrógenos) por lo que en ocasiones se denomina síndrome de insensibilidad a
andrógenos. La razón de esta insensibilidad es que una mutación en el receptor de
andrógenos provoca que el receptor no funcione correctamente, de modo que la hormona
masculina no puede tener efecto sobre los órganos diana implicados en la masculinidad. En
la especie humana la condición femenina se produce cuando no funciona el sistema
determinante de la masculinidad.
Enfermedades dominantes ligadas al cromosoma X
En las genealogías de enfermedades dominantes ligadas al cromosoma X, los patrones de
herencia presentan las siguientes características:
1. Los varones afectados transmiten la condición a todas sus hijas y no lo hacen a ninguno
de sus hijos varones.
2. Las mujeres heterocigóticas afectadas casadas con varones sanos transmiten el defecto a
la mitad de sus hijos, tanto varones como mujeres.
Este tipo de herencia no es demasiado común. Un ejemplo es la hipofosfatemia, un
tipo de raquitismo resistente al tratamiento con vitamina D. Algunas formas de hipertricosis
(exceso de vello facial y corporal) muestran herencia dominante ligada al cromosoma X.
Herencia ligada al cromosoma Y
Solamente los varones heredan los genes de la región diferencial del cromosoma Y humano;
los genes se transmiten de padres a hijos varones. El gen SRY desempeña un papel
primordial en la determinación de la masculinidad y se denomina también factor
determinante de los testículos. De hecho, estudios genómicos han confirmado que el gen
SRY se localiza en la región diferencial del cromosoma Y. Así pues, la propia masculinidad
está ligada al cromosoma Y mostrando el patrón que se espera de una herencia varón-varón.
Fin página 73
Se ha demostrado que algunos casos de esterilidad masculina están causados por deleciones
en regiones del cromosoma Y que contienen genes implicados en la espermatogénesis. La
esterilidad masculina no puede ser heredada pero, curiosamente, los padres de estos varones
poseen cromosomas Y normales, lo que demuestra que las deleciones son recientes.
No existen casos convincentes de variantes fenotípicas no sexuales asociadas al
cromosoma Y. Como posibilidad, se ha propuesto la presencia de pelos en el borde de la
oreja (Figura 2-40), aunque todavía existe controversia al respecto. Este fenotipo es
extraordinariamente raro en las poblaciones de la mayoría de los países, pero es más
frecuente en las poblaciones de la India. Se ha demostrado que en algunas familias el
fenotipo se transmite exclusivamente de padres a hijos varones.
Mensaje Los patrones de herencia que muestran distribución desigual de fenotipos en
hombres y mujeres pueden situar los genes candidatos en uno de los cromosomas
sexuales.
Cálculo de riesgo en el análisis de genealogías
Cuando existe un historial bien documentado de enfermedad con un patrón de
herencia de un único gen en una familia, puede usarse este conocimiento para calcular
la probabilidad de que los padres tengan un hijo afectado por la enfermedad.
Considérese como ejemplo un caso en el cual una pareja de recién casados descubren
que ambos tienen un tío con la enfermedad de Tay-Sachs, una enfermedad autosómica
recesiva grave causada por una variedad defectuosa de la enzima hexosaminidasa A.
Este defecto conduce a la acumulación de grasa en las células nerviosas, causando
parálisis seguida de muerte prematura. La genealogía se representaría como:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
La probabilidad de que el primer hijo de la pareja sufra la enfermedad de Tay-Sachs
puede calcularse del siguiente modo. Dado que ninguno de los miembros de la pareja
tiene la enfermedad, ambos han de ser, bien homocigóticos para el alelo normal o bien
heterocigóticos. Si ambos son heterocigóticos, cada uno de ellos tiene un 50% de
probabilidad de transmitir el alelo a un hijo, que padecería la enfermedad de Tay-Sachs.
Debe, por tanto, calcularse la probabilidad de que ambos sean heterocigóticos y de ser
así, la probabilidad de que transmitan el alelo deletéreo a un hijo.
Fin página 74
1. Los dos abuelos del marido deben ser heterocigóticos (T/t) ya que han tenido un
hijo t/t (su tío). Por lo tanto, forman un cruce monohíbrido. El padre del marido
debería ser o bien T/T o bien T/t, no obstante se sabe que las probabilidades
relativas de estos genotipos serían ¼ y ½ respectivamente (la proporción
esperada entre la descendencia de un cruce monohíbrido es ¼ T/T, ½ T/t y ¼ t/t).
Existe por tanto una probabilidad de 2/3 de que el padre sea heterocigótico (dos
tercios es la proporción de la descendencia sana heterocigótica: ½ dividido entre
¾)
2. Se asume que la madre del marido es T/T, ya que no es de la familia y
generalmente el alelo de la enfermedad es poco frecuentes. Así pues, si el padre
es T/t, el emparejamiento con la madre fue un cruce T/t x T/T y las proporciones
esperadas entre la descendencia (incluyendo al marido) son ½ T/T y ½ T/t.
3. La probabilidad final de que el marido sea heterocigótico debe ser calculada
siguiendo la regla del producto que establece que :
La probabilidad de que dos sucesos independientes ocurran al mismo
tiempo es el producto de sus probabilidades independientes.
Dado que la transmisión de genes en diferentes generaciones son sucesos
independientes, puede calcularse que la probabilidad de que el marido sea
heterocigótico es la probabilidad de que su padre sea heterocigótico y a su vez tenga un
hijo heterocigótico, es decir, 2/3 x ½ = 1/3.
4. Del mismo modo, la probabilidad de que su esposa sea heterocigótica es también
1/3.
5. Si ambos son heterocigóticos (T/t), su emparejamiento constituye un típico cruce
monohíbrido y por tanto, la probabilidad de tener un hijo t/t es de ¼.
6. En total, la probabilidad de que la pareja tengo un hijo afectado es la
probabilidad de que ambos sean heterocigóticos y a su vez transmitan el alelo
recesivo a su hijo. De nuevo, éstos son sucesos independientes y por tanto la
probabilidad final puede calcularse como 1/3 x 1/3 x ¼ = 1/36. En otras
palabras, existe una posibilidad entre 36 de que tengan un hijo afectado por la
enfermedad de Tay-Sachs.
En algunas comunidades judías, el alelo de la enfermedad de Tay-Sachs no es tan
poco frecuente como en la población en general. En esos casos, los individuos sanos
que se unen a familias con un historial de enfermos por Tay-Sachs no pueden suponerse
que sean T/T. Si la frecuencia de heterocigotos T/t en la comunidad es conocida, esta
frecuencia puede ser tenida en cuenta en el cálculo mediante la regla del producto. Hoy
en día están disponibles pruebas diagnósticas moleculares para detectar alelos recesivos
para Tay-Sachs y el uso juicioso de estas pruebas ha disminuido drásticamente la
frecuencia de estas enfermedades en algunas comunidades.
Resumen
El análisis y estudio del genoma de un organismo constituye uno de los procesos principales
de la genética hoy en día. El genoma de un organismo eucariota se compone de un conjunto
de cromosomas con un número y tamaño característico para ese organismo. Cada
cromosoma contiene una molécula de DNA eficazmente enrollada gracias a la acción de un
“bobina” compuesta de proteínas denominadas histonas. Los genes son unidades que se
transcriben a lo largo del cromosoma. El DNA que se localiza entre los genes puede tener
una función reguladora o desconocida; una gran parte de este DNA son elementos
transponibles. Las células diploides contienen dos juegos de cromosomas virtualmente
idénticos; las células haploides contienen un juego.
En la división celular somática, el genoma se transmite mediante la mitosis, una
división nuclear. En este proceso, cada cromosoma se duplica en un par de cromátidas
hermanas que son separadas para producir dos células hijas idénticas (la mitosis puede
tener lugar en células haploides y diploides). Durante la meiosis, que tiene lugar en el ciclo
sexual de los meiocitos, cada homólogo se duplica para formar una diada de cromátidas; las
dos diadas se aparean para formar una tétrada que segrega a cada una de las dos células en
división. El resultado son cuatro células haploides o gametos. La meiosis tiene lugar sólo
en células diploides; así pues, los organismos haploides han de unirse para formar un
meiocito diploide.
Fin página 75
Un modo muy sencillo de recordar los sucesos principales durante la meiosis es
usando los dedos de la mano para representar los cromosomas, como se muestra en la
Figura 2-41.
La disección genética de una propiedad biológica comienza con una recopilación de
mutantes. Se ha de probar cada uno de los mutantes para examinar si se hereda como un
cambio en un único gen. El procedimiento seguido es esencialmente el mismo desde los
tiempos de Mendel, que llevo a cabo el prototipo de este tipo de análisis. El análisis se basa
en la observación de las proporciones fenotípicas en la descendencia de cruces controlados.
En un caso típico, un cruce del tipo A/A x a/a produce una F1 en la que todos los individuos
son A/a. Cuando la F1 se cruza o se autofecunda, se produce una F2 con unas proporciones
genotípicas de ¼ A/A, ½ A/a y ¼ a/a (a nivel fenotípico esta proporción es ¾ A/- y ¼ a/a).
Los tres genotipos de un solo gen son homocigóticos dominantes, heterocigóticos
(monohíbridos) y homocigóticos recesivos. Si un individuo A/a se cruza con un individuo
a/a (un cruzamiento prueba) en la F1 se produce una proporción 1:1 en la descendencia. Las
proporciones 1:1, 3:1 y 1:2:1 surgen del principio de la segregación equitativa, a partir del
cual los productos haploides de la meiosis de un individuo A/a serán ½ A y ½ a. La base
celular de la segregación equitativa de los alelos es la segregación de cromosomas
homólogos durante la meiosis. Los hongos haploides pueden usarse para demostrar la
segregación en una meiosis sencilla (una proporción 1:1 en el asca).
La base molecular para la producción de cromátidas durante la meiosis es la
replicación del DNA. La segregación en meiosis puede observarse directamente desde el
punto de vista molecular (DNA) si se utilizan sondas adecuadas para detectar los morfos de
un dimorfismo molecular. La fuerza molecular de la segregación es la despolimerización y
subsiguiente acortamiento de los microtúbulos que se unen a los centrómeros. Las
mutaciones recesivas se localizan normalmente en genes haplosuficientes, mientras que las
mutaciones dominantes son a menudo debidas a genes haploinsuficientes.
En muchos organismos el sexo está determinado cromosómicamente y
generalmente la hembra es XX mientras que el macho es XY. Los genes localizados en el
cromosoma X (genes ligados al cromosoma X) no tienen contrapartida en el cromosoma Y,
Estos genes muestran un patrón de herencia de gen único diferente para cada sexo y dan
como resultado diferentes proporciones entre los descendientes machos y hembras.
La segregación mendeliana de un único gen resulta muy útil para la identificación
de los alelos mutantes que subyacen a muchas enfermedades humanas. Los análisis de
genealogías pueden revelar enfermedades autosómicas o ligadas al cromosoma X tanto de
tipo dominante como recesivas. La lógica de la genética mendeliana debe ser usada con
precaución, teniendo en cuenta el pequeño número de descendientes de la especie humana y
que las proporciones fenotípicas no son necesariamente las esperadas para tamaños mayores
de muestra. Si una enfermedad causada por un único gen aparece en una genealogía, la
lógica mendeliana puede ser usada para predecir la probabilidad de que los hijos hereden la
enfermedad.
