Tema 15 Genética mendeliana

TEMA 15

GENÉTICA MENDELIANA

Cuando termines de estudiar este tema deberás saber:

• El significado de los conceptos básicos de la genética mendeliana: carácter, caracteres heredables y no hereda-bles, cualitativos y cuantitativos, gameto, gen, alelo, locus, loci, diploide, haploide, homocigoto, heterocigoto, genoti-po, fenotipo, dominante, recesivo, codominancia, herencia intermedia.

• Cuáles fueron las aportaciones de Mendel al estudio de la herencia.• Interpretar las leyes de Mendel y resolver ejercicios relativos a las mismas.• En qué consiste un retrocruzamiento o cruce prueba y cuál es su utilidad.• Interpretar la teoría cromosómica de la herencia reconociendo el paralelismo entre el comportamiento de los facto-

res mendelianos y los cromosomas durante la meiosis.• Cuáles fueron las aportaciones de Morgan y Bridges a la teoría cromosómica de la herencia.• El significado de los conceptos de ligamiento y recombinación.• Qué es la herencia ligada al sexo y citar algunos ejemplos.

I. CONCEPTOS BÁSICOS

A. Genética, gen, carácter

- La genética es la rama de la Biología que estudia la herencia biológica, es decir, la transmisión de caracte-res morfológicos y fisiológicos de un individuo a su descendencia.

- En la genética clásica, un gen es un factor hereditario que influye en un determinado carácter del individuo.En los problemas de genética los genes se representan mediante letras (A, a), combinaciones sencillas deletras (CR, CB) o añadiendo algún símbolo a las letras (vg+, vg).

Cada gen tiene una posición definida y constante en un cromosoma. Se llama locus al lugar que ocupa ungen en un cromosoma. El plural es loci.

- Un carácter es cada una de las particularidades morfológicas o fisiológicas de un ser vivo.

No todos los caracteres son heredables, para que lo sean tienen que venir determinados por la informacióngenética del individuo, almacenada en el DNA de sus células. Las modificaciones determinadas por la in-fluencia del medio o por el uso, denominadas caracteres adquiridos, son caracteres no heredables.

Los caracteres que presentan una variación discontinua, es decir, que se pueden presentar solamente enun número discreto de formas alternativas, se denominan caracteres cualitativos. En cambio, los caracteresque pueden presentar una variación continua entre dos extremos, se denominan caracteres cuantitativos.

B. Alelo, alelismo múltiple, serie alélica

- Los alelos son las formas alternativas que puede presentar un gen.

Los diferentes alelos que pueda presentar un gen se representan con letras o combinaciones de letras dis-tintas.

- En los casos más sencillos, un gen tiene sólo dos formas alternativas. Todos los caracteres que seleccionóMendel en sus experimentos presentaban dos alelos, sin embargo no es raro que haya más de dos. Esta úl-tima situación se denomina alelismo múltiple y el conjunto de los alelos posibles en un locus se llama seriealélica.

C. Combinaciones alélicas:

- Un organismo diploide tiene dos copias de cada uno de sus cromosomas, los cromosomas homólogos, queproceden de distintos progenitores. En cada uno de estos cromosomas se encuentran los mismos genes enlos mismos loci, pero, como proceden de individuos diferentes, no tienen por qué presentar las mismas for-mas alélicas. Esto determina que se puedan producir diversas combinaciones alélicas en los individuos.

- Se llama homocigoto al individuo que posee los alelos correspondientes a un carácter iguales.

En ocasiones se emplea el término línea pura o raza pura para designar a los individuos homocigotos, res-catando el término que se empelaba en tiempos de Mendel para referirse a los individuos que producíanuna descendencia idéntica al autofecundarse o al cruzarse con otros miembros de la población de la líneapura.

- Se denomina heterocigoto al individuo que posee alelos diferentes para un carácter.

Los heterocigotos se pueden obtener por el cruzamiento de dos individuos de línea pura, por lo que fre-cuentemente se denominan híbridos, otro término heredado directamente de los tiempos de Mendel.

Un individuos heterocigoto para dos caracteres se denomina doble heterocigoto o dihíbrido.

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D. Genotipo y fenotipo

- El genotipo es el conjunto de los genes presentes en un organismo. Refleja las combinaciones alélicas de eseindividuo para los caracteres que se estén considerando.

Los genotipos se representan como combinaciones de letras. Como hemos visto anteriormente, un individuodiploide tendrá dos alelos de un mismo gen, uno en cada miembro de la pareja de homólogos. Por cada ca-rácter que consideremos, el genotipo tendrá dos letras (o combinaciones de letras si se representan así losalelos).

En los casos que vamos a estudiar se considerarán uno o dos caracteres, no más. En el primer caso el genoti -po estará constituido por una pareja alélica y por dos parejas en el segundo.

- El fenotipo es el conjunto de caracteres observables en un organismo y que se deben a la interacción entre elgenotipo y el ambiente.

Los fenotipos se representan mediante una imagen o esquema que muestre esos caracteres observables omediante una descripción de los rasgos que se manifiestan.

E. Relaciones alélicas

- Los individuos homocigotos presentan dos alelos iguales y, por consiguiente, solo pueden mostrar el fenotipoque se corresponde con ese alelo que poseen. En cambio, los heterocigotos tienen dos alelos diferentes paraun carácter: ¿cuál de los dos se manifestará?

