12 Herencia, genes y cromosomas. Gregor Mendel y la herencia

12Herencia, genes y

cromosomas

Gregor Mendel y la herencia

http://www.youtube.com/watch?v=aVQ1Y4UuO9U

¿Qué son las leyes Mendelianas de la herencia?

Se creía que la herencia trabajaba sobre dos asunciones:

• Cara parental contribuye equitativamente a la descendencia (soportada por experimentos usando cruces recíprocos)

• Los determinantes hereditarios se fusionaban en la descendencia (no soportada por experimentos)

1770s, Kölreuter

Los estudios de Gregor Mendel refutaron esta idea.

Correcto

Incorrecto

Gregor Mendel y su jardín

Austria, 1822-1884

La meiosis ofrece una explicación física a los resultados de Mendel (1900)

Estudios de Mendel

Mendel trabajó en el jardín del monasterio con arvejas.

Pudo controlar la polinización y la fertilización – teniendo certeza sobre quienes eran los padres de cada generación.

Una de las principales contribuciones de Mendel a la genética fue el uso de las matemáticas – las reglas de estadística y probabilidad

Caracteres y rasgos

Caracter: característica física observable (e.g., color de la flor)

Rasgo: estados (forma) del caracter (e.g., flores blancas o púrpura)

Un rasgo heredable se pasa de padres a descendientes

Mendel trabajó con 7 caracteres cada uno con rasgos bien definidos

Caracteres y rasgos

Mendel se aseguró que las plantas con las que trabaja tuvieran un rasgo dado por muchas generaciones (“true-breeding”, líneas “puras” para el rasgo de interés)

Caracteres y rasgos en los experimentos de Mendel

Liso vs rugosoSemillas amarillas vs verdes

Flores blancas vs moradasVainas infladas vs delgadas

Vainas verdes vs amarillas

Flores axiales vs terminales

Tallos altos vs enanos

Cruces de Mendel

• Polen de un parental fue transferido al estigma de otro parental Generación parental = P

• Descendencia resultante: Primera generación filial o F1

• Si las plantas F1 se auto-polinizan producen la segunda generación filial o F2

Cruces controlados entre dos plantas

Primer experimento de Mendel

Plantas cruzadas que diferían en un solo rasgo (P).

Generación F1 son monohíbridos.

Los monohíbridos se auto-polinizaron para formar la generación F2 : Un cruce monohíbrido.

Mendel repitió esto para cada uno de los 7 caracteres

¿Qué son las leyes Mendelianas de la herencia?

Se creía que la herencia trabajaba sobre dos asunciones:

• Cara parental contribuye equitativamente a la descendencia (soportada por experimentos usando cruces recíprocos)

• Los determinantes hereditarios se fusionaban en la descendencia (no soportada por experimentos)

1770s, Kölreuter

Correcto

Incorrecto

Diploide vs Haploide

Diploide: Dos copias de las unidades heredables en un organismo.

Durante la producción de gametos, únicamente una copia de información heredables es recibida por cada gameto - haploide.

12.1 What Are the Mendelian Laws of Inheritance?

Mendel concluyó que cada gameto contienen solo una partícula (unidad), pero que el zigoto tienen dos, ya que se produce a partir de la fusión de dos gametos.

Hoy en día llamamos a esas partículas genes.

El conjunto completo de genes en un organismo es su genoma.

Experimentos monohíbridos de Mendel: Evaluando la hipótesis de fusión de rasgos

Líneas puras

Experimentos monohíbridos de Mendel: Evaluando la hipótesis de fusión de rasgos

No se obtiene un fenotipo intermedio!

Se obtienen los dos fenotipos parentales!

Primera ley de mendel

Ley de la segregación: Las dos copias de un gen se separan cuando un individuo hace gametos.

Explicación de la herencia de acuerdo a Mendel

Alelos

Genotipos

Fenotipos

Cuadro dePunnet

Figure 12.4 Mendel’s Explanation of Inheritance (Part 2)

Homocigotos

Heterocigotos

Concepto actual de gen

Un gen es una secuencia de ADN que se encuentra en un sitio particular del cromosoma, el locus, “y que codifica por un caracter particular”.

Diferentes alelos de un gen se separan durante la meiosis.

Concepto actual de gen

Las meiosis es la responsable de la segregación de los alelos

Las meiosis es la responsable de la segregación de los alelos

¿Homocigoto o heterocigoto? Cruces de prueba

¿Homocigoto o heterocigoto? Cruces de prueba

¿Y cuando se estudian dos caracteres diferentes?

Segregación independiente

¿Rasgos ligados o segregación independiente?