Términos clave
Alelo (Pág. 40)
Asca (Pág. 50)
Bivalente (Pág. 44)
Centrómero (Pág. 34)
Carácter (Pág. 37)
Cromátida (Pág. 34)
Banda cromosómica (Pág. 35)
Cromosoma (Pág. 33)
Cruzamiento (Pág. 32)
Dimorfismo (Pág. 69)
Planta dioica (Pág. 62)
Diploide (v 34)
Diada (Pág. 44)
Dominante (Pág. 40)
Eucromatina (Pág. 35)
Primera generación filial (F1) ( Pág. 39)
Genética directa (Pág. 60)
Gen (Pág. 40)
Descubrimiento de genes (Pág. 31)
Par génico (Pág. 34)
Disección genética (Pág. 32)
Genoma (Pág. 33)
Genotipo (Pág. 40)
Haploide (Pág. 34)
Número haploide (Pág. 34)
Haploinsuficiente (Pág. 56)
Haplosuficiente (Pág. 56)
Heterocromatina (Pág. 35)
Hemicigótico (Pág. 62)
Fin página 76
Sexo heterogamético (Pág. 61)
Heterocigoto (Pág. 40)
Heterocigoto (Pág. 40)
Sexo Homogamético (Pág. 61)
Homólogo (Pág. 34)
Cromosoma Homólogo (Pág. 34)
Homocigoto (Pág. 40)
Homocigótico dominante (Pág. 40)
Homocigótico recesivo (Pág. 40)
Intrón (Pág. 36)
Cinetocoro (Pág. 56)
Ley de la segregación equitativa (Primera ley de Mendel) (Pág. 40)
Mutación permeable (Pág. 55)
Meiocito (Pág. 42)
Meiosis (Pág. 42)
Mitosis (Pág. 42)
Monohíbrido (Pág. 40)
Cruce monohíbrido (Pág. 40)
Morfo (Pág. 69)
Mutante (Pág. 32)
Organizador nucleolar (Pág. 35)
Nucleolo (Pág. 35)
Nucleosoma (Pág. 34)
Alelo nulo (Pág. 55)
Generación parental (P) (Pág. 38)
Análisis de genealogías (Pág. 66)
Fenotipo (Pág. 37)
Polimorfismo (Pág. 69)
Producto de la meiosis (Pág. 46)
Regla del producto (Pág. 75)
Propiedad (Pág. 37)
Propositus (Pág. 66)
Región pseudoautosómica (Pág. 63)
Línea pura (Pág. 37)
Recesivo (Pág. 40)
Genética inversa (Pág. 60)
Segunda generación filial (F2) (Pág. 39)
Autopolinización (Pág. 38)
Cromosoma sexual (Pág. 61)
Ligamiento al sexo (Pág. 62)
Gen SRY (Pág. 73)
Telómero (Pág. 35)
Cruzamiento de prueba (Pág. 61)
Individuo de prueba (Pág. 61)
Tétrada (Pág. 44)
Rasgo (Pág. 37)
Elemento transponible (Pág. 36)
Tipo salvaje (Pág. 32)
Cromosoma X (Pág. 61)
Ligamiento al X (Pág. 62)
Cromosoma Y (Pág. 62)
Ligamiento al Y (Pág. 62)
Cigoto (Pág. 40)
Problemas resueltos
Esta sección de cada capítulo contiene algunos problemas resueltos que muestran cómo
enfocar la serie de problemas que seguirán a continuación. El propósito de la serie de
problemas es poner a prueba su comprensión de los principios genéticos aprendidos en el
capítulo. El mejor modo de demostrar la comprensión de un tema es ser capaz de utilizar
ese conocimiento en una situación real o simulada. Tenga en cuenta que no existe una
forma automática de resolver los problemas. Las tres armas más importantes a su
disposición son los principios genéticos que acaba de aprender, la lógica y el ensayo y error.
Antes de empezar, damos algunos consejos generales. En primer lugar, es absolutamente
esencial que lea y entienda el problema completo. Encuentre exactamente qué datos se
suministran, qué supuestos debe hacer, qué pistas se dan en el problema y qué inferencias
pueden hacerse a partir de la información disponible. En segundo lugar, sea metódico.
Quedarse contemplando la pregunta rara vez ayuda a responderla. Reorganice los datos a su
manera, preferiblemente usando un diagrama o un esquema que le ayude a elaborar su
respuesta. Buena suerte.
Problema resuelto 1. Se han realizado cruzamientos entre dos líneas puras de conejos, que
llamaremos A y B. Un macho de la línea A se cruzó con una hembra de la línea B, y los
conejos de la F1 se cruzaron entre sí para producir la F2. Se descubrió que 3/4 de los
animales de la F2 acumulaban grasa subcutánea blanca y 1 4 la acumulaba de color amarillo.
Más tarde se examinaron los animales de la F1 y se descubrió que acumulaban grasa blanca.
Varios años más tarde, se intentó repetir el experimento usando el mismo macho de la línea
A y la misma hembra de la línea B. Esta vez, la F1 y toda la F2 (22 animales) acumularon
grasa blanca. La única diferencia que parecía relevante entre el experimento original y el
segundo era que, en el original, a todos los animales se les alimentó con verduras frescas,
mientras que en el segundo, fueron alimentados con pienso comercial para conejos. Ofrezca
una explicación para la diferencia entre ambos experimentos y algún tipo de ensayo que
ponga a prueba su idea.
Solución
La primera vez que se realizó el experimento, los criadores podían, justificadamente,
proponer que una pareja de alelos determinaba la presencia de grasa corporal blanca o
amarilla, porque los datos se asemejan claramente a los resultados de Mendel con el
guisante. El color blanco debe ser dominante, de modo que podemos representar al alelo
blanco como B y al amarillo como b. Los resultados pueden representarse así:
P B/B × b/b
F1B/b
F2 1 /4 B/B
1/ 2 B/b
1/4 b/b
Fin página 77
Si los conejos parentales hubieran sido sacrificados, sin duda habríamos predicho que uno
de los padres (no sabríamos cuál) tenía grasa blanca y el otro, amarilla. Afortunadamente,
los conejos no fueron sacrificados y los mismos animales pudieron cruzarse otra vez, lo cual
llevó a un resultado diferente y muy interesante. En la ciencia, a menudo, una observación
inesperada puede llevar a un principio novedoso y en lugar de dedicarse a otra cosa, resulta
más útil tratar de explicar la inconsistencia observada. Así que, ¿por qué desapareció la
proporción 3:1? He aquí algunas explicaciones posibles.
En primer lugar, quizás los genotipos de los animales parentales habían cambiado. Este tipo
de cambio espontáneo que afecta al animal completo, o al menos a sus gónadas, es muy
poco probable, porque incluso la experiencia común nos dice que los organismos tienden a
ser muy estables en sus características.
En segundo lugar, en la muestra de 22 animales F2 de la repetición no había conejos con
grasa amarilla simplemente por casualidad («mala suerte»). Esto también parece poco
probable, porque la muestra era bastante grande, así que aunque remota, existe una
posibilidad definida.
Una tercera posibilidad se refiere al concepto tratado en el Capítulo 1 de que los genes no
actúan en el vacío; su acción depende del medio ambiente. Por tanto, la fórmula «genotipo
más ambiente igual a fenotipo» es una regla mnemotécnica muy útil. Un conlcusión de esta
fórmula es que los genes pueden actuar de distinta forma en diferentes ambientes, así que
Genotipo 1 más ambiente 1 igual a fenotipo 1
y
Genotipo 1 más ambiente 2 igual a fenotipo 2
En el problema que nos ocupa, las diferentes dietas constituyen diferentes
ambientes, de modo que una posible explicación de los resultados es que el alelo recesivo b
sólo produce grasa amarilla cuando la dieta contiene verduras frescas. Esta explicación
puede ser comprobada. Un modo de hacerlo es repetir otra vez el experimento alimentando
a los animales con verduras frescas, pero los padres podrían haber muerto para entonces. Un
modo más conveniente sería cruzar entre sí varios de los conejos de la F2 con grasa blanca
obtenidos en el segundo experimento. De acuerdo con la interpretación original, algunos de
ellos deberían ser heterocigóticos, y si sus descendientes son alimentados con verduras, la
grasa amarilla debería aparecer en proporciones mendelianas. Por ejemplo, si elegimos
dos conejos, B/b y b/b, la descendencia debería ser 1/2 con grasa blanca y 1/2 con grasa
amarilla.
Si ello no ocurre y no aparecen descendientes de grasa amarilla en ninguno de los
cruzamientos con los conejos de la F2, nos veríamos forzados a volver a la primera o la
segunda explicación. La segunda explicación puede ser sometida a prueba observando un
número mayor de individuos, y si esta explicación tampoco prueba ser satisfactoria, sólo
nos queda la primera, difícil de comprobar experimentalmente.
Como probablemente ya haya adivinado, en realidad la dieta era la culpable. Los
detalles concretos ilustran admirablemente los efectos del medio ambiente. Las verduras
frescas contienen sustancias amarillas denominadas xantofilas y el alelo dominante B
confiere a los conejos la capacidad de transformar esas sustancias en un compuesto incoloro
(«blanco»). Sin embargo, los animales b/b carecen de esa capacidad y las xantofilas se
depositan en la grasa, que se torna amarilla. Si no se ingieren xantofilas, tanto los animales
B/– como los b/b acaban acumulando grasa blanca.
Problema resuelto 2. La fenilcetonuria (PKU) es una enfermedad hereditaria humana
producida por la incapacidad del organismo para metabolizar el compuesto fenilalanina,
contenido en las proteínas que ingerimos. La PKU se manifiesta durante la infancia
temprana y, si no se trata adecuadamente, provoca generalmente retraso mental. La PKU se
debe a un alelo recesivo que muestra herencia mendeliana simple.
Una pareja desea tener hijos y acude a un especialista para obtener consejo genético, porque
el hombre tiene una hermana con PKU y la mujer tiene un hermano con PKU. No se
conocen otros casos de PKU en sus familias. La pareja le pide al genetista que determine la
probabilidad de que su primer hijo tenga PKU. ¿Cuál es esta probabilidad?
Solución
¿Qué podemos deducir a partir de estos datos? Si llamamos p al alelo causante de la
enfermedad y P al correspondiente alelo normal, entonces la hermana del varón y el
hermano de la mujer deben ser p/p. Para que esto ocurra los cuatro abuelos debían ser
heterocigóticos normales. El pedigrí puede resumirse de esta forma:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
Hechas estas inferencias, la resolución del problema se reduce a la aplicación de la regla del
producto. La única forma de que la pareja pueda tener un hijo con PKU es que ambos sean
heterocigóticos (es obvio que ellos mismos no sufren la enfermedad). Los matrimonios de
los abuelos pueden ser considerados como simples cruzamientos monohíbridos
mendelianos, de los cuales se esperan las siguientes proporciones de descendientes:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
¼ P/P
½ P/p
Normal (3/4)
¼ p/p
PKU (1/4)
Sabemos que el varón y la mujer son normales, de forma que cada uno tiene una
probabilidad de 2/3 de ser heterocigótico porque en la clase de individuos normales P/–, 2/3
son P/p y 1/3 son P/P.