- En el caso más sencillo, uno de los dos alelos tiene la capacidad de “eclipsar” al otro. Se llama dominante estealelo que se manifiesta en un heterocigoto. El que no se manifiesta, a pesar de estar presente en el genotipo,se denomina recesivo. Los alelos recesivos solo se manifiestan en homocigosis.

Este caso, que es el que caracterizaba a todos los caracteres que estudió Mendel en sus experimentos, se co-noce como dominancia completa.

- En otros casos se produce una dominancia incompleta y el heterocigoto presenta un fenotipo intermedio entrelos fenotipos de los dos homocigotos. Este tipo de herencia se suele conocer como herencia intermedia.

- Por último, si en el heterocigoto se manifiestan los dos alelos, y no una mezcla o un rasgo intermedio, se ha -bla de codominancia.

El color de las flores es un de los siete caracteres del guisante de jardín (Pisum sativum) que estudió Mendel en sus experimentos.

Alelos

Este gen presenta dos formas alternativas:púrpura y blanco, que representaremos conlas letras B y b respectivamente.

BAlelo dominante: determina el color púrpura.

bAlelo recesivo: determina el color blanco

Loci

Puesto que pertenecen al mismo gen, sus lociserán los mismos.

Genotipos

Un individuo diploide ha recibido una copia delgen de cada uno de sus progenitores. Segúnel número de alelos que exista, habrán un ma-yor o menor número de combinaciones aléli-cas posibles.

BBHomocigoto dominante

BbHeterocigoto

bbHomocigoto recesivo

Fenotipos

Los individuos homocigotos solo tienen un tipode alelo, que es el que manifiestan.Los heterocigotos tienen dos tipos. En uncaso de dominancia completa como este, elque se manifiesta es el alelo dominante.

Flor violeta Flor violeta Flor blanca

Dominancia incompleta

En el dondiego de noche (Mirabilis jalapa) losalelos CR y CB son responsables de la colora-ción roja o blanca de las flores respectivamen-te, pero los individuos heterocigotos muestranun carácter intermedio.

CRCR

Flor roja

CRCB

Flor rosa

CBCB

Flor blanca

Codominancia

El grupo sanguíneo en la especie humanaestá determinado por una serie alélica forma-da por tres alelos: A y B codominantes entresí y O, recesivo respecto a ellos.

IAIA IAi IBIB IBi IAIB ii

Grupo ALos glóbulos rojos tienen el antígeno A

en su membrana

Grupo BLos glóbulos rojos tienen el antígeno B

en su membrana

Grupo ABLos glóbulos rojos

tienen los antí-genos A y B en su

membrana

Grupo OLos glóbulos rojoscarecen de antí-

genos en su mem-brana


G. Retrocruzamiento o cruce prueba

- Los individuos que manifiestan un carácter recesivo son necesariamente homocigotos para el mismo, yaque si fuesen heterocigotos manifestarían el rasgo dominante. En cambio, los que manifiestan el carácterdominante pueden ser tanto homocigotos como heterocigotos.

- Para discernir si un individuo que manifiesta un carácter dominante es homocigoto o heterocigoto se em-plea el cruce prueba, que consiste en cruzar un individuo que manifiesta el fenotipo dominante con un ho-mocigoto recesivo. Dependiendo de las proporciones fenotípicas en la descendencia se puede saber si setrata de un individuo homocigoto o heterocigoto.

Si en la descendencia no aparece ningún descendiente con el fenotipo recesivo se deduce que el individuosometido al cruce prueba es homocigoto. En cambio, la aparición de uno o más individuos de fenotipo re-cesivo en la descendencia nos permitiría garantizar que es heterocigoto.

II. LAS LEYES DE MENDEL

- Aunque la herencia de los caracteres biológicos se ha reconoci-do desde hace miles de años, las primeras ideas sobre los me-canismos implicados surgieron hace poco más de siglo y medio.

- En 1866, Gregor Mendel publicó los resultados de una serie deexperimentos que sentaron las bases de la Genética como disci-plina formal.

- El mayor valor del trabajo de Mendel estuvo en el diseño experi-mental sencillo, el acierto en la selección del material de estudioy en el análisis cuantitativo sobre el que desarrolló sus postula-dos, algo absolutamente novedoso en Biología.

- Sin embargo, Mendel se adelantó a su tiempo y su trabajo fueignorado hasta que sus experimentos fueron repetidos y citadospor Carl Correns, Hugo de Vries y Eric Von Tschermak en 1900,y defendidos posteriormente por William Bateson.

- Mendel escogió para sus experimentos el guisante de jardín (Pisum sativum), un organismo fácil de cultivar yque podía hibridarse artificialmente. En la naturaleza el guisante se autofecunda, pero experimentalmente esfácil realizar fecundaciones cruzadas.

Seleccionó siete caracteres representados por dos formas alternativas, relativos a la longitud del tallo, el colory disposición de las flores y el color y forma de semillas y vainas.

Cruzó variedades puras que obtuvo de los comerciantes y comprobó que sistemáticamente el carácter perma-necía invariable generación tras generación (1ª ley).