Segregación independiente: Cruce dihíbrido

Gametos


Ligados Independiente

F2 tendría 3 veces mas semilla lisas y amarillas que arrugadas y verdes

En F2 Se encontrarían 9 genotipos diferentes, los fenotipos estarían en proporción 9:3:3:1


Si los rasgos están ligados esperamos:

3:1


Si los rasgos son independientes esperamos:

9:3:3:1

Segunda ley de Mendel

Ley de la segregación independiente:

Alelos de genes diferentes se segregan independientemente durante la formación de gametos.

No se aplica siempre para genes en el mismo cromosoma pero los genes en cromosomas diferentes si segregan independientemente

La meiosis es responsable de la segregación independiente de los alelos

La meiosis es responsable de la segregación independiente de los alelos

Repaso de probabilidad

• Si tenemos certeza que un evento ocurrirá, probabilidad = 1

• Si no es posible que un evento pase, probabilidad = 0

• En todos los demás casos la probabilidad está entre 0 y 1

Repaso de probabilidad: regla de la multiplicación

Probabilidad de dos eventos independientes ocurriendo simultáneamente: se multiplican las probabilidades de los eventos individuales

Tirando dos monedas, la probabilidad de que las dos sean sello

½ x ½ = ¼

La regla de la multiplicación.

Repaso de probabilidad: regla de la adición

La probabilidad que un evento ocurra en dos maneras diferentes es la suma de las probabilidades individuales

En F2, hay dos maneras de tener un heterocigoto: por eso ¼ + ¼ = ½

La regla de la adición.

Probabilidades de cruces di-híbridos

Cruces di-híbridos:

La probabilidad que la semilla F2 vaya a ser lisa es ¾: probabilidad de ser heterocigoto + probabilidad de homocigoto o ½ + ¼ = ¾

La probabilidad doble de que la semilla sea lisa y amarilla: ¾ × ¾ = 9/16

¿Cual es la probabilidad en F2 para obtener semillas arrugadas y amarillas?


Probabilidad de ser amarilla * Probabilidad de ser arrugada

Probabilidad de ser arrugada:

Pedigrees

Los pedigrees humanos pueden mostrar las leyes de Mendel.

Humanos tienen pocos descendientes y por eso las proporciones a veces son sesgadas (no como en las arverjas)

Genetistas usan pedigrees para determinar si un alelo raro es recesivo o dominante

Figure 12.10 Pedigree Analysis and Inheritance (Part 1)

Figure 12.10 Pedigree Analysis and Inheritance (Part 2)

Endogamia

Cuando hay un fenotipo raro recesivo en la familia es por que, generalmente, hay cruce de parientes (endogamia)

Si un alelo recesivo es raro en la población general, la probabilidad de que dos individuos que se unan lo tengan es muy baja a menos que estén emparentados

Alelos y sus Interacciones

• Diferencias en los alelos diferencia sutil en la secuencia de ADN en el mismo locus diferencia sutil de los productos proteicos.

• Alelos diferentes mutación a una forma nueva, estable y heredable

• Los alelos pueden mutar azarosamente.


• Alelos en poblaciones: Alelos silvestres son los más comunes Alelos mutantes producen fenotipos

diferentes

• Un locus genético es considerado polimórfico si el alelo tipo-silvestre tiene una frecuencia de menos del 99% en una población.


MUCHOS ALELOS SON MÁS COMPLICADOS DE LO QUE ESTUDIÓ MENDEL

• Alelos múltiples

• Dominancia incompleta

• Codominancia

• Pleiotropía

Figura 10.12 Herencia del Color del Pelaje en los Conejos

Puede haber múltiples alelos para un locusPero siempre max. dos alelos por cada individuo (uno del padre y uno de la madre)

Qué tal si Mendel hubiera usado estos para sus experimentos?


DOMINANCIA INCOMPLETA

• Los heterocigotos muestran un fenotipo intermedio parecería soportar la teoría de mezcla (“blending”).

• Flores blancas y rojas de algunas plantas – ninguno de los dos alelos es dominante flores rosadas

Figura 10.13 Dominancia Incompleta que sigue el Patrón de las leyes de Mendel

Parecería teoría de mezcla, pero en F2….

Alelos y sus InteraccionesCODOMINANCIA

• Dos alelos diferentes para un gen, ambos expresados en los heterocigotos.

• En el grupo humano ABO los alelos para el tipo de sangre son IA, IB, y IO.

IA IA o IAIO, resulta en el tipo A.

IB IB o IBIO, resulta en el tipo B.

IO IO resulta tipo O.

IA IB resulta en un tipo AB. Los alelos son llamados codominantes (el heterocigoto muestra los dos fenotipos a la vez).

