Tema 11. Modificaciones de los principios mendelianos básicos

1. Interacciones alélicas

2. Interacciones génicas

3. Expresión génica

4. Herencia no autosómica

¿Por qué hay alteraciones del mendelismo? En algunos casos, las proporciones mendelianas (3:1 para el cruzamiento monohíbrido y 9:3:3:1 para el dihíbrido) no se cumplen, en apariencia.

Las razones de estos efectos pueden deberse a:

❖ Interacciones alélicas que se desvían del concepto dominancia-recesividad

❖ Interacciones génicas o epistasias

❖ Factores “ambientales” que afectan a la expresión génica

❖ Herencia no autosómica (mitocondrial o ligada al sexo)

Interacciones alélicasLas siete características variables que Mendel empleó en sus estudios mostraban dominancia, pero observó que había otros caracteres que no presentaban dominancia. Por ejemplo, el tiempo de floración.

Veremos varios tipos de Interacciones alélicas:

• Dominancia incompleta

• Codominancia

• Alelos letales

Este hecho se debe a que la dominancia implica interacciones entre genes de un mismo locus (genes alélicos) y es un aspecto del fenotipo. Asimismo, el tipo de dominancia depende frecuentemente del nivel fenotípico evaluado.

Un concepto muy importante es que el tipo de dominancia nunca afectará a la herencia de un alelo (la segregación de los alelos en los gametos no cambia). Solo puede afectar a la expresión fenotípica del alelo.

Interacciones alélicas: dominancia incompletaEn algunos casos, el heterozigoto presenta un fenotipo intermedio entre los dos homozigotos. En estos casos se dice que ese rasgo muestra dominancia incompleta o semidominancia. Cuando un rasgo exhibe dominancia incompleta, el cruzamiento entre dos heterozigotos produce en la progenie las proporciones fenotípicas de 1:2:1.

En humanos, el caso de la anemia falciforme y el rasgo falciforme son ejemplos de dominancia incompleta.

La dominancia implica interacciones entre alelos y es un aspecto del fenotipo. En ningún caso la dominancia afecta a la manera en que los genes se heredan.

AA aaAa

Otro ejemplo de dominancia incompleta se observa en el color de las hojas de los Coleus

Interacciones alélicas: codominanciaLa codominancia es otro tipo de interacción alélica. Se produce codominancia cuando ambos alelos se manifiestan en el fenotipo del heterozigoto que, en este caso, no presenta un fenotipo intermedio entre los dos homozigotos.

Por ejemplo, las mutaciones en el gen CFTR (canal de iones cloruro) que provocan la fibrosis quística son codominantes con el alelo normal (a nivel molecular).

El tipo de dominancia que exhibe un carácter suele depender del nivel fenotípico examinado.

Otro ejemplo típico de codominancia en la especie humana son los genes responsables de los grupos sanguíneos A y B del sistema ABO. Los individuos AB presentan los antígenos A y B simultáneamente en la superficie de sus glóbulos rojos. Ambos alelos se expresan en el heterozigoto.

Interacciones alélicas: alelos letalesUn alelo letal causa la muerte, frecuentemente, en etapas tempranas del desarrollo embrionario. Los alelos letales pueden modificar las proporciones fenotípicas de la progenie.

Alelos múltiples o series alélicasAlgunos loci presentan más de dos alelos dentro de un grupo de individuos. Es lo que se denomina serie alélica o alelos múltiples. Aunque haya más de dos variantes alélicas, el genotipo de un inviduo diploide consiste en solo dos alelos.

grupo sanguíneo genotipo

O i/i

A Ia/Ia o Ia/i

B Ib/Ib o Ib/i

AB Ia/Ib

El locus AB0 tiene tres alelos (Ia, Ib e i) que determinan los cuatro grupos sanguíneos 0, A, B y AB.