En los cruzamientos más sencillos, en los que implicaba solo a un par de caracteres alternativos (cruces mo-nohíbridos), observó que obtenía siempre una primera generación semejante a uno de los progenitores y que,al permitir que se autopolinizaran los híbridos de la primera generación, se obtenía siempre una segregaciónde tres individuos con el rasgo de los progenitores por cada uno con el rasgo alternativo (2ª ley).

Luego realizó cruces dihíbridos, en los que examinaba simultáneamente dos pares de caracteres alternativos.Después de una primera generación uniforme, en la segunda pudo apreciar que los caracteres se combina-ban independientemente (3ª ley).

A. Primera ley - Ley de la uniformidad de la primera generación filial

- Cuando se cruzan dos razas puras (homocigóticas) de una misma especie, la generación híbrida resultan-te (F1) es uniforme, esto es, todos sus individuos son iguales genotípica y fenotípicamente.

La explicación de este hecho es bastante evidente si pensamos que, al ser homocigóticos, los gametosque formará cada uno de los individuos serán todos iguales atendiendo al gen o los genes considerados.

Px

Px

AA aa LL llGametos A a Gametos L l

↓ ↓

F1 F1

Aa Ll

Al cruzar dos variedades puras deguisantes, una amarilla y otra ver-de, todos los guisantes de la F1

eran amarillos (rasgo dominante)

Al cruzar dos variedades puras deguisantes, una lisa y otra rugosa,todos los guisantes de la F1 eran li-sos (rasgo dominante)


B. Segunda ley - Ley de la disyunción de los factores antagónicos en la gametogénesis de los híbridos(Ley de la disyunción) o Ley de la pureza de los gametos

- Los factores antagónicos de la generación parental unidos en los híbridos de la primera generación se se-paran cada uno de su correspondiente alelo y se reparten en gametos diferentes.

Este es el fenómeno fundamental de la herencia mendeliana y de él se deduce que los factores antagóni-cos poseen una individualidad propia que se mantiene dentro del individuo híbrido y a través de las gene -raciones. No debe confundirse este principio con la separación de los caracteres que se indica en la terce-ra ley (aquí se hace referencia a la separación del par de alelos de cada gen y en el otro a la separaciónde los distintos genes). En realidad, actualmente, conociendo la meiosis como un proceso fundamental enla formación de los gametos, esta ley debe resultar evidente.

Aa Ll

A a L l

Aa

AAA Aa

F2

Ll

LLL Ll

F2

aAa aa

lLl ll

Al cruzar los guisantes amarillos híbridosde la F1, el rasgo recesivo verde, reapa-recía en la F2 en una proporción 3:1 (3dominantes por cada uno recesivo).

Al cruzar los guisantes lisos híbridos dela F1, el rasgo recesivo verde, reapare-cía en la F2 en una proporción 3:1 (3dominantes por cada uno recesivo).

C. Tercera ley - Ley de la independencia de los caracteres y de su combinación libre en la segunda ge-neración filial

- Al realizar cruzamientos entre individuos de la misma especie que difieren en dos rasgos, cada uno deter -minado por un gen, sus formas alélicas se distribuyen independientemente unas de otras en los gametos.

Al cruzar dos líneas puras que difieren en dos caracteres se obtiene una primera generación uniforme. Sicruzamos dos individuos de esta generación, la F2 resultante está formada por individuos que presentantodas la combinaciones posibles de esos dos caracteres y no se limitaría a las combinaciones de la gene-ración parental como cabría esperar si los genes estuviesen ligados.

P x

AALL aallGametos AL al

↓

F1

AaLl

AaLl

AL Al aL alProporcionesfenotípicas

AaLlAL

AALL AALl AaLL AaLl

F29/16

AlAALl AAll AaLl Aall

3/16

aLAaLL AaLl aaLL aaLl

3/16

al

AaLl Aall AaLl aall

1/16


- Estas tres leyes deducidas por Mendel presentan una aplicación limitada. Los genes no independientes(genes ligados) no se ajustan del todo a estos principios, al igual que otros genes en los que intervienenotros condicionantes como los caracteres influidos por el sexo entre otros.

III. MENDELISMO COMPLEJO

- En las experiencias de Mendel, el cruzamiento de mo-nohíbridos producía siempre una segregación 3:1, esdecir, se generaban tres descendientes que manifes-taban el rasgo dominante (3/4) por cada uno que mani-festaba el recesivo (1/4). De igual manera, en el cruza-miento de dihíbridos se obtenía una segregación9:3:3:1, 9/16 presentaban los dos rasgos dominantes,3/16 manifestaban el primer rasgo dominante y el se-gundo recesivo, 3/16 tenían el primer rasgo recesivo yel segundo dominante y solo 1/16 mostraba los dosrasgos recesivos.

Estos resultados se producían porque todos los ca-racteres que estudió Mendel presentaban solo dosformas alternativas con una dominancia completa deuna de ellas.

- Mendel analizó el sistema genético más simple posi-ble y con ello fue capaz de establecer las reglas másfundamentales de la herencia. A partir de ellas, pode-mos interpretar otros casos más complejos.

A. Alelismo múltiple

- Aunque los caracteres que estudió Mendel presen-taban dos formas alélicas cada uno, esta no es lasituación más frecuente. Muchos genes puedenpresentar varios alelos, llegando en algunos casoincluso a ser muy numerosos.