La probabilidad de que tanto la mujer como el hombre sean heterocigóticos es 2/3 × 2/3
= 4/9. Si ambos son heterocigóticos, un cuarto de sus hijos podría tener PKU, por lo
cual, la probabilidad de que el primer hijo tenga PKU es 1/ 4, y la probabilidad de que
la pareja sea heterocigótica y que el primer hijo tenga PKU es 4/9 × 1/4 = 4/36 = 1/9.
Ésta es la respuesta al problema.
Fin página 78
Problema resuelto 3. Una enfermedad humana poco frecuente afecta a una familia de la
forma en que se muestra en el siguiente pedigrí:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
a. Deduzca el modo de herencia más probable.
b. ¿Cuáles serían las consecuencias de los matrimonios entre los primos 1 × 9, 1 × 4, 2 × 3
y 2 × 8?
Solución
a. Lo más probable es que se trate de herencia dominante ligada al cromosoma X.
Suponemos que el fenotipo de la enfermedad es dominante porque, tras haber sido
introducido en la familia por el varón de la generación II, aparece en todas las generaciones.
Suponemos que el fenotipo está ligado al cromosoma X porque los padres (varones) no
transmiten la enfermedad a sus hijos varones. Si fuera autosómico dominante, sería normal
la transmisión de padres a hijos varones.
En teoría, podría ser autosómica recesiva, pero no es probable. Observe, en
particular, los matrimonios entre miembros afectados de la familia y personas sanas que
«entran» a ella desde fuera. Si la enfermedad fuera autosómica recesiva, la única forma de
que tuvieran hijos afectados es que todas las personas que «entran» en la familia fueran
heterocigóticas; en ese caso, los matrimonios serían a/a (afectado) × A/a (no afectado). Sin
embargo, hemos dicho que la enfermedad es poco frecuente. En ese caso, es muy
improbable que los heterocigotos sean tan comunes. Un modo de herencia recesiva ligada al
X sería imposible, porque en un matrimonio entre una mujer afectada y un varón normal no
aparecerían hijas afectadas. Así, representaremos al alelo causante de la enfermedad como
A mientras que a representará al alelo normal.
b. 1 × 9: La mujer número 1 debe ser heterocigótica A/a porque debe haber obtenido a de su
madre normal. El número 9 debe ser A/Y. Por tanto, el cruzamiento es A/a Y × A/Y " (OJO;
SIMBOLOS MACHO y HEMBRA).
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
(a) Gametos femeninos
(b) Gametos masculinos
(c) descendientes
1 × 4 debe ser A/a Y × a/Y ".
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
(d) Gametos femeninos
(e) Gametos masculinos
(f) descendientes
2 × 3 debe ser a/Y " × A/a Y (igual que 1 × 4).
2 × 8 debe ser a/Y " × a/a Y (todos los descendientes normales).
Problemas
Problemas básicos
1. Construya una frase que incluya las palabras cromosoma, genes y genoma.
2. Los guisantes son diploides 2n=14. Neurospora es un hongo haploide n=7. Si
fuera posible fraccionar el DNA genómico de ambos usando electroforesis de
campo pulsante ¿Cuántas bandas serían visibles en cada especie?
3. Las habas (Vicia faba) son organismos diploides 2n=18. Cada juego haploide de
cromosomas contiene aproximadamente 4 metros de DNA. El tamaño medio de
cada cromosoma en mitosis es de 13 µm. ¿Cuál es la tasa media de de
compresión del DNA durante la metafase? (Tasa de compresión = longitud del
cromosoma / longitud de la molécula de DNA) ¿Cómo se consigue esta
compresión?
4. Si se denomina “x” a la cantidad de DNA por genoma, describa una situación o
situaciones en organismos diploides en la cual la cantidad de DNA por célula
sea:
a. x
b. 2x
c. 4x
5. Describa la función clave de la mitosis
6. Cite dos funciones clave de la meiosis
7. Describa un sistema de división celular diferente con el que se consiga el mismo
resultado que en la meiosis.
8. En un futuro hipotético supongamos que la fertilidad masculina cae hasta el
nivel cero pero, afortunadamente, los científicos desarrollan un método para que
las mujeres den a luz niños aun siendo vírgenes. Los meiocitos se convierten
directamente en cigotos (sin llevar a cabo la meiosis) y se implantan siguiendo el
protocolo actual ¿Cuáles serían los efectos para la sociedad a corto y largo
plazo?
Fin página 79
9. ¿En que se diferencia la segunda división meiótica de la mitosis?
10. Invente reglas mnemotécnicas para recordar las cinco fases de la profase I de la
meiosis y las cuatro de la mitosis.
11. En un intento por simplificar a los estudiantes el estudio de la meiosis,
científicos locos desarrollan un sistema que evita la fase S premeiótica y se
produce una única división que incluye el apareamiento, entrecruzamiento y
separación de los cromosomas. ¿Funcionaría este sistema? ¿Serían diferentes sus
resultados a los del sistema actual?
12. Theodor Boveri dijo: “El núcleo no se divide, es dividido” ¿Qué quiso decir?
13. Francis Galton era un genetista de la era premendeliana que concibió la idea de
que la mitad de nuestra composición genética proviene de cada parental, un
cuarto de cada abuelo, y un octavo de cada bisabuelo y así sucesivamente.
Explique si estaba o no en lo cierto.
14. Si los niños obtienen la mitad de sus genes de su padre y la otra mitad de su
madre ¿Por qué no son idénticos los hermanos?
15. Determine dónde se dan las divisiones mitóticas y divisiones meióticas en un
helecho, en el musgo, en una planta con flores, un pino, en una seta, una
mariposa y un caracol.
16. Normalmente, las células humanas poseen 46 cromosomas. Determine el
número de moléculas de ADN nuclear presentes en una célula humana en cada
unos de las siguientes fases:
a. Metafase de la mitosis
b. Metafase I de la meiosis
c. Telofase de la mitosis
d. Telofase I de la meiosis
e. Telofase II de la meiosis
17. Cuatro de los siguientes sucesos son parte de la meiosis y de la mitosis y sólo
uno es un proceso meiótico. Señale cuál de ellos. (1) Formación de las
cromátidas, (2) formación del huso, (3) condensación de los cromosomas, (4)
migración de los cromosomas a los polos, (5) sinapsis.
18. El alelo f´ provoca que en el maíz predomine el endosperma harinoso, mientras
que el alelo f´´ determina la prevalencia del endoesperma córneo. En el cruce
f´/f´♀ x f´´/f´´♂ toda la descendencia es de endoesperma harinoso. Sin
embargo, en el cruce recíproco toda la descendencia presenta endoesperma de
tipo córneo. ¿Cuál sería la posible explicación? (Revise la leyenda de la Figura
2-14).
19. ¿Qué dice la primera ley de Mendel?
20. Si tuviera una mosca del vinagre (Drosophila melanogaster) de fenotipo A, ¿cómo
comprobaría si es A/A o A/a?
21. Al examinar en una placa de Petri una muestra numerosa de colonias de levaduras
un genetista se encontró una colonia de aspecto anormal, de un tamaño muy
pequeño. Esta pequeña colonia se cruzó con colonias de tipo salvaje y los productos
de la meiosis (ascosporas) se sembraron en una placa para producir nuevas
colonias. Se obtuvieron en total 188 colonias de tipo salvaje y 180 de pequeño
tamaño.
a. ¿Qué puede deducirse de estos resultados al estudiar la herencia de la
colonia de pequeño tamaño? (Invéntese símbolos genéticos)
b. ¿Qué aspecto tendría un asca de este cruce?
22. Se han emparejado dos conejillos de indias de color negro. A lo largo de varios años
han tenido 29 descendientes negros y 9 blancos. Explique este resultado, indicando
los genotipos de los parentales y de los descendientes.
23. En un hongo con cuatro ascosporas le presencia del alelo mutante lys-5 provoca que
éstas sean de color blanco, por su parte el alelo silvestre lys-5+ resulta en ascosporas
negras (Las ascosporas son las esporas que constituyen los cuatro productos de la
meiosis). Dibuje un asca resultante de cada uno de los siguientes cruces
a. Lys-5 X Lys-5+
b. Lys-5 X Lys-5
c. Lys-5+ X Lys-5+
24. Para un cierto gen de un organismo diploide se necesitan cuatro unidades de
producto proteico para un funcionamiento normal. Cada alelo de tipo silvestre
produce cinco unidades.
a. Si una mutación produce un alelo nulo. ¿Cómo cree usted que será este
alelo, dominante o recesivo?
b. ¿Qué es necesario asumir para responder al apartado a?
25. Una colonia de Neurospora en el borde de la placa parece ser poco densa (rala)
comparado con el resto de colonias de la placa. Se pensó que esta colonia podría
ser un mutante así que se aisló y se cruzó con el tipo salvaje del tipo sexual
opuesto. De este cruce se obtuvo una descendencia de 100 ascosporas. Ninguna
de las colonias de estas ascosporas resultó ser del tipo ralo, todas parecen ser
normales. ¿Cuál es la explicación más simple para estos resultados? (Nota:
Neurospora es haploide.)
26. Al hacer un búsqueda a gran escala entre un gran número de plantas de Collinsia
grandiflora se descubrió una planta con tres cotiledones (normalmente hay dos
cotiledones). Esta planta se cruzó con otra de tipo salvaje y se plantaron 600
semillas procedentes de este cruce. Hubo 298 plantas con dos cotiledones y 302
con tres cotiledones. ¿Qué puede deducirse sobre la herencia de los tres
cotiledones? Invente símbolos genéticos como parte de la explicación.
Fin página 80
27. Un genetista está interesado en el desarrollo de los tricomas (pequeñas
proyecciones) en la planta Arabidopsis thaliana. Un muestreo a gran escala
revela dos mutantes (A y B) que no tienen tricomas y podrían resultar útiles
para estudiar el desarrollo del tricoma (si son determinados por mutaciones en
un único gen, el hallazgo de la función normal y alterada de estos genes podría
resultar informativo). Cada planta se cruza con el tipo salvaje y en ambos casos
la siguiente generación (F1) tuvo tricomas normales. Cuando se autopolinizaron
plantas de la F1, las plantas de la F2 resultaron de la siguiente forma:
F2 del mutante A: 602 normales, 198 sin tricomas
F2 del mutante B: 267 normales, 93 sin tricomas
a. ¿Qué demuestran estos resultados? Incluya los genotipos propuestos de todas las
plantas en su respuesta.
b. Con su explicación del apartado a ¿es posible predecir de manera fiable la F1 del
cruce de los mutantes originales A y B?
28. Tiene tres dados: uno rojo (R), uno verde (V) y otro azul (A). Si tira los tres dados a
la vez, calcule la probabilidad de obtener los siguientes resultados:
a. 6(R) 6(V) 6(A)
b. 6(R) 5(V) 6 (A)
c. 6(R) 5(V) 4(A)
d. Ningún seis
e. Un número diferente en cada dado
29. En la siguiente genealogía los símbolos negros representan individuos con una
rara enfermedad sanguínea.
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
Si no dispone de más información para continuar, ¿Qué es más probable, que la
enfermedad sea dominante o recesiva? Razone la respuesta.