Las relaciones de dominancia entre los alelos son: Ia>i; Ib>i; Ia=Ib

El alelo Ia determina el antígeno A en la superficie celular. Los individuos de grupo A tienen antígeno A y anticuerpos anti-B

El alelo Ib determina el antígeno B. Los individuos de grupo B tienen antígeno B y anticuerpos anti-A

Compatibilidad de los grupos sanguíneos

donadoruniversal

receptoruniversal

Los individuos de grupo AB tienen antígenos A y B. Por lo tanto, no tienen anticuerpos anti-A, ni anti-B.

Los individuos de grupo O no tienen antígenos A ni B, pero tienen anticuerpos anti-A y anti-B.

Alelos múltiples o series alélicas

Interacciones génicasEn los cruzamientos dihíbridos de Mendel cada locus tenía un efecto independiente sobre el fenotipo. Sin embargo, frecuentemente, los efectos de los genes de un locus dependen de la presencia de genes en otros loci. La interacción entre los efectos de los genes de varios loci se denomina interacción génica.

En la interacción génica los genes de distintos loci (dos o más) contribuyen a determinar una única característica fenotípica.

En el ejemplo del fruto del pimiento Capsicum:

GenotipoR_C_R_ccrrC_rrcc

Fenotiporojomarrónamarilloverde

Interacción génica: epistasiaLa epistasia es un tipo de interacción entre genes no alélicos que conduce al enmascaramiento del efecto de uno de los genes. El gen que queda enmascarado se denomina hipostático y el que se manifiesta se denomina epistático. La epistasia produce alteraciones de las proporciones fenotípicas (9:3:3:1).

Hay varios tipos de epistasias de análisis sencillo:

•Epistasia simple recesiva (9:3:4)

•Epistasia simple dominante (12:3:1)

•Epistasia doble recesiva o acción génica complementaria (9:7)

•Epistasia doble dominante o acción génica duplicada (15:1)

•Epistasia doble dominante, recesiva o supresión dominante (13:3)

Cuando los efectos génicos no se combinan sino que se suman o se multiplican para constituir el genotipo pueden aparecer muchas otras epistasias de difícil clasificación.

a

AB

b

amarillo

negro

marrón

amarillo

precursor intermediario

producto final

Epistasia simple recesiva Dos loci A(A,a) y B(B,b) determinan el color del pelaje de los perros

labradores

El gen A es epistático (el alelo a es epistático recesivo)

El gen B es hipostático

Segregación AaBb x AaBb 9AB 3Ab 3aB 1ab

La presencia del genotipo aa en un locus enmascara el efecto del gen B(B,b). El alelo a es

epistático recesivo porque se necesitan dos copias para anular el efecto de los alelos B y b.

Epistasia simple dominante

Dos loci A(A,a) y B(B,b) determinan el color del fruto del zapallo de verano (blanco, verde o amarillo)El gen A es epistático (el alelo A es epistático dominante)El gen B es hipostático

Podemos pensar que el alelo A es dominante e inhibe la producción de pigmentos; por lo tanto, los genotipos A_ serán blancos. Entre los genotipos aa_, podemos pensar que el alelo B determina el color amarillo y que es dominante sobre el alelo b.

compuesto X compuesto Y compuesto ZEnzima I Enzima II

aa

A_

B_

bb

blancosx

verdes

P

12 3 1

F2

100%blancos

F1 A_B_A_bb aaB_ aabb

AABB

aabb AaBb

Epistasia doble recesiva

Dos loci A(A,a) y B(B,b) determinan el color de la concha de los caracoles (albino o pigmentado)El alelo a es epistático recesivo a B; y b es epistático recesivo a A

La proporción 9:7 se obtiene cuando los alelos dominantes de ambos loci (A_B_) producen caracoles pigmentados. Cualquier otro genotipo produce caracoles albinos. En este caso se debe a que la producción de pigmento consiste en una ruta biosintética de dos pasos (genes complementarios):

A_

aa

B_

bb

albinox

albino

P

9 7

F2

100%pigmentado

F1

compuesto X compuesto ZEnzima I Enzima IIcompuesto Y

A_B_ aaB_ aabbA_bb

aaBB

AAbbAaBb

Epistasia doble dominante

Dos loci A(A,a) y B(B,b) determinan la forma del fruto del “zurrón de pastor” Ambos genes son epistáticos y la presencia de al menos un alelo dominante de uno u otro gen determina la manifestación de un fenotipo

x

100%

15 1

aabb9 A_B_3 A_bb3 aaB_

aabbAABB

AaBb

Este tipo de interacción se produce cuando un fenotipo está determinado por una pareja de genes duplicados.