- Como cualquier individuo de un organismo diploi-de tiene, como máximo, dos alelos diferentes si-tuados en los loci de los cromosomas homólogos,la variabilidad de los alelos de un gen solo puedeestudiarse analizando una población.

- Esta situación, en la que un gen presenta más dedos alelos, se conoce como alelismo múltiple y elconjunto de alelos que puede presentar un gen sellama serie alélica. También se suele emplear eltérmino polimórfico para designar a un carácterque se hereda de de esta manera.

Carácter Alelos F1 F2 Proporción

Semilla

LisaRugosa

Lisas5.574 lisas1.850 rugosas

2,96:1

AmarillaVerde

Amarillas6.022 amarillas2.001 verdes

3,01:1

Vaina

HinchadaArrugada

Hinchadas882 hinchadas229 arrugadas

2,95:1

VerdeAmarilla

Verdes428 verdes152 amarillas

2,82:1

Flor

VioletaBlanca

Violetas705 violetas224 blancas

3,15:1

AxialTerminal

Axiales651 axiales207 terminales

3,14:1

Tallo

AltoEnano

Altos787 altos277 enanos

2,84:1

- Un ejemplo sencillo de alelismo múltiple es el grupo sanguíneo ABO en los seres humanos. El gen responsa-ble presenta tres alelos (IA, IB e i) que pueden producir cuatro fenotipos diferentes. El fenotipo A (genotiposIAIA o IAi) hace referencia a la presencia del antígeno A, una glucoproteína, en la membrana de los glóbulosrojos; los individuos de fenotipo B (genotipos IBIB o IBi) presentan el antígeno B, una forma distinta de la glu-coproteína; el fenotipo AB (genotipos IAIB) corresponde a individuos que presentan ambos antígenos en susglóbulos rojos; por último las personas de grupo O (genotipo ii) no tienen ninguno de estos dos antígenos.

B. Dominancia incompleta y codominancia

- La dominancia incompleta o parcial se identifica por la observación de fenotipos intermedios generados enun cruce entre progenitores con caracteres alternativos. Por ejemplo, si cruzamos plantas de dondiego denoche (Mirabilis jalapa) de flores rojas con otras de flores blancas, los descendientes tienen flores rosas.

Si el fenotipo se encuentra bajo control de un único gen y ninguno de los dos alelos es dominante, se pue-de predecir el resultado del cruce de dos plantas de flores rosas de la F1. Como puede verse en la imagende la página siguiente, la segregación fenotípica en la F2 (1:2:1) coincide con la segregación genotípica, yaque los individuos heterocigotos tienen un fenotipo diferente al de los dos homocigotos.

- Si los dos alelos de un gen son responsables de la fabricación de dos productos génicos diferentes y de -tectables, la situación es diferente a la dominancia completa y a la incompleta. En este caso el heterocigo-to expresa ambos alelos y se dice que los alelos son codominantes.

Para ilustrar esta situación podemos tomar la herencia de los grupos sanguíneos ABO descrita en el apar-tado anterior. Los alelos responsables de la determinación de los grupos sanguíneos A y B son codomi-nantes y los individuos heterocigotos que poseen ambos alelos IAIB producen las dos glucoproteínas res-ponsables de la determinación de los grupos A y B, y pertenecen al grupo AB.


Px

CRCR CBCB

Gametos CR CB

↓

F1

CRCB

En un carácter controlado por dos alelos con dominancia incomple-ta, la segregación fenotípica de la F2 partiendo de líneas puras es1:2:1, en lugar de la proporción 3:1 que predice la 2ª ley de Mendel.

CRCB

CR CB

CRCB

CR

CRCR CRCB

F2

CB

CRCB CBCB

C. Pleiotropía

- Los genes pleiotrópicos son aquellos que influyen en más de un carácter.

- Esta situación es bastante común y se puede ilustrar mediante el síndrome de Marfan. Este síndrome sedebe a la mutación de un único gen, FBN1, y los que lo padecen son altos, tienen miembros y dedos despro-porcionadamente largos, un tórax de forma anómala y frecuentemente sufren problemas cardíacos graves.

D. Interacción génica

- La interacción génica consiste en la intervención de más de un gen en la determinación de una caracterís-tica. Esta situación es frecuente y es fácil de entender, especialmente si pensamos en que, en muchos ca-sos, hablamos de la formación de estructuras complejas, que difícilmente podría estar controlada por unúnico gen.

- Una situación característica de la interacción génica es la aparición de nuevos fenotipos en la F1 o en la F2.Al estudiar la herencia de estos caracteres se obtiene una segregación 9:3:3:3 o una modificación de esta,como puede ser 9:6:1.

Un ejemplo clásico de esta forma de transmisión es la forma de la cresta de los pollos, explicada por W.Bateson y R.C.Punnett en 1905. Cruzaron progenitores de líneas puras con crestas en forma de roseta yguisante y en la F1 obtuvieron una generación uniforme de pollos con cresta en forma de nuez. Al cruzarestos individuos entre sí, obtuvieron una segunda generación en la que, además de los tres fenotipos an-teriores, aparecía una nueva forma de cresta que denominaron sencilla, en una proporción 9:3:3:1 (nuez,roseta, guisante y sencilla, respectivamente).