30. a. La capacidad para percibir el sabor del compuesto feniltiocarbamida es un
fenotipo autosómico dominante y la incapacidad para percibirlo, recesivo. Si una
mujer perceptora cuyo padre es no perceptor se casa con un varón perceptor que, en
un matrimonio previo, había tenido una hija no perceptora, ¿cuál es la probabilidad
de que su primer hijo sea
(1) una niña no perceptora
(2) una niña perceptora
(3) un niño varón perceptor
b. ¿Cuál es la probabilidad de que sus dos primeros hijos (de cualquier sexo) sean
perceptores?
31. Juan y Marta se plantean tener hijos, pero el hermano de Juan tiene galactosemia
(una enfermedad autosómica recesiva) y la abuela de Marta también la sufrió. Una
hermana de Marta tiene tres hijos, ninguno de los cuales sufre galactosemia. ¿Cuál
es la probabilidad de que el primer hijo de Juan y Marta sufra la enfermedad?
Problema paso a paso
1. ¿Puede plantearse el problema utilizando un pedigrí? Si es así, represente uno.
2. ¿Pueden volver a plantearse algunas partes del problema utilizando diagramas de
Punnett?
3. ¿Pueden volver a plantearse algunas partes del problema utilizando un diagrama
de árbol?
4. Identifique en el pedigrí algún matrimonio que ilustre la primera Ley de Mendel.
5. Defina todos los términos científicos del problema y consulte los términos sobre
los que no esté seguro.
6. ¿Qué suposiciones deben hacerse para responder al problema?
7. ¿Qué miembros de la familia que no han sido mencionados deben ser
considerados? ¿Por qué?
8. ¿Qué reglas estadísticas son importantes, y en qué situaciones pueden aplicarse?
¿Se presentan dichas situaciones en el problema?
9. Indique dos generalizaciones sobre enfermedades recesivas en la población
humana.
10. En general, ¿cuál es la importancia de la rareza de un fenotipo estudiado por
medio de análisis de pedigríes y qué puede inferirse en este problema?
11. En esta familia, ¿qué genotipos son seguros y cuáles no lo son?
12. ¿En qué sentido difieren las familias de Juan y Marta? ¿Cómo afecta ésto a sus
cálculos?
13. ¿Hay alguna información irrelevante en el enunciado del problema?
14. ¿En qué sentido es similar este problema de los otros que ya ha resuelto
satisfactoriamente?
15. ¿Puede inventarse una historia basada en el dilema de este problema?
Ahora intente resolver el problema. Si es incapaz de hacerlo, intente encontrar el
obstáculo y escriba una frase o dos que describan su dificultad. Vuelva entonces a
las preguntas planteadas anteriormente y vea si alguna de ellas se relaciona con su
dificultad.
Fin Página 81
32. Las vacas tipo Holstein son normalmente de color blanco y negro. Un granjero
compró por 100.000 dólares un magnífico ejemplar macho de color blanco y negro,
Charlie. Todos los hijos que tuvo Charlie eran aparentemente normales. Sin
embargo, cuando se cruzaban entre sí, ciertos hijos de Charlie daban lugar a
descendientes de color rojo y blanco, con una frecuencia aproximada del 25 por
ciento. Charlie fue pronto eliminado de las listas de sementales Holstein de los
criadores. Explique de forma detallada por qué y utilice símbolos.
33. Suponga que un marido y su mujer son heterocigóticos para un alelo recesivo que
provoca albinismo. Si tienen gemelos dicigóticos (dos-cigotos), ¿cuál es la
probabilidad de que ambos muestren el mismo fenotipo de pigmentación?
34. La planta «Mary ojos azules» crece en la Isla de Vancouver y en las tierras bajas
continentales de la Columbia Británica. Las poblaciones son dimórficas para la
presencia de manchas moradas en las hojas: algunas plantas las tienen y otras no.
Cerca de Nanaimo, se recogió del campo una planta con hojas manchadas. Esta
planta, que no había florecido todavía, se llevó al laboratorio y se permitió su
autofecundación. Para estudiar la descendencia, se recogieron y sembraron las
correspondientes semillas. La siguiente ilustración muestra una hoja seleccionada al
azar (pero típica) de cada planta descendiente.
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
a. Proponga una hipótesis genética que explique estos resultados. Indique los
significados de todos los símbolos y muestre todas las clases genotípicas
(así como el genotipo de la planta original).
b. ¿Cómo comprobaría su hipótesis? Sea claro.
35. ¿Puede comprobarse de alguna forma que un animal no es portador de un alelo
recesivo (es decir, que no es heterocigótico para un determinado gen)? Explique su
respuesta.
36. En la naturaleza, la planta Plectritis congesta es dimórfica para la forma del fruto,
es decir, dentro de la misma planta pueden coexistir frutos alados y sin alas, como
se muestra en la Figura de la parte inferior. Se recogieron plantas del medio natural
antes de que florecieran y se cruzaron o se autopolinizaron, obteniéndose los
siguientes resultados:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
1. Fruto sin alas
2. Fruto alado
3. NÚMERO DE DESCENDIENTES
4. Polinización
5. Alados
6. Sin alas
7. alado (autopolinización)
8. alado (autopolinización)
9. alado (autopolinización)
10. alado × sin alas
11. alado × sin alas
12. alado × sin alas
13. alado × alado
14. alado × alado
* Los fenotipos marcados con un asterisco probablemente tienen una explicación no
genética.
Interprete estos resultados y explique el modo de herencia de estos fenotipos del
fruto utilizando símbolos. ¿Cuál cree que puede ser la explicación no genética para
los genotipos de la tabla marcados con un asterisco?
37. El siguiente pedigrí corresponde a una enfermedad hereditaria de la piel, rara y
relativamente leve.
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
Fin página 82
a. ¿Cómo se hereda esta enfermedad? Razone su respuesta.
b. Indique los genotipos de tantos individuos del pedigrí como le sea posible
(invente sus propios símbolos alélicos)
c. Considere los cuatro hijos no afectados del matrimonio III-4 y III-5. Si
tomáramos grupos de cuatro hijos de muchas parejas de este mismo tipo,
¿qué proporción esperaría encontrar de casos en los que los cuatro hijos
fueran sanos?
38. A continuación se muestran cuatro pedigríes humanos. Los símbolos negros
representan un fenotipo anormal que se hereda de una forma mendeliana simple.
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
a. Para cada pedigrí, indique si la condición anormal es dominante o recesiva.
Indique la lógica de su respuesta.
b. Para cada pedigrí, describa el genotipo de cuantos individuos le sea posible.
39. La enfermedad de Tay-Sachs (idiocia amaurótica familiar) es una enfermedad
humana poco frecuente producida por la acumulación de sustancias tóxicas en las
células nerviosas. El alelo recesivo responsable de la enfermedad se hereda
siguiendo un patrón de herencia mendeliana simple. Por razones desconocidas, el
alelo es más frecuente en poblaciones de judíos ashkenazi de Europa oriental. Una
mujer planea casarse con su primo hermano, pero la pareja descubre que una
hermana del abuelo que comparten murió en la infancia de enfermedad de TaySachs.
a. Dibuje las partes importantes del pedigrí, y muestre todos los genotipos de
la forma más completa posible.
b. ¿Cuál es la probabilidad de que el primer hijo de los primos sufra la
enfermedad de Tay-Sachs, suponiendo que todas las personas que se casan
con miembros de la familia son homocigóticos normales?
40. Se obtuvo el siguiente pedigrí para una enfermedad del riñón poco frecuente:
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
a. Indique el modo de herencia de esta enfermedad, razonando su respuesta.
b. Si se casan los individuos 1 y 2, ¿qué probabilidad tienen de que su primer
hijo sufra la enfermedad?
41. El siguiente pedigrí es de la enfermedad de Huntington (HD), un trastorno del
sistema nervioso que se desarrolla tardíamente. Las barras inclinadas indican
miembros fallecidos de la familia.
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
a. ¿Es compatible este pedigrí con el modo de herencia de la enfermedad HD
descrito en el capítulo?
b. Considere los dos recién nacidos de las dos ramas del pedigrí, Susan en la
de la izquierda y Alan en la de la derecha. Analice la gráfica de la Figura 232 y dé su opinión sobre la probabilidad de que desarrollen HD. Suponga
para ello que los padres tienen los hijos a los 25 años.
Fin página 83
42. Considere el siguiente pedigrí de una enfermedad autosómica recesiva poco
frecuente, la PKU.
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
a. Indique los genotipos de tantos miembros de la familia como le sea posible.
b. Si los individuos A y B se casan, ¿cuál es la probabilidad de que su primer
hijo sufra PKU?
c. Si el primer hijo es normal, ¿cuál es la probabilidad de que su segundo hijo
sufra PKU?
d. Si el primer hijo sufre PKU, ¿cuál es la probabilidad de que el segundo hijo
no esté afectado?
(Suponga que ninguna de las personas que se casan con miembros de la
familia llevan el alelo anormal).
43. Un hombre carece de lóbulos en las orejas, mientras que su mujer no. Su primer
hijo varón nació sin lóbulos.
a. Si se asume que la diferencia fenotípica es debida a dos alelos de un
único gen, ¿es posible que es gen este ligado al cromosoma X?
b. ¿Es posible determinar si la falta de lóbulos en las orejas es dominante o
recesiva?
44. La fibrosis quística está causada por un alelo recesivo poco frecuente que se
hereda siguiendo un patrón mendeliano. Un varón fenotípicamente normal cuyo
padre tuvo fibrosis quística se casa con una mujer no emparentada y
fenotípicamente normal. La pareja se plantea tener un hijo.
a. Dibuje el pedigrí en la medida de lo posible
b. Si la frecuencia en la población de individuos heterocigóticos para la
fibrosis quística es 1 en 50, ¿Cuál es la probabilidad de que el primer hijo
de esta pareja padezca de fibrosis quística?
c. Si el primer hijo no tiene fibrosis quística, ¿Cuál es la probabilidad de
que el segundo hijo sea normal?
45. El alelo c causa albinismo en ratones (C provoca que los ratones sean negros). El
cruce C/c X c/c produce una descendencia de 10 ratones. ¿Cuál es la
probabilidad de que todos ellos sean negros?
46. El alelo recesivo s hace que Drosophila tenga alas pequeñas mientras que el
alelo s1 determina alas normales. Se sabe que el gen está ligado al cromosoma
X. Si un macho de alas pequeñas se cruza con una hembra homocigótica de tipo
salvaje, ¿Qué proporción de moscas normales:moscas con alas pequeñas se
esperan para cada sexo en la F1?. Si las moscas de la F1 se cruzan entre ellas,
¿Qué proporciones se esperan en la F2? ¿Qué proporciones se esperarían si las
hembras de la F1 se retrocruzan con sus padres?
47. Un alelo dominante ligado al X causa hipofosfatemia en humanos. Un hombre
con hipofosfatemia se casa con una mujer normal. ¿Qué proporción de sus hijos
padecerá hipofosfatemia?
