1. INTRODUCCIÓN
La genética es la ciencia que estudia la herencia desde el nivel celular hasta el poblacional. Estudia la naturaleza, la estructura y sus propiedades, donde se localizan y como se organizan las moléculas que llevan la información hereditaria en la célula, define sus funciones y pone de manifiesto los factores que intervienen regulando su funcionamiento y expresión, coordinando las actividades génicas tanto en el tiempo como en el espacio. Analiza la estructura genética de los grupos de individuos y los cambios que en dicha estructura se pueden producto de generación en generación.
A lo largo de este tema vamos a estudiar cómo se conocieron las leyes de la transmisión del material hereditario. Descifrando lo que se hereda y los mecanismos biológicos que producen la diversidad en los seres vivos para poder comprender el origen de las diferencias individuales y poblacionales.
Conocer los mecanismos genéticos que capacitan al organismo en la defensa de las agresiones externas, las causas genéticas de las enfermedades hereditarias y de los procesos que producen resistencia a las enfermedades relacionadas con los fenómenos de variación antigénica, y las implicaciones prácticas que esto conlleva en la producción de vacunas efectivas es el principal objetivo de esta ciencia que aunque relativamente moderna es de vital importancia por sus aplicaciones.
2. GENÉTICA MENDELIANA
Mendel estudió botánica, matemáticas y química en la universidad de Viena, fue monje. A mediados del siglo XIX propuso la primera aplicación científica del modo en que se transfieren los caracteres hereditarios, las leyes de Mendel, con estas leyes se desarrollaron los principios fundamentales de la ciencia moderna que hoy conocemos como genética.
2.1.Los experimentos de Mendel
Eligió el guisante como planta para sus experimentos por varias razones: eran baratos y fáciles de obtener en el mercado, ocupaban poco espacio y con tiempo de generación relativamente corto, producían muchos descendientes, existían diferentes variedades, por lo tanto gran variabilidad genética, es una especie autógama además se pueden castrar las flores de una planta quitando las anteras, es sencillo realizar experimentos entre las distintas variedades.
Mendel cruzaba dos líneas puras que diferían en uno o varios caracteres. Así obtenía la primera generación, seguidamente autofecundaba los híbridos de la F1 para obtener la segunda generación F2 y por último autofecundaba la F2 y obtenía la F3.
Además de esto en el primer cruce cogía el polen de P1 y lo cruzaba con ovario P2 y viceversa. Los principales aciertos de Mendel fueron:
– Utilizar líneas puras que se autofecundaban, así sabía que eran individuos homocigóticos
– Elegir caracteres cualitativos
– Iniciar experimentos fijándose en un único carácter
– Empleo de relaciones estadísticas
– Llevar a cabo cruzamientos adicionales para comprobar su hipótesis.
2.2.Algunos conceptos
– Genotipo: constitución genética para el conjunto de genes de un individuo. En las especies diploides con dos juegos de cromosomas, en un locis (posición del gen en el genoma) en el que solo se han encontrado dos alelos distintos A y a hay tres genotipos posibles: homocigótico dominante AA, heterocigótico Aa y homocigótico recesivo aa
– Fenotipo: apariencia externa para el carácter analizado. Expresión del genotipo en un determinado ambiente. En las especies diploides, en un determinado locus donde se han encontrado dos alelos distintos A y a y con dominancia de A sobre a existen dos fenotipos: A dominante y a recesivo. Los genotipos AA y Aa presentan fenotipo dominante A y los genotipos aa muestran fenotipo recesivo a
2.3.Leyes de Mendel
Cruzamientos de un solo carácter: cruzamiento de variedades que difieren en un solo carácter. Cruzamiento de flores de distinto color. El cruzamiento dio lugar a flores de un solo color, en este caso todas púrpuras. La autofecundación de la F1 dio lugar en la F2 a ¾ purpura y ¼ blancas. Autofecundó de nuevo la F2 y obtuvo F3. Las blancas de la F2 solo daban flores blancas. Las plantas purpuras daban 1/3 solo purpuras y el 2/3 restante daban lugar a ¾ de flores purpuras y 1/ de flores blancas. Basándose en estos resultados Mendel propuso las siguientes leyes:
– Primera ley de Mendel o principio de la uniformidad: las plantas híbridas de la F1 obtenidas por cruzamiento de dos líneas puras. Al carácter que se manifiesta en la F1 se le denomina dominante y al que no recesivo. Resultado independiente de la dirección en la que se haga el cruzamiento.