Figura 10.14 Reacciones ABO son Importantes en las Transfusiones


PLEIOTROPIA

• Alelos únicos que tienen más de un efecto fenotípico diferenciable.

• Un ejemplo de ésto es el patrón de coloración y ojos cruzados en gatos siameses. Ambas características están causadas por el mismo alelo.

• Estos caracteres no relacionados son causados por la misma proteína producida por el mismo alelo.

Interacciones Génicas

Estas eran interacciones de alelos, pero también puede haber interacción entre genes

• Epístasis ocurre cuando los alelos de un gen alteran la expresión de los alelos de otro gen.

• Un ejemplo es el color del pelaje de los labradores:El alelo B produce color negro. El alelo b

resulta en pelo café. B es dominante sobre bAlelo E determinan si hay acumulación de

pigmento en el pelo o no (e), si no hay acumulación el color del pelo es amarillo.


E/e (hay color o no) es epistático sobre B/b (Negro o café)



• Endogamia no es buena, cruces entre diferentes individuos sí

• Cruce de dos variedades homocigotas de plantas o animales progenie fenotípicamente más fuerte, más grande y más vigorosa que la variedad parental! vigor híbrido o heterosis.

• Hibridización es ahora una práctica de agricultura común para incrementar la producción en plantas.


INTERACCIONES GENES-AMBIENTE

Fenotipo = genotipo + ambiente

• El genotipo y el ambiente interactúan para determinar el fenotipo de un organismo.

• Penetrancia es la proporción de individuos en un grupo con un genotipo dado que expresan el fenotipo correspondiente.

• La expresividad del genotipo es el grado en el cual éste es expresado en un individuo.

Gen para pelo negroPero actividad de enzima depende de la Temperatura.La proteína es inactivada a temperatura corporal, e.g., 35°C. En las regiones mas frías del cuerpo la enzima es activa.


CUALITATIVO VS. CUANTITATIVO

• Las características que estudiaba Mendel: Cualitativas

• Pero muchas otras definidas por: loci de rasgos cuantitativos. Definidas por muchos alelos, Cada alelo

intensifica o disminuye el fenotipo. La variación es continua o cuantitativa, más

que cualitativa. La variación se debe usualmente a dos factores:

múltiples genes con múltiples alelos e influencias del ambiente sobre la expresión de esos genes.

Figura 10.17 Variación Cuatitativas

Repaso: Interacciones entre alelos

• Dominancia incompleta

• Codominancia

• Pleiotropia

El heterocigoto tiene in fenotipo intermedio.

El heterocigoto tienen los dos fenotipos.

Alelos únicos que tienen mas de un efecto fenotípico.

Repaso: Interacciones entre genes

• Epistasis

• Vigor híbrido o heterosis

Cuando los alelos de un gen alteran la expresión de los alelos de otro gen.

La progenie del cruce de dos variedades homocigotas de plantas o animales es fenotípicamente más fuerte, más grande y más vigorosa que la variedad parental

INTERACCIONES GENES-AMBIENTE

Fenotipo = genotipo + ambiente

• El genotipo y el ambiente interactúan para determinar el fenotipo de un organismo.

• Penetrancia es la proporción de individuos en un grupo con un genotipo dado que expresan el fenotipo correspondiente.

• La expresividad del genotipo es el grado en el cual éste es expresado en un individuo.

CUALITATIVO VS. CUANTITATIVO

• Las características que estudiaba Mendel: Cualitativas

• Pero muchas otras definidas por: loci de rasgos cuantitativos. Definidas por muchos alelos, Cada alelo

intensifica o disminuye el fenotipo. La variación es continua o cuantitativa, más

que cualitativa. La variación se debe usualmente a dos

factores: múltiples genes con múltiples alelos e influencias del ambiente sobre la expresión de esos genes.

Determinación del Sexo y Herencia Ligada al Sexo

• El sexo es determinado de diferentes formas en diferentes especies.

• En el maíz y arvejas, que son monoicas, cada adulto diploide tiene tanto estructuras reproductivas masculinas como femeninas.

• Otras plantas y la mayoría de animales son dioicas: Unos individuos producen solamente gametos masculinos y otros solo gametos femeninos (como en los humanos).


• Abejas: Un huevo fertilizado (2n) da origen a una hembra trabajadora o reina, un huevo no fertilizado (n) origina a un macho zángano.

• Saltamontes y cucarachas: hembras dos cromosomas X. Machos solo tienen uno. El esperma determina el sexo del cigoto.

• Mamíferos: Las hembras tienen dos cromosomas X, los machos tienen uno X y uno Y. El sexo de la progenie es determinado por el esperma.


CÓMO SE SUPO QUE XY DETERMINAN EL SEXO?