48. La distrofia muscular de Duchenne está ligada al sexo y normalmente afecta sólo
a los varones. La enfermedad se manifiesta a una edad temprana y los pacientes
se debilitan progresivamente.
a. ¿Cuál es la probabilidad de de que una mujer cuyo hermano tiene la
enfermedad de Duchenne tenga un hijo sano?
b. Si el hermano de su madre (su tío) tuvo la enfermedad de Duchenne,
¿Cuál es la probabilidad de que usted haya recibido el alelo?
c. Si el hermano de su padre tiene la enfermedad ¿Cuál es la probabilidad
de que usted haya heredado el alelo?
49. Una pareja recién casada descubre que ambos tienen un tío con alcaptonuria
conocida también como el síndrome de la orina negra, una enfermedad poco
frecuente causada por una alelo autosómico recesivo de un único gen. Están a
punto de tener su primer hijo. ¿Cuál es la probabilidad de que si hijo tenga
alcaptonuria?
50. El pedigrí adjunto se refiere a una anomalía dental hereditaria, la amelogénesis
imperfecta.
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
a. ¿Qué modo de herencia se ajusta mejor a la transmisión de este carácter?
b. Indique el genotipo de todos los miembros de la familia según su hipótesis.
51. Una pareja que está a punto de casarse deduce del estudio de sus historias
familiares que, en ambas familias, sus abuelos sanos tuvieron hermanos con
fibrosis quística (una enfermedad autosómica recesiva poco frecuente).
a. Si la pareja se casa y tiene un hijo, ¿Cuál es la probabilidad de que el
niño tenga fibrosis quística?
b. Si tuvieran cuatro hijos, ¿Cuál es la probabilidad de que los niños
presenten una proporción mendeliana de 3:1 (normal : fibrosis quística)?
c. Si el primer niño tiene fibrosis quística, ¿Cuál es la probabilidad de que
el siguiente niño sea normal?
52. Un alelo c recesivo y ligado al sexo provoca ceguera para los colores rojo y verde
en los humanos. Una mujer normal, cuyo padre era ciego para los colores, se casa
con un hombre también ciego para los colores.
Fin página 84
a. ¿Cuáles son los genotipos posibles de la madre del varón ciego para los colores?
b. ¿Cuál es la probabilidad de que el primer hijo del matrimonio sea un varón
afectado de ceguera para los colores?
c. ¿Qué proporción de las hijas de este matrimonio se espera que estén afectadas de
ceguera para los colores?
d. De todos los hijos (sin especificar el sexo) del matrimonio, ¿qué proporción se
espera que sean normales para la visión de los colores?
53. Los machos del gato doméstico son de color negro o naranja; las hembras son
negras, calicó o naranja.
a. Si estos colores se deben a un gen ligado al sexo, ¿cómo se explican estas
observaciones?
b. Empleando los símbolos apropiados, indique el fenotipo esperado en la
descendencia de un cruzamiento entre una hembra naranja y un macho
negro.
c. La mitad de las hembras descendientes de cierto cruzamiento son calicó y la
otra mitad son negras; la mitad de los machos son naranjas y la otra mitad
negros. ¿Qué colores tenían los parentales macho y hembra del
cruzamiento?
d. En la descendencia de otro tipo de cruzamiento, aparecieron las proporciones
siguientes: 1/4 machos naranjas, 1/4 hembras naranjas, 1/4 machos negros y 1/4
hembras calicó. ¿Qué colores tenían los parentales macho y hembra?
54. El siguiente pedigrí se refiere a cierta enfermedad rara que provoca incapacidad
pero no es mortal.
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
a. Determine el modo de herencia más probable de esa enfermedad.
b. Indique el genotipo de cada individuo de acuerdo con su propuesta de modo
de herencia.
c. Si fuera el médico de la familia, ¿cómo aconsejaría a las tres parejas de la
tercera generación sobre la probabilidad de tener un hijo afectado?
55. El alelo s provoca la formación de un endosperma dulce en maíz mientras que el
alelo S hace que el endoesperma sea almidonado. ¿Qué genotipos resultarían de
cada uno de los siguientes cruces?
a. Hembra s/s X macho S/S
b. Hembra S/S X macho s/s
c. Hembra S/s X S/s macho
56. Un genetista vegetal tiene dos líneas puras, una con pétalos púrpuras y otra con
pétalos blancos. Su hipótesis es que la diferencia fenotípica es debida a dos
alelos de un solo gen. Para probar esta idea, pretende buscar una proporción 3:1
en la F2. Para ello cruza sus líneas y se encuentra que toda la descendencia F1 es
púrpura. Las plantas de la F1 se autofecundan y se obtiene una descendencia F2
de 400 plantas. De estas plantas de la F2, 320 son púrpuras y 80 azules. ¿Se
ajustan bien estos resultados a su hipótesis? Si cree que no, explique por qué.
57. El abuelo de un hombre tiene galactosemia, una enfermedad autosómica
recesiva poco frecuente provocada por la incapacidad de procesar la galactosa,
conduciendo a fallos en el tejido muscular, nervios y renal. El hombre se casó
con una mujer cuyo hermano tuvo galactosemia. La mujer está ahora
embarazada de su primer hijo.
a. Dibuje la genealogía tal y como se ha descrito.
b. ¿Cuál es la probabilidad de que este niño tenga galactosemia?
c. Si el primer niño tiene galactosemia, ¿Cuál es la probabilidad de que un
segundo hijo la padezca?
Problemas para pensar
58. Un genetista que trabaja con guisantes tiene una única planta monohíbrida Y/y
(amarilla) y de la autopolinización de esta planta, desea producir una planta de
genotipo y/y para ser usada como control. ¿Cuántos descendientes debe cultivar
para estar seguro al 95% de obtener al menos una?
59. Un curioso polimorfismo en las poblaciones humanas tiene que ver con la capacidad
para enrollar los lados de la lengua hacia arriba hasta casi formar un tubo. Algunas
personas presentan esta habilidad, pero otras simplemente no pueden hacerlo. Se
trata, por tanto, de un ejemplo de dimorfismo. Su sentido es un completo misterio.
En una familia, un chico es incapaz de enrollar la lengua pero, para gran disgusto
suyo, su hermana sí puede hacerlo. Ambos padres también pueden enrollar la
lengua, así como los dos abuelos, y un tío y una tía paternos. Otro tío y tía paternos
y un tío materno no son capaces de enrollar la lengua.
a. Dibuje el pedigrí de esta familia, definiendo los símbolos claramente, y
deduzca los genotipos de tantos miembros de la familia como le sea posible.
b. El pedigrí que acaba de dibujar es típico del modo de herencia de la
capacidad para enrollar la lengua y llevó a los genetistas a proponer el
mecanismo de herencia que, sin duda, usted también ha propuesto. Sin
embargo, en un estudio de 33 parejas de gemelos idénticos, se encontró que
en 18 de ellas, ambos miembros de la pareja enrollaban la lengua, en ocho
parejas ninguno de ellos la enrollaba, y en las siete parejas restantes uno de
los miembros podía hacerlo mientras que el otro no podía. Puesto que los
gemelos idénticos provienen de la separación de un óvulo fecundado en dos
embriones, los miembros de cada pareja deben ser genéticamente idénticos.
¿Cómo puede reconciliarse la existencia de las siete parejas discordantes
con su explicación genética del pedigrí?
Fin página 85
60. El carácter pelirrojo aparece en familias y la ilustración mostrada en la parte inferior
muestra un pedigrí numeroso para dicho carácter (Pedigrí obtenido de W.R.
Singleton y B. Ellis, Journal of Heredity 55, 1964, 261.)
a. ¿Sugiere el patrón de herencia de este pedigrí que el color rojo del pelo está
provocado por un alelo dominante o recesivo de un gen que se hereda de
forma mendeliana simple?
b. ¿Considera que el alelo del pelo rojo es frecuente o poco frecuente en la
población en conjunto?
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
(a) Pelirrojo
(b) Barba y vello corporal pelirrojos
61. Cuando se probó en muchas familias la capacidad para percibir el sabor del
compuesto químico Feniltiocarbamida, los matrimonios se clasificaron en tres
grupos y la descendencia se agrupó, con los siguientes resultados:
AQUÍ VA UNA TABLA
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Hijos
Padres
Número de familias
Perceptores
No perceptores
perceptor × perceptor
perceptor × no perceptor
no perceptor × no perceptor
Suponiendo que la percepción de PTC es dominante (P) y la incapacidad de
percibirla recesiva (p), ¿cómo pueden explicarse las proporciones de descendientes
de los tres tipos de matrimonios?
62. Una enfermedad conocida como ictiosis córnea apareció en un niño a principios del
siglo XVIII. Su piel se fue engrosando, apareciendo en ellas algunas espinas que se
desprendían de vez en cuando. Cuando creció, este «hombre puercoespín» se casó y
tuvo seis hijos varones, todos con la enfermedad, y varias hijas, todas normales.
Durante cuatro generaciones, la enfermedad se transmitió de padres a hijos varones.
A partir de estos datos, ¿cuál es su propuesta acerca de la localización del gen?
63. El tipo salvaje (W) de la mariposa Abraxas presenta manchas grandes en sus alas,
pero en la variedad lacticolor de esta especie (L), las manchas son muy pequeñas.
Se realizaron cruzamientos entre estirpes que diferían para este carácter, con los
siguientes resultados:
AQUÍ VA UNA TABLA
1. PARENTERALES
2. DESCENDENCIA
3. Cruzamiento
Proponga una explicación genética clara de los resultados de estos cruzamientos e
indique los genotipos de todos los individuos.
Fin página 86
64. La siguiente genealogía muestra la transmisión de una enfermedad humana poco
frecuente. Su modo de herencia, ¿se explica mejor por un alelo recesivo ligado al X
o por un alelo autosómico dominante de expresión limitada a los varones?
(genealogía modificada de J. F. Crow, Genetics Notes, 6a ed. Copyright 1967
Burgers Publishing Company, Minneapolis).
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
65. Cierto tipo de sordera en humanos se hereda como un carácter recesivo ligado al X.
Un varón que sufre este tipo de sordera se casa con una mujer normal y están
esperando un hijo. Descubren que están lejanamente emparentados. A continuación
se muestra parte de su árbol familiar.
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
¿Cómo aconsejaría a los padres sobre la probabilidad de que su hijo sea un varón
sordo, una niña sorda o una niña normal? Asegúrese de hacer constar cualquier
suposición que haga.
66. El siguiente pedigrí muestra un patrón de herencia muy poco frecuente pero real. Se
muestra toda la descendencia, pero los padres de cada emparejamiento han sido
omitidos para centrar la atención en lo extraordinario del patrón.
a. Determine de forma precisa que es lo inusual en este pedigrí
b. ¿Puede explicarse este patrón mediante un tipo de herencia mendeliana?
AQUÍ VA UNA ILUSTRACIÓN
Explorando genomas. Una guía online de bioinformática
OMIM y la enfermedad de Huntington
El programa online de herencia mendeliana en humanos (OMIM) (Online Mendelian
Inheritance in Man) recopila los datos sobre la genética de los genes humanos. Con la guía
genómica de www.whfreeman.com\iga9e usted aprenderá como buscar en OMIN datos de
localización física de genes y patrones de herencia para casos como el de la enfermedad de
Huntington.