– Segunda ley de Mendel o principio de segregación: la autofecundación de las plantas híbridas de la F1 da ¼ blancas y ¾ purpuras. Esto es debido a que cuando los híbridos F1 forman sus gametos, los alelos del mismo locus se separan dando lugar a dos clases de gametos, en una proporción de ½ en dominante y ½ en recesivo, esto ocurre en los femeninos y masculinos.
Para comprobar la segunda ley de Mendel puesto que no hay diferencia fenotípica entre AA y Aa Mendel hizo más cruzamientos. Para ello cruzo Aa con aa en las dos direcciones posibles. Esta prueba se denomina retrocruzamiento o cruzamiento de prueba. Dado que el recesivo homocigótico siempre aporta un gameto a, se sabrá si el individuo de la F1 será homocigótico o heterocigótico puesto que en ese caso si fuese heterocigótico saldrían flores blancas, el resultado de Mendel fue que no le salió ninguna blanca haciendo esta prueba.
Cruzamiento de dos caracteres tercera ley de Mendel: cruzamientos entre líneas puras que diferían en dos caracteres. Estudio el color y la forma. Cruzó semilla amarilla (AABB) y lisa con verde y rugosa (aabb). Carácter amarillo domina sobre verde y lisa sobre rugosa. La F1 se obtuvo todos amarillos y lisos. En la segunda autofecundación 9/16 semillas amarillas y lisas, 3/16 amarillas y rugosas, 3/16 verdes y lisas y 1/16 verdes y rugosas.
– Tercera ley o principio de la combinación independiente: los miembros de parejas alélicas se distribuyen o combinan de forma independiente cuando se forman los gametos de un heterocigoto para los caracteres correspondientes. En el caso de un diheterocigoto, los alelos del locus A,a y los del locus B, b se combinan de forma independiente para formar cuatro gametos en igual proporción
La segregación 9:3:3:1 no es siempre exacta, puesto que se pueden presentar desviaciones, bien a que los genes presenten cierta interacción o bien a que los dos caracteres estudiados estén regulados por genes que se encuentran en el mismo cromosoma, es decir, que estén ligados.
2.4.interacción genética
Cuando varios genes afectan a un solo carácter.
– Sin modificación en la proporción fenotípica 9:3:3:1: caracteres codominantes cuando en el fenotipo del heterocigoto se manifiestan ambos alelos y dominancia intermedia fenotipo del heterocigoto es intermedio entre el de los homocigotos de los cuales procede.
– Con modificación fenotípica: denominadas epistasias, de varios tipos:
o Epistasia simple dominante: el alelo dominante inhibe la acción de cualquiera de los otros alelos. Ejemplo: A no permite el color, domina sobre el que no lo permite. B da color 1 y b color 2. Los A no tendrán color, los aB color 1 y ab color 2. 12:3:1
o Epistasia simple recesiva: el recesivo impide la acción de los otros alelos. A permite y a no permite con lo cual aB no color, ab no color y AB color 1 y Ab color 2. 9:3:4
o Epistasia doble dominante: A produce clorofila verde y B también pero por otra ruta, con lo cual la clorofila verde aparece siempre que haya un A o B 15:1
o Epistasia doble recesiva: dos alelos dominantes necesarios para que se manifieste el carácter. 9:7
o Epistasia doble dominante recesiva: A resistencia a enfermedad, a no resistencia, B suprime resistencia, b no suprime. AB, ab y aB no resistentes, 3 Ab sí. 13:3
2.5.Mendelismo complejo
Herencia ligada al sexo: genes situados en el segmento diferencial de un determinado heterocromosoma, en aquellos organismo donde un sexo contiene un par de estos heterocromosomas desiguales, como por ejemplo el X e Y responsables de la determinación sexual. Dos nombres importantes en este apartado, donde se encuentran Morgan con sus experimentos en Drosophila melanogaster y Bateson con los experimentos de gallinas.
Enfermedades asociadas al cromosoma X:
– Hemofilia: gen que produce un factor de coagulación que está ausente en individuos afectados, en los cuales cualquier herida o golpe trivial puede resultar mortal, pues, al no producirse la coagulación, la sangre fluye hasta provocar la muerte, por razones obvias, la hemofilia ha sido letal 100% en mujeres. A mediados del siglo XX se les comenzó a inyectar sangre pero con la aparición del VIH se dejaron estas prácticas hoy en día se suministra a los pacientes el factor de coagulación obtenido por síntesis y mediante ingeniería genética.