• Algunos individuos XY que no tienen la pequeña porción del cromosoma Y son fenotípicamente hembras.

• Algunos individuos XX con la pequeña porción del cromosoma Y son machos.

QUÉ HAY EN ESTE PEDACITO DEL CROMOSOMA Y?

• El gen que determina la masculinidad, se llama SRY (por “sex-determining region on the Y chromosome”).

• El gen SRY codifica para una proteína hace que se desarrollan testículos; si no está, se desarrollan ovarios.


• Un gen del cromosoma X, DAX1, produce un factor anti-testículos.

• El papel del producto del gen SRY en un macho es el de inhibir el inhibidor de la masculinidad codificado por el gen DAX1.


En Drosophila es diferente:

• Los machos son XY y las hembras XX, pero la razón de cromosomas X en el conjunto de autosomas determina el sexo

• Dos cromosomas X para cada set diploide produce hembras

• Una X para cada set diploide produce machos. (XO es macho estéril; XY es macho fértil)


HERENCIA LIGADA AL SEXO

• Los genes en cromosomas sexuales no siguen los patrones mendelianos de la herencia.

• 2000 genes en X y 20 en Y

Los machos (XY) solo tienen una copia de cada gen y son llamados hemicigotos

• Esta diferencia genera un tipo especial de herencia llamada herencia ligada al sexo.

Eye Color Is a Sex-Linked Trait in Drosophila (Part 1)

Eye Color Is a Sex-Linked Trait in Drosophila (Part 2)


• Análisis de pedigree de los fenotipos recesivos ligados al cromosoma X muestra que: El fenotipo es mucho mas frecuente en machos

que en hembras. Un macho con la mtación solo la puede pasar a

sus hijas. Las hembras que reciben un cromosoma X con

la mutación son heterocigotas portadoras. Van a pasar la mutación a la mitad de su descendencia.

El fenotipo mutante puede saltar una generación:

macho -> hembra -> macho

Herencia No-Nuclear

• Mitocondria, cloroplastos y otros plastidios tienen una cantidad pequeña de ADN.

• Algunos de esos genes son importantes para el ensamblaje y función de los organelos.

• Mitocondria y plastidios son pasados a la siguiente generación solo por el lado materno, ya que los óvulos contienen citoplasma y organelos.

• Una célula es altamente poliploide para los genes que se codifican en los organelos.

Herencia No-Nuclear

• Los genes de los organelos tienden atener tasas de mutación mayores que los genes nucleares – Alelos múltiples

• Algunas mutaciones en genes de los plastidios afectan la síntesis de clorofila, resultando en un fenotipo blanco.

• Mutaciones en genes de la mitocondria pueden afectar la producción de ATP, especialmente en tejidos con alto requerimiento de energía.

Herencia No-Nuclear

Genes y Cromosomas

• ¿Siempre se cumple la segunda ley de Mendel?

• En 1909, el Laboratorio de Thomas Hunt Morgan empezó estudios en Drosophila melanogaster.

Genes y Cromosomas

• ¿Siempre se cumple la segunda ley de Mendel? (Segregación independiente). Experimentos de Morgan:

Los Experimentos de Mendel y las Leyes de la Herencia

• Entonces, Si los dos genes están en el mismo cromosoma: No segregan independientemente están ligados mantienen las asociaciones que tenían los parentales

• Si el ligamiento fuera absoluto: solo se verían los genotipos de los parentales en la progenie

• Si están más lejos en el cromosoma: más recombinantes (diferentes de los parentales)

Figure 10.19 Resultados del Crossing Over en la Recombinación Genética

¿Por qué? Por la recombinación durante la meiosis

Entre más lejos estén los genes en el mismo cromosoma, es más probable que se separen durante la recombinación

Genes y Cromosomas

• A mayor frecuencia de recombinación mayor distancia entre los dos loci.

• Morgan descubrió así una manera de calcular las distancias entre genes que están en un mismo cromosoma = hacer un mapa de ellos = mapa genético

Figure 10.20 Frecuencias de Recombinación

Genes y Cromosomas

MAPAS GENÉTICOS

• Muestran la organización de los genes a lo largo del cromosoma- y de todos los cromosomas.

• Los científicos ahora miden las distancias entre los genes en unidades de mapa.

• Una unidad de mapa corresponde a una frecuencia de recombinación de 0.01. También nos referimos a ella como un centimorgan (cM).

Figure 10.21 Pasos hacia el Mapa Genético

Map These Genes (Part 1)





Mapa genético de fríjol

• James Watson on TED:

http://blog.ted.com/2007/04/20/james_watson_on/

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12 Herencia, genes y cromosomas. Gregor Mendel y la herencia