Pies de Foto
Página 31
El monasterio del padre de la genética, Gregor Mendel. Una estatua de Mendel es
visible al fondo. Esta parte del Monasterio es hoy un museo. Sus conservadores han
plantado begonias rojas y blancas a modo de representación gráfica de los patrones de
herencia obtenidos por Mendel con guisantes (Anthony Griffiths)
Figuras
(T) El análisis genético comienza con los mutantes
Figura 2-1 Estas fotografías muestran la variedad de fenotipos mutantes obtenidos
mediante la disección genética de propiedades biológicas. Estos casos pertenecen a la
disección del desarrollo floral en Arabidopsis thaliana (a) y el crecimiento de las hifas
en el moho Neurospora crassa (b). WT = Tipo salvaje ((a) George Haughn; (b) Anthony
Griffiths/Olivera Gavric).
(T) El genoma nuclear
1.
2.
3.
4.
5.
Célula eucariota
Cromosomas nucleares
Enrollamiento DNA-proteínas
DNA
Gen
Figura 2-2 El genoma nuclear se compone de un número específico de cromosomas
para cada especie. Se expande una región del cromosoma para mostrar la organización
de los genes.
(T) Vista de un genoma diploide.
Figura 2-3 Genoma nuclear en células de una hembra de muntiaco, un pequeño venado
(2n = 6). Los seis cromosomas que se observan provienen de una pequeña célula
capturada en el proceso de división celular. Los tres pares de cromosomas han sido
teñidos con sondas específicas en cada cromosoma y cada una de las sondas marcadas
con una tinción fluorescente diferente (Pintado cromosómico). Un núcleo procedente de
otra célula se encuentra en un estado intermedio entre una división y otra (Fotografía
suministrada por Fentag Yang y Malcon Ferguson-Smith de la Universidad de
Cambridge. Apareció en la portada de la revista Chromosome Research Vol. 6, Nº3.
Abril 1998).
(T) El DNA cromosómico se enrolla alrededor de las histonas
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Núcleo de histonas octaméricas
Histona H1
DNA
Octámero de histonas
Histona H1
Nucleosoma
Octámero de histonas
Figura 2-4 (a) Un modelo del nucleosoma muestra el doble enrollamiento del ADN
alrededor de un octámero de histonas. (b) Vista lateral y cenital de la cadena de
nucleosomas enrollados con 30 nm de diámetro, los octámeros de histonas se muestran
como discos morados. Una histona adicional llamada H1 que no forma parte del
octámero se sitúa en el centro del enrollamiento, actuando como estabilizador ((a) Alan
Wolffe y Van Moudrianakis, (b) H. Lodish, D. Baltimore, A. Berk, S.L. Zipursky, P.
Matsudaria y J. Darnell. Molecular Cell Biology. 3ª edición. Copyright 1995 Scientific
American Books).
(T) Condensación del cromosoma por superenrollamiento
(S) WWW. ANIMATED ART Estructura tridimensional del cromosoma.
1. DNA
2. Nucleosomas
3. Andamio
Figura 2-5 El modelo muestra un cromosoma “superenrollado” durante la división
celular. Los bucles se encuentran tan compactados que solo su parte externa es visible.
En un extremo, la estructura se muestra parcialmente desenrollada para mostrar sus
componentes.
(T) Algunos marcadores del cromosoma 2 del tomate.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Telómero
Heterocromatina
Nucleolo
Organizador nucleolar
Centrómero
Eucromatina
Telómero
Figura 2-6 (a) Fotografía (b) Interpretación (Fotografía suministrada por Peter Moens;
de P. Moens y L. Butler, “The genetic location of the centromere of chromosome 2 in
the tomato” Can. J. Genet. Cytol. 5, 1963, 364-370).
(T) Marcadores cromosómicos representativos
1. Bacteria
2. Segmento cromosómico
3. Levadura
4. Drosophila
5. Ser humano
6. Gen
Figura 2.7 Los genomas de cuatro especies diferentes tienen topografías génicas muy
distintas. En verde claro se muestran los intrones, en verde oscuro los exones; en blanco
las regiones intergénicas (incluyendo regiones reguladoras y ADN espaciador). Las dos
ilustraciones superiores y las dos inferiores se encuentran representadas a diferente
escala.
(T) Arquitectura cromosómica específica del ser humano.
1. Segmento cromosómico
2. Grupo de genes KAPs
Figura 2-8. Regiones transcribibles de genes (en verde) localizados en dos segmentos
del cromosoma 21, basado en la secuenciación completa de este cromosoma (dos genes,
FDXP2 e IMMTP se muestran en naranja para distinguirlos de sus vecinos). Algunos
genes se han expandido para mostrar los exones (barras negras) y los intrones (en verde
claro). Las etiquetas verticales muestran los nombres de los genes (algunos con función
conocida y otros sin ella). La marcas 5´y 3´denotan la dirección de transcripción de los
genes (Según M. Hattori y col., Nature 405, 2000, 311-319).
(T) Los siete pares fenotípicos estudiados por Mendel
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Semillas lisas o rugosas
Semillas amarillas o verdes
Vainas inmaduras verdes o amarillas
Pétalos morados o blancos
Vainas maduras hinchadas o hendidas
Flores axiales o terminales
Tallos largos o cortos
Figura 2-9 Mendel estudió dos fenotipos diferenciados para cada carácter (Según S.
Singer y H. Hilgard. The Biology of people. Copyright 1978 W.H. Freeman and
Company).
(T) La Polinización cruzada y la autopolinización son dos tipos de cruzamientos.
1.
2.
3.
4.
Polinización cruzada
Autopolinización
Transferencia del polen con escobilla
Eliminación de las anteras
5.
6.
7.
8.
Transferencia del polen al estigma
Estigma
Descendientes
Descendientes
Figura 2-10 En un cruce de plantas de guisante (izquierda) el polen de las anteras de
una planta se transfiere al estigma de otra. En una autopolinización (derecha) el polen se
transfiere de las anteras a los estigmas de la misma planta.
(T) Los cruces de Mendel resultan en proporciones fenotípicas específicas.
1. F1 amarilla autopolinizada
2. F1 amarilla X Verde
3. Amarillo
4. Verde
5. Cultivo
6. Flores autopolinizadas
7. Polinización cruzada entre flores
8. O
9. Cualquiera de los dos
10. Descendencia
11. Descendencia
12. Total
Figura 2-11 Mendel obtuvo una proporción fenotípica de 3:1 con la autopolinización de
la F1 (izquierda) y una proporción fenotípica de 1:1 con cruces de la F1 amarilla con
verdes (derecha). El tamaño de muestra es arbitrario.
(T) Un modelo de un único gen explica las proporciones de Mendel
1. Resultados de Mendel
2. Explicación de Mendel
3. Línea pura
4. Autopolinización
5. Cruzamiento con verdes
6. Segregación equitativa
Figura 2-12 Los resultados de Mendel (izquierda) se explican mediante un modelo de
gen único (derecha) que postula la segregación equitativa de de los miembros de un par
génico.
(T) Etapas del ciclo celular asexual
1. Célula original
2. Células hijas
3. Etapas del ciclo celular
M=Mitosis
S= Síntesis del DNA
G= Interfase
Figura 2-13
(T) La división celular en los ciclos vitales más comunes
1. 2n Meiocitos 2n
2. Meiosis
3. Tétrada
4. Mitosis
5. Tétrada de espermatozoides (gameto)
6. Tétrada de óvulos (gameto)
7. Esperma
8. Óvulo
9. Cigoto 2n
10. Animal
11. Planta
12. Hongo
13. Esporas sexuales
14. Célula diploide transitoria (meiocito)
Figura 2-14 Los ciclos celulares de humanos, plantas y hongos, donde se muestra el
momento en el que tienen lugar la mitosis y la meiosis. Obsérvese que en las mujeres y
en muchas plantas se pierden tres células de la tétrada meiótica. La abreviatura n indica
una célula haploide, 2n una célula diploide y gp designa al “gametofito” una pequeña
estructura compuesta de células haploides que producirán los gametos. En muchas
plantas, como el maíz, un núcleo del gametofito masculino se fusiona con dos núcleos
del gametofito femenino, dando lugar a una célula triploide (3n) que se replicará para
dar lugar al endospermo; un tejido nutritivo que rodea al embrión (que procede del
cigoto 2n).
(T) Etapas clave de la mitosis y la meiosis
1. Mitosis
2. Interfase
3. Profase
4. Metafase
5. Anafase
6. Telofase
7. Células hijas
8. Replicación
9. Segregación
10. Meiosis
11. Interfase
12. Profase I
13. Metafase I
14. Anafase I
15. Telofase I
16. profase II
17. Metafase II
18. Anafase II
19. Telofase II
20. Productos de la meiosis
21. Replicación
22. Apareamiento
23. Segregación
24. Segregación
Figura 2-15 Representación simplificada de la mitosis y la meiosis en células
diploides (2n, diploide; n, haploide) (El cuadro 2-1 muestra otras versiones detalladas,
página 47)
(T) Complejo sinaptonémico en meiosis
1.
2.
3.
4.
Histonas y DNA
Complejo sinaptonémico
Nucleolo
Complejo sinaptonémico
Figura 2-16 (a) En Hyalophora cecropia, un gusano de seda, el número cromosómico
normal de los machos es 62 y se producen 31 complejos sinaptonémicos. Uno de los
cromosomas (centro) del individuo aquí mostrado, está representado tres veces. Este
tipo de cromosoma se denomina trivalente. El DNA está organizado en lazos regulares
alrededor del complejo sinaptonémico. (b) Complejo sinaptonémico normal de Lilium
tyrinum. Obsérvese (a la derecha) los dos elementos laterales del complejo
sinaptonémico y un cromosoma no apareado (a la izquierda) mostrando el núcleo
central correspondiente a uno de los elementos laterales (por cortesía de Peter Moens).
Recuadro 2-1
(T) Etapas de la Mitosis
(a) Huso acromático
(b) Polo
La mitosis normalmente ocupa una pequeña fracción del ciclo celular,
aproximadamente entre un 5% y un 10%. El resto del tiempo lo ocupa la interfase,
compuesta por las fases G1, S y G2. El DNA se replica durante la fase S, aunque el
DNA duplicado no es visible hasta la posterior mitosis. Los cromosomas no pueden
visualizarse durante la interfase (véase en la parte inferior), debido principalmente a que
se encuentran en un estado extendido y están entrelazados unos con otros como en un
enredo de hilos.
Las siguientes fotografías muestran las etapas de la mitosis en los núcleos de
células del ápice de la raíz del lirio real, Lilium regale. En cada etapa se muestra una
fotografía en la parte izquierda y un dibujo esquemático a la derecha.
Telofase. Una nueva membrana nuclear vuelve a formarse alrededor de cada núcleo
hijo, los cromosomas se desenrollan y reaparecen los nucleolos (con lo cual vuelven a
formarse núcleos de interfase). Al final de la telofase, el huso se ha dispersado y el
citoplasma se ha dividido en dos debido a la formación de una nueva membrana celular.
Profase temprana. Los cromosomas se hacen distinguibles por primera vez. Se van
haciendo cada vez más cortos mediante un proceso de contracción, o condensación,
hasta formar una serie de espirales o rollos; este enrollamiento da lugar a estructuras que
pueden desplazarse más fácilmente.