– Daltonismo: ceguera de los colores. Muchos tipos que afectan en menor o mayor grado a la percepción de distintos colores, siendo la más conocida la incapacidad para distinguir el color rojo y el verde.
– Distrofia muscular de Duschenne: letal y frecuente, asociada al segmento diferencial del cromosoma X. anomalía del gen que codifica una proteína muscular, la distrofina. Los síntomas empiezan a los 6 años con la pérdida de masa muscular de la pelvis y piernas que acaba confinando al paciente a una silla de ruedas. Por la falta de soporte los huesos se desarrollan anormalmente. La debilidad muscular y los problemas óseos afectan a la respiración y al músculo cardíaco, y a veces, producen deterioro muscular.
Enfermedades asociadas al cromosoma Y: el fenotipo en este caso solo se observa en machos. Se transmite de padres a hijos machos. Los afectados que se reproducen transmiten el carácter a todos los hijos machos. En este tipo de genes no tiene sentido hablar de dominancia ni recesividad porque estos alelos siempre están en hemicigosis y, por tanto, siempre expresan en el fenotipo.
– Hipertricosis: borde de la oreja peluda. Aparece con una frecuencia muy elevada entre los aborígenes australianos de ciertas poblaciones.
Herencia influida por el sexo: genes situados en los genes sexuales o bien en los autosomas y cuya manifestación depende del sexo, la calvicie por ejemplo es dominante en el hombre y recesivo en la mujer.
Series alélicas: alelismo múltiple consiste en que en un determinado locus existen más de dos formas alélicas alternativas. Los alelos múltiples siguen las mismas reglas de transmisión establecidas por Mendel, ya que la serie alélica tiene un comportamiento de pareja alélica, que es estrictamente mendeliano. Es más inestable y se producen sucesivas mutaciones. Se representan por una misma letra, usando la mayúscula sin subíndices para el alelo dominante de toda la serie y la minúscula sin subíndices para el alelo recesivo de todos. Los alelos intermedios de la serie se representan con la mayúscula y subíndices, que guardan una relación de dominancia sobre los demás. Para calcular el número de genotipos posibles: n(n+1)/2. N es el número de alelos que pertenecen a la serie alélica. Un ejemplo es el sistema sanguíneo ABO. Se observan 4 fenotipos, A, B, O, AB. La aglutinación se debe a las sustancias antigénicas presentes en la superficie de los glóbulos rojos.
genotipo | fenotipo | antígenos | Anticuerpos |
IAIA,IAI IBIB,IBi IAIB ii | A B AB O | A B A y B No hay | Anti-B Anti-A No hay Anti-A y anti-B |
Pseudoalelismo: expresión de un carácter viene dada por dos parejas alélicas cuyos loci están situados próximos sobre un cromosoma, de tal manera que pueden aparentar como si se tratara de una pareja alélica de un único locus. Como están muy estrechamente ligados es muy difícil que se produzca la recombinación. A estos loci que están muy próximos, pero que pueden ser separados por recombinación se les llama seudoalelos. Una consecuencia del pesudoalelismo es que puede atribuirse a un efecto de mutación cuando realmente se trata de un fenómeno de sobrecruzamiento y recombinación.
Letalidad: es letal cuando su presencia en el genotipo bloquea o dificulta el desarrollo normal del individuo que lo posee, produciéndole la muerte antes de alcanzar la madurez sexual. Los genes letales se pueden clasificar teniendo en cuenta los siguientes factores:
– Grado de penetración: los letales producen la muerte a todos los individuos, semiletales, cuando la proporción es mayor al 50%, subvitales 50%, casi normales <10%.
– Fase de actividad: gaméticos producen la muerte o no funcionalidad de los gametos, cigóticos: la muerte sobreviene después de la formación del cigoto a lo largo del desarrollo embrionario
– Influencias ambientales externas e internas: no condicionales: su penetración y expresividad no pueden ser influidos experimentalmente, condicionales cuando su acción puede ser modificada bien por condiciones ambientales, bien por el propio desarrollo, localización según tenga sus loci en autosomas o en cromosomas sexuales.
– Dominancia y recesividad: letales dominantes: cuando se producen efecto letal en simples dosis, letales recesivos, producen el efecto letal en homocigosis recesiva, letales dominantes con efecto letal recesivo, se refiere a aquellos genes que solo son letales en homocigosis, pero que se comportan como dominante en el sentido de que el fenotipo de los individuos heterocigotos es diferentes del de los homocigotos recesivos normales.