A_

aa

Enzima X

B_

bb

Enzima Y

NO Enzima Y

NO Enzima X

aabb

Epistasia doble dominante recesiva

A b

a Bamarillo púrpuraamarillo

precursor intermediario producto final

Dos loci A(A,a) y B(B,b) determinan el color de las mazorcas de maizEn este caso el alelo dominate de un locus A y el recesivo de otro locus b suprimen respectivamente la expresión de los otros dos alelos.

Segregación AaBb x AaBb 313

1 aabb9 A_B_ 3 A_bb 3 aaB_

Las interacciones génicas pueden complicarse mucho más cuando los efectos se combinan siguiendo otro tipo de reglas. Además, la manifestación de un fenotipo también está influenciada por el medio ambiente o el grado de metilación del DNA.

Expresión génicaLas proporciones fenotípicas que hemos visto y que estudió Mendel pueden verse alteradas por interacciones alélicas o por interacciones génicas, pero la manifestación de un fenotipo también puede estar influenciada por muchos otros factores que van a modificar la proporción 9:3:3:1 en cualquier sentido.

8%

92%

enfermedades monogénicasotras enfermedades con un factor genético

enfermedades complejas

componentegenético

factoresambientales

๏ La penetrancia es el porcentaje de individuos con un genotipo determinado que expresan el fenotipo esperado. La penetrancia depende de factores ambientales y/o epistasias genéticas

Expresión génica: penetrancia y expresividad

Con frecuencia ocurre que un genotipo determinado no produce el fenotipo esperado.

La penetrancia incompleta y la expresividad variable son el resultado de la influencia de otros genes y de factores ambientales sobre el fenotipo.

๏ La expresividad es el grado en el cual se manifiesta un determinado fenotipo.

Expresión génica: impronta genómica El origen parental de un gen no afecta a su expresión. ¿Verdadero o falso?.

La expresión diferencial del material genético según sea heredado de la madre o del padre se denomina impronta genómica (genomic imprinting). Los mecasnismos de impronta genómica se deben a la metilación del DNA (regulación epigenética) que se produce de forma diferencial en los alelos maternos y paternos.

gen X

improntado

metilación

desarrollo de los gametos

improntado

metilación

formación decélulas germinales

no improntado

desmetilación

se expresan los heredados de la madre

se expresan los heredados de la padre

Expresión génica: anticipación¿La expresión de un mismo genotipo se mantiene constante generación tras generación?

Algunos caracteres genéticos presentan una expresión más fuerte o se expresa a más temprana edad a medida que pasa de una generación a otra. Esta tendencia que suele ser típica de alelos dominantes se denomina anticipación.

Errores en la replicación de las regiones repetidas pueden originar expansiones o deleciones.

afectado: alelo normal y alelo con 65 copias

afectado muy severamente

Herencia no autosómicaExisten otros caracteres que no muestran un tipo de herencia mendeliana. Son aquellos que están determinados por:✤Genes que mapean en el ADN mitocondrial o de los cloroplastos (herencia

citoplasmática)✤Genes que mapean en los cromosomas sexuales (herencia ligada al sexo)

Herencia citoplasmática

Herencia citoplasmática

DNA mitocondrial de S. cerevisiae

DNA plastidial dela planta de arroz

¿Qué codifica el DNA extranuclear?

Herencia citoplasmática

La planta Mirabilis jalapa presenta ramas variagadas, verdes o blancas