NuezR_P_

RosetaR_pp

GuisanterrP_

Sencillarrpp

- Un caso particular de interacción génica son las epistasias, en las que la manifestación de un gen enmas-cara o modifica la manifestación de otro, es decir, los genes pueden ejercer su influencia de manera com-plementaria o cooperativa. Por ejemplo, la presencia de un alelo dominante o de uno recesivo en homoci -gosis (gen epistático) puede evitar o anular la expresión de otro alelo en un segundo locus (gen hipostáti-co). En otros casos, un alelo dominante del primer locus puede influir en la expresión de los alelos del se-gundo locus. Por último, dos pares de genes pueden complementarse de tal manera que para expresar unfenotipo concreto sea necesario al menos un alelo dominante de cada locus.

En función del tipo de interacciones que se producen entre los dos loci, se distinguen diversos tipos deepistasias:

• Epistasia simple dominante: el alelo dominante de uno de los dos loci (por ejemplo el alelo A) suprime laacción de los alelos B y b del otro locus.

• Epistasia simple recesiva: el alelo recesivo de uno de los dos loci (por ejemplo el alelo a) suprime la ac-ción de los alelos B y b del otro locus.

• Epistasia doble dominante: el alelo A o el alelo B por si solos pueden generar el producto final.

• Epistasia doble recesiva: para que se manifieste un determinado carácter es necesaria la presencia si-multánea de ambos alelos dominantes, el A y el B.

• Epistasia doble dominante-recesiva: el alelo dominante de un locus (por ejemplo el A) y el recesivo delotro locus (por ejemplo el b) suprimen, respectivamente la acción de los otros alelos.


La siguiente tabla recoge cómo se ven afectadas las proporciones fenotípicas de la F2:

A_B_ A_bb aaB_ aabb

Proporciones mendelianas 9 3 3 1

Epistasia simple dominante 12 3 1

Epistasia simple recesiva 9 3 4

Epistasia doble dominante 15 1

Epistasia doble recesiva 9 7

Epistasia doble dominante-recesiva 13 3

- Como puede verse, la complejidad añadida a estos tipos de herencia no invalida las conclusiones mende-lianas. En todos estos casos la proporción fenotípica de la F2 se expresa en dieciseisavos. Cuando seaprecian estas proporciones expresadas en dieciseisavos en cruces cuyo patrón de herencia es descono-cido, se puede intuir la intervención de dos pares de alelos y plantear una hipótesis de acuerdo con ello.

E. Herencia multifactorial o poligénica

- Algunos rasgos de los individuos no presentan una variación discontinua, como los que hemos visto hastaahora, sino que presentan una variación continua entre dos extremos. Estos caracteres se denominancuantitativos y están controlados por varios genes, cada uno de los cuales contribuye con una pequeñacantidad al fenotipo.

- Las proporciones de los fenotipos en los caracteres con este tipo de herencia tiende a presentar una distri-bución normal (campana de Gauss), con pocos individuos en los valores extremos y muchos en los valo-res medios.

La siguiente tabla muestra la distribución para un carácter controlado por tres pares de alelos.

- Algunos ejemplos de caracteres que presentan este tipo de herencia pueden ser el color de los granos detrigo, el peso de algunos frutos o la estatura de los seres humanos.

F. Genes letales

- Muchos productos génicos son esenciales para la supervivencia de un organismo. En ocasiones las muta-ciones que dan lugar a un producto no funcional pueden tolerarse en heterocigosis, ya que un alelo puedeser suficiente para producir bastante producto como para permitir la supervivencia. Sin embargo , tal muta-ción se comporta como un alelo letal recesivo y los individuos homocigotos recesivos no sobreviven.

- En ocasiones, el alelo responsable de un efecto letal en homocigosis puede dar lugar a un fenotipo mutan-te en heterocigosis. Estos alelos se comportan como alelos letales recesivos, pero son dominantes respec-to del fenotipo.

Un ejemplo de este caso es la mutación que da lugar al pelaje amarillo en los ratones. Este alelo (AY) esdominante sobre el fenotipo normal agutí (A) y es letal en homocigosis. La tabla que aparece a continua-ción presenta los resultados que se producen al cruzar las distintas variedades.

Agutí x Agutí Todos agutí

Amarillo x Amarillo 2/3 amarillos; 1/3 agutí

Agutí x Amarillo 1/2 amarillo; 1/2 agutí

De estos resultados se puede deducir que los ratones amarillos son siempre heterocigotos (AYA) y los agu-tí siempre homocigotos (AA).

- Los alelos letales dominantes se observan raramente. Para permanecer en la población, los individuosafectados tienen que reproducirse antes de que se manifieste la letalidad del alelo. Por ejemplo, en la es-pecie humana, esta situación se produce con la corea de Huntington, una enfermedad degenerativa delsistema nervioso que empieza a manifestarse bien entrada la edad adulta.


IV. TEORÍA CROMOSÓMICA DE LA HERENCIA

- Cuando Mendel realizó sus experiencias, se desco-nocía la naturaleza de los genes. En los últimos añosdel siglo XIX se produjo un gran auge en el desarro-llo de la citología. Esto condujo a establecer un para-lelismo entre el comportamiento de los factores here-ditarios mendelianos y los cromosomas durante lameiosis. Este hecho fue observado independiente-mente por W. Sutton y T. Boveri en1902 y se conocecomo teoría cromosómica de la herencia.