Anafase. Los pares de cromátidas hermanas se separan, moviéndose cada uno de los
miembros de un par hacia cada polo. Los centrómeros, que ahora parecen que se han
dividido, se separan por primera vez. Al moverse las cromátidas, sus dos brazos
parecen seguir a su centrómero, por lo que se forma una serie de estructuras en forma de
V, con las puntas de las V dirigidas hacia los polos.
Profase tardía. Cuando los cromosomas se hacen visibles, cada uno de ellos aparece
como un doble filamento compuesto por dos mitades longitudinales denominadas
cromátidas. Estas cromátidas «hermanas» se encuentran unidas por el centrómero. Los
nucleolos (grandes estructuras esféricas intranucleares) desaparecen en esta fase. La
membrana nuclear comienza a disgregarse y el nucleoplasma y el citoplasma se
confunden.
Metafase. El huso acromático se hace visible. El huso es una estructura en forma de
jaula de pájaro que se forma en el área nuclear. Consiste en una serie de fibras paralelas
que apuntan hacia cada uno de los dos polos celulares. Los cromosomas se mueven
hacia el plano ecuatorial de la célula, donde los centrómeros hermanos se unen a las
fibras del huso que provienen de cada uno de los polos.
Las fotografías muestran la mitosis en núcleos de las célula del ápice de la raíz de
Lilium regale (De J. McLeish y B. Snoad, Looking at chromosomes. Copyright 1958,
St. Martin´s Macmillian).
Recuadro 2-2
(T) Etapas de la meiosis
La meiosis consiste en dos divisiones nucleares denominadas meiosis I y meiosis II que
tienen lugar en divisiones celulares consecutivas. Cada división meiótica se divide en
profase, metafase, anafase y telofase. La etapa más compleja y larga de todas estas es la
profase I, que se divide en cinco etapas.
Las siguientes fotografías muestran las distintas etapas de la meiosis en los
núcleos de las células del ápice de las raíces del lirio real, Lilium regale. En cada etapa
se muestra una fotografía en la parte izquierda y un dibujo esquemático a la derecha.
Las fotografías muestran la meiosis y la formación de polen en Lilium regale. Nota:
para simplificar se representan varios quiasmas entre sólo dos de las cromátidas; en la
realidad, pueden formarlos las cuatro cromátidas (De J. McLeish y B. Snoad, Looking at
chromosomes. Copyright 1958, St. Martin´s Macmillian).
1. Leptoteno
Profase I: Leptoteno. Los cromosomas se hacen visibles y aparecen como hilos
largos y delgados. El proceso de contracción cromosómica continúa durante el
leptoteno y toda la profase. A lo largo de cada cromosoma se forman pequeñas
áreas de engrosamiento (cromómeros) que dan a los cromosomas el aspecto de
collares de perlas.
2. Zigoteno
Profase I: Zigoteno. Los cromosomas se emparejan de forma activa, haciéndose
evidente que la dotación cromosómica de un meiocito está formada, en realidad,
por dos dotaciones cromosómicas completas. Por lo tanto, cada cromosoma
tiene un compañero de apareamiento al que se va uniendo progresivamente
(sinapsis) a lo largo de toda su longitud.
3. Paquiteno
Profase I: Paquiteno. En esta etapa los cromosomas son gruesos y están
completamente en sinapsis. Así pues, el número de pares homólogos de
cromosomas en el núcleo es igual al número n. A menudo se observan en
paquiteno los nucleolos de forma muy pronunciada. Los cromómeros quedan
alineados de forma precisa en los homólogos apareados, dando lugar a un patrón
específico para cada par.
4. Diploteno
Profase I: Aunque cada cromosoma homólogo parece formado por una sola fibra
durante el leptoteno, el DNA ya se había replicado durante la fase S premeiótica.
Esto se manifiesta durante el diploteno en cromosomas que han pasado a estar
formados por dos cromátidas hermanas. La estructura en sinapsis consiste ahora
en un manojo de cuatro cromátidas homólogas. El apareamiento de los
homólogos se hace menos compacto; de hecho, parecen repelerse el uno al otro y,
al separarse ligeramente se observan estructuras en forma de cruz (quiasmas)
entre las cromátidas no hermanas. Cada grupo homólogo de cuatro tiene
generalmente uno o más quiasmas.
5. Diacinesis
Profase I: Diacinesis. Esta etapa se diferencia muy poco del diploteno, excepto
por una mayor contracción cromosómica. Al final de la diacinesis, las largas
fibras filamentosas de la interfase han sido sustituidas por unidades compactas
mucho más manejables.
6. Metafase I
Metafase I: La membrana nuclear y los nucleolos desaparecem y cada par de
homólogos ocupa un lugar en el plano ecuatorial. En esta etapa de la meiosis, los
centrómeros no se dividen; esta falta de división representa una gran diferencia
con respecto a la mitosis. Los dos centrómeros de cada par de cromosomas
homólogos se unen a las fibras del huso de polos opuestos.
7. Anafase I temprana
Anafase I: La anafase comienza cuando los cromosomas se mueven en dirección
a los polos.
8. Anafase I tardía
9. Telofase I
División celular
10. Interfase
Telofase I e Interfase: Los cromosomas se estiran y se vuelven difusos, la
membrana nuclear se forma de nuevo y la célula se divide. Tras la telofase I, hay
una interfase denominada intercinesis. La telofase I y la intercinesis no son
universales. En muchos organismos estas etapas no existen, no se vuelve a
formar la membrana nuclear y después de la división celular las células pasan
directamente a la meiosis II. En otros organismos, la telofase I y la intercinesis
son muy breves. En cualquier caso, nunca hay síntesis de DNA en este momento
y el estado genético de los cromosomas no varía.
11. Profase II
Profase II: El número haploide de cromátidas hermanas están ahora presentes en
estado condensado.
12. Metafase II
Metafase II: Las cromátidas hermanas se organizan en el plano ecuatorial. En
este momento, las cromátidas a menudo se separan entre sí parcialmente en lugar
de estar firmemente asociadas como en la mitosis.
13. Anafase II
Anafase II: Los centrómeros se separan y las cromátidas hermanas son
arrastradas hacia polos opuestos por las fibras del huso.
14. Telofase II
Telofase II: Los núcleos vuelven a formarse alrededor de los cromosomas en los
polos.
División celular
15. Tétrada
16. Granos jóvenes de polen
La tétrada y granos jóvenes de polen: En las anteras de la flor los cuatro
productos de la meiosis se diferencian en granos de polen. En otros organismos,
la diferenciación da lugar a otros tipos de estructuras a partir de los productos
meióticos, como los espermatozoides de los animales.
Demostración de la segregación equitativa dentro de un meiocito de la levadura S.
cerevisiae.
Cultivo MATα·r+
Cultivo MATa·r
3. Las células se mezclan para realizar el cruce
4. Diploide
5. Replicación del cromosoma
6. Meiocito
7. Productos de la primera división
8. Pared del asca
9.
Cuatro productos de la meiosis: proporción 1:1 de r+:r
10. Las células se inoculan para formar colonias que demuestran la segregación de
un único gen en un meiocito.
1.
2.
Figura 2-17 Una asca aislada del cruce + X r lleva a dos cultivos del tipo + y dos del
tipo r.
(T) Las moléculas de DNA se replican para formar cromátidas idénticas
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Formación de cromátidas
Replicación del DNA
Diploide homocigótico b+/b+
Diploide homocigótico b+/b
Diploide homocigótico b/b
Haploide b+
Haploide b
Figura 2-18 Cada cromosoma se divide longitudinalmente en dos cromátidas
(izquierda); desde el punto de vista molecular (derecha), la molécula de DNA se replica,
produciendo dos moléculas de DNA, una para cada cromátida. También se muestran
varias combinaciones de un gen con el alelo salvaje b+ y su forma mutante b, causada
por el cambio en un par de bases de GC a AT. Obsérvese que, desde un punto de vista
molecular, las dos cromátidas producidas en la replicación del cromosoma son siempre
idénticas a las otras y al cromosoma original.
(T) División nuclear desde el punto de vista del DNA
1. Mitosis en una célula haploide
2. Mitosis en una célula diploide
3. Meiosis
4. Fase S
5. Formación de cromátidas
6. Mitosis Alineación en el ecuador de la célula
7. Meiosis Apareamiento de los homólogos en el ecuador (tétrada)
8. Segregación de cromátidas
9. Fin de la primera división
10. Células hijas todas A
11. Células hijas todas A /a
12. Fin de la segunda división
13. y
14. ½ A Células sexuales
½a
Figura 2-19 El DNA y la transmisión génica en mitosis y meiosis en eucariotas. Se
muestran la fase S y las principales etapas de la mitosis y meiosis. Las divisiones
mitóticas (izquierda y centro) preservan el genotipo de la célula original. En la derecha,
las dos divisiones meióticas que tienen lugar durante la fase sexual del ciclo celular
tienen el efecto de reducir a la mitad el número de cromosomas. Para mostrar cómo se
transmite el genotipo durante la división celular se han usado los alelos A y a de un gen.
(T) La herencia de un único gen a nivel del DNA
1.
2.
3.
4.
5.
Sonda
DNA
Southern
Sitio de corte para una enzima de restricción
Una mutación introduce una nueva diana
Figura 2-20 La mutación recesiva que produce el alelo a introduce por azar un nuevo
punto de corte para una enzima de restricción. Este punto de corte permite seguir la
pista del tipo de herencia de la mutación mediante análisis southern. La transferencia en
Southern detecta un fragmento de DNA en individuos normales homocigóticos (A/A) y
dos fragmentos en individuos albinos (a/a). En individuos heterocigóticos se detectan
tres fragmentos que revelan la presencia del alelo normal y el mutante.
(T) Sitios mutantes en el gen de la PKU
1. Mutaciones en el exón
2. Mutaciones en el intrón
Figura 2-21 Se conocen muchas mutaciones del gen de la hidroxidasa de la fenilalanina
humana que causan una disfunción de la enzima. El número de mutaciones en los
exones, o regiones codificadoras de proteína (en negro), se detallan sobre el gen. Bajo el
gen se detalla el número de mutaciones en los intrones (en verde, numeradas del 1 al 13)
que afectan al proceso de corte y empalme (Según C. R. Scriver, Ann. Rev. Genet. 28,
1994, 141-165)
(T) Sitios de un gen sensibles a la mutación
1. DNA
2. Componentes del sitio activo de la proteína
3. Promotor
4. Intrón
5. 3´ Tipo salvaje
6. Exón
7. nulo
8. permeable
9. silenciosa
10. nulo
11. proteína
12. sitio activo
13. = sitio mutante
Figura 2-22 Las mutaciones en las zonas del gen que codifican para los sitios activos de
la enzima provocan que las enzimas sean no funcionales (mutaciones nulas). Las
mutaciones en otras zonas del gen pueden no tener efectos en la función del gen
(mutaciones silenciosas).
(T) La acción de los microtúbulos en la mitosis
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Anafase temprana
Microtúbulos del cinetocoro
Polo
Los microtúbulos del cinetocoro se despolimerizan en los extremos del
cinetocoro y los cinetocoros se desplazan hacia los polos
Anafase
Tubulina libre
No hay despolimerización
Región de despolimerización
Figura 2-23 Los microtúbulos ejercen una fuerza de arrastre sobre los cromátidas
gracias a la despolimerización en subunidades de tubulina en los cinetocoros (Según
G.J. Gorbsky, P.J. Sammak y G. Borisy, J.Cell Biol., 104, 1987, 9; y G.J. Gorbsky, P.J.