Pleitropía: son los efectos múltiples de un único gen o alelo que se manifiestan en el fenotipo. Por tanto un gen que tiene varios efectos en el fenotipo se dice que es pleiotropo. En el caso del hombre un ejemplo es la fenilcetonuria, la enzima que regula el paso desde fenialanina hasta tirosina no funciona. Como consecuencia se da un efecto pleiotrópico ya que el coeficiente intelectual de estos individuos es más bajo y además tienen la piel y los ojos claros. Otro ejemplo es el síndrome de Marfan donde las anomalías esqueléticas, oculares y cardiovasculares tienen como base común en defecto en la fibrilina del tejido conectivo.
3. TEORÍA CROMOSÓMICA DE LA HERENCIA
Sostiene que:
– Los factores hereditarios están situados sobre los cromosomas, siendo un ordenamiento lineal
– Al fenómeno hereditario de la recombinación, le corresponde un fenómeno en el ámbito celular: el intercambio de segmentos cromosómicos por entrecruzamiento.
Teoría que considera a los cromosomas como los vehículos de la herencia. Por un lado los cromosomas tienen que conservar la información genética en las sucesivas generaciones y por el otro han de transmitir la información que llevan. Los cromosomas conservan la información por medio de la meiosis. El comportamiento de los genes en las leyes de Mendel, tiene un paralelismo con el comportamiento de los cromosomas en la fecundación y meiosis. Se considera que cada individuo está representado por un par de cromosomas homólogos que llevan el carácter analizado en la primera y segunda ley, y en la tercera el individuo está representado por dos pares de cromosomas. De esto se deduce que:
– La fecundación es la unión del núcleo materno y paterno en el huevo
– La meiosis proporciona la reducción del número cromosómico de los gametos a la mitad
– Las células somáticas que constituyen el individuo adulto, constan de dos juegos cromosómicos, uno de origen paterno y otro materno luego todos los cromosomas están por parejas
– En la meiosis, el apareamiento entre homólogos asegura la posterior segregación a cada polo de un miembro de la pareja y de una forma totalmente al azar.
Mendel tuvo la suerte o la habilidad de que los siete caracteres considerados en la planta del guisante estén regulados por genes que se encuentran en distintos cromosomas. De hecho no tardó en surgir la discrepancia; después del redescubrimiento de la teoría mendeliana, otros investigadores, como Bateson y Punnet, llegaron a resultados estaban en desacuerdo con las proporciones mendelianas esperadas en experimentos con dihíbridos (experiencias sobre la herencia de la cresta en una especie de gallinas, carácter regido por dos pares de alelos lo que se llamó interacción génica no epistática).
Estas aparentes excepciones a la 3ª Ley, que parecían apuntar a la idea de que ciertos caracteres no se heredan de manera totalmente independiente, encontraron su explicación en la primera década de este siglo, cuando Thomas H. Morgan elaboró la teoría cromosómica de la herencia. Antes de su exposición indicaremos algunos antecedentes históricos.
En 1902, dos investigadores por separado, W. S. Sutton en Estados Unidos y T. Boveri en Alemania, tras observar el paralelismo entre la herencia de los factores hereditarios y el comportamiento de los cromosomas durante la meiosis y la fecundación, propusieron que los factores hereditarios estaban en los cromosomas. Esta afirmación constituye la base de la teoría cromosómica de la herencia. En poco tiempo, algunos experimentos confirmaron esta hipótesis.
También en 1902, McClung descubrió que, en algunos insectos, los machos presentan un número impar de cromosomas. Denominó X al cromosoma que carecía de pareja. Los espermatozoides producidos por estos eran heterogaméticos: unos portadores del cromosoma X y otros no. En 1905, Wilson y Stevens comprobaron, en un hemíptero que este cromosoma también se encontraba en las hembras, pero duplicado. Se había encontrado una explicación para la herencia del sexo y para la proporción 1:1 entre los sexos, confirmando la relación entre herencia de los caracteres y los cromosomas.
En 1909, W. Bateson introdujo el término Genética para designar la ciencia que estudia la herencia de los caracteres biológicos. Así mismo, W. Johannsen propuso el término “gene” como sustitutivo del “factor hereditario” de Mendel. Así, un gene o gen es un factor que determina una característica biológica.