- El desarrollo de la genética durante las primeras dé-cadas del siglo XX se debió fundamentalmente a losexperimentos realizados por T.H.Morgan con Droso-phila melanogaster (moscas pequeñas, producenuna nueva generación cada tres semanas, depositancentenares de huevos a la vez y tienen sólo cuatrocromosomas).

Los trabajos del equipo de Morgan con Drosophilasirvieron de demostración experimental de la teoríacromosómica de la herencia.

- El principio de Mendel de la segregación de los ale-los podría explicarse por la segregación de los cro-mosomas homólogos durante la meiosis.

- La distribución independiente propuesta en la terceraley de Mendel también puede explicarse si los genesestán dispuestos en distintos pares de cromosomas.

V. HERENCIA DE GENES LIGADOS

A. Grupos de ligamiento

- La tercera ley de Mendel sólo se cumple si los genes son independientes (se encuentran en diferentes cro-mosomas). Cuando dos genes están en un mismo cromosoma se dice que están ligados y el conjunto detodos los genes presentes en un cromosoma se conoce como grupo de ligamiento.

- Cuando se estudia la segregación de genes ligados se observa que las frecuencias fenotípicas no corres-ponden a las deducidas por Mendel en sus experimentos. En el laboratorio de Morgan se detectaron cua-tro grupos de ligamiento en Drosophila, lo cual coincidía con los cuatro cromosomas que podían observar-se en sus células (demostración experimental de la hipótesis de Sutton).

- Considerando dos genes ligados, en un híbrido podemos encontrar dos genotipos diferentes: AB/ab (aco-plamiento) y Ab/aB (repulsión).

B. Recombinación

- Al realizar cruces considerando dos genesque se sabía que estaban en un mismocromosoma se pudo observar que, en mu-chos casos, el ligamiento no era total. Apa-recían las combinaciones que se podríanesperar si la distribución de los genes fueseindependiente, pero en unas proporcionesmuy diferentes a las previstas en la terceraley de Mendel.

- Esta recombinación de los genes se relacio-nó con el sobrecruzamiento de los cromo-somas homólogos observado durante lameiosis.

C. Mapeo del cromosoma

- El porcentaje de recombinantes está rela-cionada con distancia que existe entre losgenes considerados en el cromosoma.Cuanto mayor es este porcentaje, mayor esla distancia que separa dichos genes en elcromosoma. Este hecho se utilizó para es-tablecer mapas en los que se indicaba lasecuencia lineal de los genes presentes enun cromosoma.


VI. HERENCIA LIGADA AL SEXO

- Además de por su diferente morfología, en el cariotipo de un organismo se pueden distinguir dos tipos de cro -mosomas según su función: los heterocromosomas o cromosomas sexuales, responsables de la determina-ción del sexo, y los autosomas, que son el resto de los cromosomas, no sexuales.

- La herencia de los genes de los cromosomas no sexuales se denomina herencia autosómica. Según el carác-ter del que estemos hablando, podríamos distinguir herencia autosómica dominante, recesiva, codominante,intermedia, …

- Por el contrario, la herencia de los genes que se encuentran en los cromosomas sexuales se denomina he-rencia ligada al sexo y también puede ser dominante o recesiva.

- En un individuo diploide cada autosoma tiene un homólogo con los mismos genes procedente del otro proge-nitor. Por lo tanto habrá una pareja de alelos para cada carácter autosómico, entre los cuales se manifestaráuna relación de dominancia. En cambio, la dotación cromosómica para los cromosomas sexuales es diferenteen machos y hembras (de ahí el nombre de heterocromosomas), por lo que la herencia de los caracteres liga-dos al sexo puede ser diferente en unos y en otros.

- En los heterocromosomas existen zonas homólogas y zonas diferenciales. Los genes que se sitúan en las re-giones homólogas se heredan como cualquier otro gen situado en los autosomas. Los genes que se encuen-tran en las regiones diferenciales se heredan de forma diferente en machos y en hembras.

- Como ejemplo de genes que aparecen en la región diferencial del cromosoma X en la especie humana, po-demos citar el gen responsable de la hemofilia y el del daltonismo, ambos caracteres recesivos ligados alsexo (al cromosoma X concretamente). Puesto que son rasgos recesivos, las hembras deben tener el alelo enlos dos cromosomas para padecer la enfermedad. En cambio, las mujeres que solo tienen el alelo en uno delos cromosomas no padecen la enfermedad, pero pueden transmitirla a la descendencia, por lo que se diceque son portadoras.

Puesto que solo tienen un cromosoma X, todos los varones que lleven el alelo responsable de la enfermedaden él la padecerán. Esta situación se conoce como hemicigosis (hemi = mitad), puesto que, al no haber regiónhomóloga, no puede haber homocigosis ni heterocigosis.