Sammak y G. Borisy. J.Cell Biol., 106, 1988, 1185; modificado de H. Lodish, A. Berk,
S.L. Zipursky, P. Matsudaira, D. Baltimore y J. Darnell, Molecular Cell Biology. 4ª ed.
Copyright 2000 W.H. Freeman y compañia).
(T) Plantas masculinas y femeninas
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Sólo ovarios
Flor femenina
Flor masculina
Sólo anteras
Plantas ♀
plantas ♂
Figura 2-24 Ejemplo de dos especies de plantas dioicas (a) Osmaronia dioica y (b)
Aruncus dioicus ((a) Leslie Bohm, (b) Anthony Griffiths).
(T) Cromosomas sexuales humanos
1. Región pseudoautosómica 1
2. Gen SR de la masculinidad
3. Región diferencial del X (genes ligados al X)
4. Centrómero
5. Región diferencial del Y (genes ligados al Y)
6. Región pseudoautosómica 2
Figura 2-25 Los cromosomas sexuales humanos contienen una región diferencial y dos
regiones de apareamiento. Las regiones se localizaron observando por dónde emparejan
los cromosomas durante la meiosis y por donde no.
(T) Drosophila de ojos rojos y de ojos blancos
Figura 2-26 La mosca de ojos rojos es de tipo salvaje y la de ojos blancos es un
mutante (Carolina Biological Supply).
(T) Un ejemplo de herencia ligada al X
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Primer cruce
Segundo cruce
Hembra roja
Macho blanco
Hembra blanca
Macho rojo
Gametos masculinos
Gametos femeninos
Figura 2-27 En Cruces recíprocos entre ejemplares de Drosophila con ojos rojos (rojos)
y con ojos blancos (blancos) se obtienen resultados diferentes. Los alelos están ligados
al cromosoma X y la herencia de este cromosoma explica las proporciones fenotípicas
observadas, diferentes de las de los genes autosómicos. (En Drosophila y otros muchos
sistemas experimentales, el signo “+” en formato superíndice se usa para designar el
alelo normal o de tipo salvaje. En este ejemplo, w+ codifica el carácter ojos rojos y w
para ojos blancos.)
(T) Símbolos usados en las genealogías
1. Hombre
2. Mujer
3. Emparejamiento
4.
Padres e hijos: 1 chico; 1chica (en orden de nacimiento)
5. Dicigótico (gemelos no idénticos)
6. Monocigótico (gemelos idénticos)
7. Sexo no especificado
8. Número de niños del sexo indicado
9. Individuos afectados
10. Heterocigotos para alelos recesivos autosómicos
11. Portador de un alelo recesivo ligado al sexo
12. Muerto
13. Aborto o mortinato (sexo no especificado)
14. Propositus
15. Método para identificar personas en una genealogía: el propositus es el hijo 2 de
la generación II o II-2
16. matrimonio consanguíneo
Figura 2-28 Símbolos utilizados en los estudios de genealogías humanas (Según W.F.
Bodmer y L.L. Cavalli-Sforza, Genetics, Evolution, and man. Copyright 1976
W.H.Freeman and Company).
(T) Homocigotos recesivos por consanguinidad
1. Un A/a
2. Un A/A
Figura 2-29 Genealogía de un fenotipo recesivo poco común determinado por el alelo
recesivo a. Normalmente, las genealogías no incluyen los símbolos génicos, pero en
este caso se han incluido los genotipos como referencia. Obsérvese que los individuos
II-1 y II-5 se introducen en la familia desde fuera; se supone que son normales porque la
condición hereditaria que se analiza es muy poco frecuente. Obsérvese también que no
es posible estar seguro del genotipo de algunos individuos de fenotipo normal; tales
individuos se indican como A/-. Los individuos III-5 y III-6 que provocan la aparición
del fenotipo recesivo en la generación IV son primos hermanos. Ambos obtienen su
alelo recesivo de uno de los abuelos, I-1 o I-2.
(T) Fenotipo pseudoacondroplásico
Figura 2-30 El fenotipo de la pseudoacondroplasia, ilustrado por una familia de cinco
hermanas y dos hermanos. El fenotipo está determinado por un alelo dominante,
llamado D, que entorpece el crecimiento de los huesos largos durante el desarrollo. La
foto fue tomada a su llegada a Israel tras el final de la segunda guerra mundial
(UPI/Bettmann News Photos).
(T) Herencia de una enfermedad autosómica dominante
Figura 2-31 Genealogía de un fenotipo dominante determinado por un alelo dominante
A. En esta genealogía se han deducido todos los genotipos.
(T) Manifestación tardía de la enfermedad de Huntington
1. Porcentaje de personas afectadas por la enfermedad, de entre todas las personas
portadoras
2. Edad (años)
Figura 2-32 La gráfica muestra que las personas afectadas generalmente no muestran la
enfermedad hasta que han superado la edad de tener hijos.
(T) Polidactilia
1. Normales
2. Afectados
Figura 2-33 La polidactilia en un fenotipo dominante y poco frecuente de manos y pies.
(a) La Polidactilia, caracterizada por la presencia de dedos extras en pies, manos o
ambos, está determinada por un alelo P. Los números de la genealogía (b) indican el
número de dedos de la mano en la línea superior, y el de dedos de los pies en la línea
inferior (obsérvese la variabilidad de la expresión del alelo P). ((a) Fotografía ©
Biophoto Associates/Science Source)
(T) Piebaldismo dominante
Figura 2-23 El piebaldismo es un fenotipo dominante humano poco frecuente. Aunque
el fenotipo se encuentra de manera esporádica en todas las razas, sus patrones
característicos se muestran mejor en las personas de piel oscura. (a) Las fotografías
muestran la vista de frente y de espalda de los individuos afectados IV-1, IV-3, III-5,
III-8 y III-9 de la genealogía (b). Obsérvese la variación en la expresión del gen del
piebaldismo entre los miembros de la familia. Se cree que esta enfermedad se debe a un
alelo dominante que interfiere con la migración de los melanocitos (las células
productoras de melanina) desde la superficie dorsal a la ventral durante el desarrollo. La
mancha blanca en la frente es particularmente característica y a menudo se acompaña
de un mechón de pelo blanco.
El piebaldismo no es una forma de albinismo, las células de las manchas blancas poseen
el potencial genético para la fabricación de melanina, pero como no son melanocitos no
están programadas para hacerlo. En el albinismo, las células carecen del potencial para
fabricar melanina (el piebaldismo está causado por una mutación en un gen c-kit, un
tipo de gen denominado protooncogén. Véase el capítulo 15). ((a y b) De I. Winship, K.
Young, R. Martell, R. Ramesar, D. Curtis y P. Beighton, “Piebaldism: an Autonomous
Autosomal Dominant Entity” Clin. Genet. 39, 1991, 330).
(T) Herencia de un dimorfismo
1. Perceptores
2. No perceptores
Figura 2-35 Genealogía para la capacidad de percibir el sabor del compuesto químico
feniltiocarbamida
(T) Herencia de una enfermedad recesiva ligada al cromosoma X
Figura 2-36 Como suele ser típico, la expresión del los alelos recesivos sólo se da en
los varones. Sus hijas son portadoras de estos alelos y los transmiten a la siguiente
generación, donde serán expresados de nuevo por sus hijos. Obsérvese que los
individuos III-3 y III-4 no se distinguen fenotípicamente.
(T) Herencia de la hemofilia en la realeza europea
1.
2.
3.
4.
Mujer portadora
Varón hemofílico
Tres mujeres
Estatus desconocido
Figura 2-37 Genealogía de la hemofilia en las familias reales europeas, una enfermedad
recesiva y ligada al cromosoma X. Un alelo recesivo causante de la hemofilia (fallo en
la coagulación de la sangre) apareció en las células reproductoras de la Reina Victoria, o
uno de sus padres, por mutación. Este alelo se extendió a otras familias reales por
matrimonios entre ellos. (a) Esta genealogía parcial muestra varones afectados y
mujeres portadoras (heterocigóticas). Para hacerlo más sencillo se han omitido la
mayoría de los familiares que entraron en la genealogía por casamiento. ¿Puede predecir
la probabilidad de que el alelo recesivo siga presente en algún miembro de la familia
real británica? (b) El cuadro muestra a la Reina Victoria rodeada por sus numerosos
descendientes ((a) según C. Stern, Principles of Human Genetics, 3ª ed. Copyright 1973
W.H. Freeman and Company; parte (b), Royal Collection, St. James Palace. Copyright
Her Majesty Queen Elizabeth II).
(T) Fenotipo de la feminización testicular
Figura 2-38 Los cuatro hermanos de esta fotografía tienen el síndrome de feminización
testicular (insensibilidad congénita a andrógenos). Los cuatro individuos tienen 44
cromosomas más un cromosoma X y otro Y, pero todos han heredado el alelo recesivo
ligado al X que confiere insensibilidad a los andrógenos (hormonas masculinas). Una de
sus hermanas (no mostrada) era portadora XX y tuvo un hijo que también desarrollo el
síndrome de feminización testicular (Leonard Pinsky, McGill University)
(T) Herencia de una enfermedad dominante ligada al X
Figura 2-39 Todas las hijas de un varón que expresa un fenotipo dominante ligado al X
también presentarán el fenotipo. Las mujeres heterocigóticas de un alelo dominante
ligado al X transmitirán la condición a la mitad de sus hijos e hijas.
(T) Orejas peludas: propuesto como fenotipo ligado al Y
Figura 2-40 Se ha propuesto que el borde de la oreja peludo puede ser debido a un alelo
de un gen ligado al cromosoma Y (Tomado de C. Stern, W.R. Centerwall y S.S. Sarkar,
The American Journal of Human Genetics 16, 1964, 467. Reproducido con permiso de
Grune & Sratton, INC).
(T) Los principales sucesos de la mitosis y la meiosis
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Mitosis
Meiosis
Pares de cromosomas homólogos
Formación de las cromátidas
Alineamiento en el ecuador
apareamiento en el ecuador
Anafase
anafase I
Anafase II
Figura 2-41 Uso de los dedos para recordar los principales eventos de la mitosis y la
meiosis.
Tablas
Tabla 2-1 Resultados de todos los cruzamientos de Mendel en los que los parentales
diferían en solo carácter
d.
Fenotipo parental
F1
F2
Proporción F2
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Semilla lisa X Rugosa
Todas lisas
5474 lisas, 1850 rugosas 2.96:1
Semilla amarilla X verde Todas amarillas 6022 amarillas; 2001 verdes
3.01:1
Pétalos púrpuras X blancos
Todos púrpuras 705 púrpuras; 224 blancos 3.15:1
Vaina hinchada X hendida
Todas hinchadas 822 hinchadas; 299 hendidas
Vainas verdes X amarillas Todas verdes
428 verdes; 152amarillas 2.82:1
Flores axiales X terminales
Todas axiales
651 axiales; 207 terminales
Tallo largo X corto
Todos largos
787 largos; 277 cortos
2.84:1
a.
b.
c.
2.95:1
3.14:1