Hemofilia

XHXH ♀ no hemofílica

XHXh ♀ portadora

XhXh ♀ hemofílica

XHY ♂ no hemofílico

XhY ♂ hemofílico

Daltonismo

XDXD ♀ visión normal

XDXd ♀ portadora

XdXd ♀ daltónica

XDY ♂ visión normal

XdY ♂ daltónico

- Como ejemplo de genes que aparecen en la región diferencial del cromosoma Y podemos mencionar el res-ponsable de la ictiosis, afección de la piel caracterizada por la aparición de escamas y pelos muy duros, o elgen responsable del síndrome de la oreja peluda (borde auricular peludo). Estos genes se manifiestan en he-micigosis en todos los varones que los poseen.

VI. HERENCIA LIMITADA POR EL SEXO E INFLUIDA POR EL SEXO

- Hay numerosos ejemplos en los que el sexo del individuo juega un papel fundamental en la expresión de cier -tos fenotipos. En algunos casos la expresión de un fenotipo concreto se encuentra limitada a un sexo; enotros, el sexo de un individuo influye en la expresión de un fenotipo que no está limitado a uno u otro sexo. Elprimer caso se denomina herencia limitada por el sexo y el segundo herencia influida por el sexo.

- Los genes influidos por el sexo son genes autosómicos cuya manifestación depende del sexo del individuoque los porta. Ejemplos de este tipo de herencia son la calvicie en la especie humana, la formación de cuer-nos en las ovejas y ciertos patrones de pelaje en el ganado vacuno. En todos estos casos la expresión de losgenes depende de la constitución hormonal de los individuos.

La calvicie es un carácter dominante en el sexo masculino y recesivo en el femenino. Las mujeres homocigo-tas para este gen presentarán calvicie, aunque el fenotipo es menos pronunciado que en los varones y se ex-presa más tarde.

GenotipoFenotipo

♀ ♂

BB Calva Calvo

Bb No calva Calvo

bb No calva No calvo


VII. RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS DE GENÉTICA

A. Cudrícula de Punnett

- La cuadrícula de Punnett es una forma sencilla de representar los cruzamientos genéticos y de calcular lasprobabilidades de cada uno de los resultados que se obtienen.

- En cada lateral de la cuadrícula se dispone uno de los individuos que se va a cruzar y en los encabeza-mientos de filas y de columnas se sitúan los gametos que puede formar el individuo, indicando su propor -ción.

- En cada casilla de la cuadrícula se combinan los gametos correspondientes, siendo la probabilidad de eseresultado el producto de las probabilidades de los gametos que se unen.

B. Probabilidad

- La probabilidad expresa la posibilidad de que ocurra un determinado suceso. Se calcula como el númerode veces que ocurre un evento particular dividido por el número total de resultados posibles.

- Para predecir las proporciones de la descendencia producida por cruzamientos genéticos se utilizan dosreglas probabilísticas:

• Regla de la multiplicación: esta regla establece que la probabilidad de que dos o más eventos indepen-dientes ocurran simultáneamente se calcula multiplicando la probabilidad de cada uno de ellos.

• Regla de la adición: la probabilidad de ocurrencia de cualquier evento en particular es igual a la sumade las probabilidades individuales, si es que los eventos son mutuamente excluyentes, es decir, que dosno pueden ocurrir al mismo tiempo.

- Es importante tener en cuenta que cuando indicamos la probabilidad de un determinado suceso, la predic-ción sólo se cumplirá en muestras grandes.

C. Cruces monohíbridos

- Los cruces monohíbridos son aquellos cruzamientos en los que ambos progenitores difieren en una únicacaracterística.

- En los cruces monohíbridos el genotipo de un individuo contendrá dos alelos del gen que se está conside-rando. En un individuo homocigoto los dos alelos serán iguales y diferentes en los heterocigotos.

Los gametos, haploides, tendrán solo un alelo, cumpliendo el principio de la segregación (disyunción). Loshomocigotos formarán un único tipo de gametos, mientras que los heterocigotos formarán dos, con unaprobabilidad de ½ para cada uno.

- El cruzamiento monohíbrido entre dos líneas puras tiene como resultado una descendencia F 1 en la quetodos los individuos presentan el fenotipo de uno de los parentales (fenotipo dominante) mientras que enla F2, ¾ de los descendientes presentan dicho fenotipo y ¼ presentan el fenotipo del segundo parental (fe -notipo recesivo).

P x

Aa

AA aa A ½ a½

Gametos A

↓

a

Aa

A½

AA ¼ Aa¼F2

F1

Aa

a½

Aa ¼ aa ¼

- Para un caso hipotético en el que el carácter está controlado por un gen con dos alelos, uno de los cuálesdetermina fenotipo dominante (color de flor violeta, por ejemplo) y el otro determina el fenotipo recesivo(blanco), la forma que tenemos de discriminar entre individuos de flor violeta homocigóticos y heterocigóti -cos es mediante un cruzamiento prueba entre estos individuos de color de flor violeta y un parental deprueba homocigótico recesivo (aa), dado que el resultado será diferente en cada caso:

• Violeta x Blanco: 100% Violeta. En este caso, el individuo de fenotipo rojo era homicigótico AA y la des-cendencia del cruzamiento prueba será Aa.

• Violeta x Blanco: 50% Violeta, 50% Blanco. En esta caso, el individuo de fenotipo rojo era heterocigóticoAa y la descendencia será ½ AA (violeta) y ½ aa (blanco).

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- GENÉTICA MENDELIANA

10

Px

AA aaGametos A ↓ a

Aa 100%

Aa

A a

aa

a

Aa50%

aa50%

Posibles resultados de un cruce prueba

C. Cruces dihíbridos

- Cuando analizamos la herencia simultánea de dos caracteres hay que considerar, para cada gen, los mis-mos principios que en un cruce monohíbrido, es decir: pueden presentar diferentes alternativas alélicas,existen relaciones de dominancia entre ellos y segregan durante la meiosis.

- El principio de segregación establece que dos alelos de un locus se separan al formarse los gametos; elprincipio de transmisión independiente establece que, cuando esos dos alelos se separan, su separaciónes independiente de la separación de los alelos ubicados en otros loci.

- Este principio mendeliano sólo se cumple en el caso de genes situados en cromosomas diferentes (o tam-bién en genes situados en el mismo cromosoma pero lo suficientemente alejados como para que ocurraentrecruzamiento en cada meiosis) .

- Hay que tener en cuenta las siguientes observaciones:

• Cuando los alelos de dos loci se separan de forma independiente, los cruzamientos dihíbridos puedenanalizarse como dos cruzamientos monohíbridos independientes y luego combinar las proporciones.

• Puesto que son dos sucesos independientes, estas combinaciones se calculan mediante la regla de lamultiplicación.

• En el caso de un cruzamiento entre dos dihíbridos, las proporciones fenotípicas esperadas son 9:3:3:1.

- Al considerar dos caracteres simultáneamente, los genotipos deben tener dos parejas de alelos, una paracada carácter. Los gametos tendrán solo un alelo de cada carácter.

- Para obtener los gametos que puede formar un individuo se combinan de todas las formas posibles losmiembros de cada pareja alélica. El número de gametos que pueden formarse puede calcularse como 2n,siendo n el número de loci heterocigotos. Esta regla es extensible para individuos polihíbridos.

Si los genes son independientes, todos los gametos que puede formar un individuo son equiprobables.

Genotipos Nº de gametos Gametos – proporción

AABB 20 = 1 AB – 1

AaBB 21 = 2 AB – ½ ; aB – ½

AaBb 22 = 4 AB – ¼ ; Ab – ¼ ; aB – ¼ ; ab – ¼

E. Análisis de pedigríes

- Un pedigrí es una representación gráfica de la historia familiar que muestra la herencia de una o más ca-racterísticas o enfermedades (fenotipos en general). El propósito es facilitar el análisis genético de un fe-notipo concreto examinando su patrón de herencia en una familia en particular.

- Los símbolos que se suelen emplear son los siguientes:

Macho HembraSexo

desconocido Presencia del carácterIndividuo portador o

representación de doscaracteres

Individuo fallecido

Ausencia del carácter

Padre Madre

Hija Hijo

Familia Gemelos monocigóticos(idénticos)

Gemelos dicigóticos(fraternos)

Unión consanguínea


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- Las generaciones se suelen identificar con números romanos (I, II, III, IV, V,...) y dentro de cada generaciónse identifican los individuos con números arábigos (1, 2, 3, 4, 5,...).

- Cuando se refiere a seres humanos se suelen emplear los términos linaje o genealogía familiar, en lugarde pedigrí. El estudio de los linajes es particularmente útil para estudiar el modo de transmisión de enfer-medades hereditarias humanas, ya que no se pueden hacer cruces experimentales.

- A continuación se dan algunas indicaciones útiles para distinguir caracteres autosómicos o ligados al sexoy sus relaciones de dominancia.

1. Caracteres autosómicos recesivos

- Padres no afectados tienen hijos afectados (estos indivi-duos son heterocigotos, portadores del gen pero que no lomanifiestan al ser recesivo).

- La progenie afectada incluye en la misma proporción varo-nes y mujeres.

- A menudo, el carácter se salta generaciones.

- Si se cruzan individuos afectados, toda la descendenciase verá afectada. Anemia falciforme

2. Caracteres autosómicos dominantes

- Los individuos afectados tienen al menos un padre afecta-do.

- La progenie afectada incluye en la misma proporción varo-nes y mujeres.

- El carácter aparece en todas las generaciones.

- Si se cruzan individuos no afectados, en la descendenciano aparecerán individuos afectados.

Enfermedad de Huntington3. Caracteres recesivos ligados al cromosoma X

- Los varones se ven más afectados que las hembras.

- El carácter no pasa nunca del padre al hijo.

- Los varones afectados suelen nacer de madres portado-ras.

- A menudo, el carácter se salta generaciones.

Daltonismo4. Caracteres dominantes ligados al cromosoma X

- Los varones y las hembras tienen la misma probabilidadde verse afectados.

- Todas las hijas de un padre afectado se verán afectadas,pero los hijos no.

- Los hijos afectados siempre tiene madres afectadas.

- Las hijas afectadas pueden tener un padre o una madreafectados. Hipofosfatemia

5. Caracteres ligados al cromosoma Y

- Los rasgos ligados al cromosoma Y se manifiestan siempre en hemicigosis y no pueden considerarsedominantes o recesivos.

- El carácter afecta solo a los varones.

- Un individuo afectado transmite el carácter a todos sus descendientes varones.

Cuestiones de selectividadhttp://pdf.manuelgvs.com/bio/selectividad-biologia-15.pdf


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Tema 15 Genética mendeliana