En 1910, T. H. Morgan, de la Universidad de Columbia (EE.UU.), trabajó, por primera vez, con la mosca del vinagre (Drosophila melanogaster), que solo tiene cuatro tipos de cromosomas, presenta muchas mutaciones y tiene la ventaja de una rápida reproducción y un sencillo mantenimiento. Encontró que los machos poseen tres pares de cromosomas homólogos (autosomas) y un par de cromosomas parecidos, pero no idénticos los llamó heterocromosomas (X e Y), o cromosomas sexuales, por ser la causa del sexo del individuo. Las hembras son XX, y los machos, XY.
En 1911 descubrió que muchos caracteres se heredan juntos (color de los ojos, color del cuerpo, forma de las quetas, tamaño de las alas, etc.). Descubrió cuatro grupos de genes que se heredan ligados. Al grupo correspondiente al cromosoma X le llamó primer grupo de ligamiento. En uno de los grupos sólo había 12 genes ligados, mientras que en los otros aparecían unos 150 genes. Esto estaba en correspondencia con el menor tamaño de uno de los tipos de cromosoma de la Drosophila (cromosoma dot o punto).
Las conclusiones de todas estas observaciones se pueden resumir del siguiente modo : los genes están en los cromosomas y, por tanto, los genes que están en el mismo cromosoma tienden a heredarse juntos y se denominan por ello genes ligados.
Posteriormente, al cruzar machos de ojos blancos y alas vestigiales (reducidas), ambos genes ligados al cromosoma X, con hembras normales (tipo salvaje), Morgan halló en la F2 cuatro tipos de machos: tipo salvaje (31,2 %), ojos normales y alas vestigiales (18,9 %), ojos blancos y alas normales (18,9 %), y ojos blancos y alas vestigiales (31,2 %). Todo ello era incompatible con que el carácter ojos blancos y alas reducidas se debiera a dos genes ligados que siempre se heredan juntos. Por otro lado, tampoco coincidían los resultados con los de la 3ª Ley de Mendel, ya que son más frecuentes los individuos en los que se mantienen los dos genes ligados tal y como los poseen los progenitores.
Todo ello hizo suponer a Morgan que los genes se disponen linealmente en los cromosomas y éstos se pueden entrecruzar (crossing-over, sobrecruzamiento) e intercambiarse fragmentos (recombinación genética).
Estos resultados estaban de acuerdo con las observaciones que distintos citólogos habían detectado en los cromosomas, durante la meiosis, en el diploteno las cromátidas homólogas se entrecruzaban (Janssens 1909). Estas uniones se denominaron quiasmas; a través de ellos tendría lugar el intercambio de fragmentos, responsable de la relativa independencia con la que se pueden heredar los genes localizados en el mismo cromosoma. En paralelismo entre “recombinación genética” y “entrecruzamiento de cromátidas pertenecientes a cromosomas homólogos” se confirmó en 1931 por C. Stern, M.S. Creighton y B. McClintock , el primero trabajando con la mosca del vinagre y los otros dos con el maíz (Zea mays). Los experimentos realizados con el maíz consistieron en provocar mediante rayos X unas deformaciones visibles al microscopio en determinados cromosomas, que eran portadores de genes ligados conocidos. Después del cruce se pudo comprobar que, donde había existido entrecruzamiento (ya que las deformaciones se encontraban en lugares distintos), los genes ligados característicos se heredaban por separado.
Esto confirmó totalmente la teoría cromosómica de la herencia y permitió hacer compatibles las leyes de Mendel (independencia de los caracteres antagónicos) con la agrupación de mil es de genes ligados en un solo cromosoma. Así, la teoría cromosómica puede resumirse en tres puntos:
– Los genes están en los cromosomas,
– en ellos se disponen linealmente, uno tras otro;
– mediante el entrecruzamiento de cromátidas homólogas se produce la recombinación de genes.
3.1.Concepto de genes ligados y entrecruzamiento
Genes ligados: dos o más genes están ligados cuando se encuentran en el mismo cromosoma y durante la formación de los gametos permanecen juntos con la misma combinación en la que se encontraban en los progenitores. Se separan con líneas diagonales, separando la información que se ubica en los cromosomas homólogos, a la izquierda de la diagonal se escribe los que están en un cromosoma y a la derecha los que están en su homólogo.
Entrecruzamiento: durante la profase meiótica I, las cromátidas no hermanas pueden intercambiar segmentos de longitud variable lo que supone que los genes ligados lo dejarán de estar. Los cromosomas homólogos se aparean uno con otro en un proceso llamado sinapsis. En él se producen puntos de unión para el intercambio genético, llamados quiasmas, resultando gametos recombinantes como producto de este entrecruzamiento. En la etapa anterior a la meiosis cada cromosoma se replica. Durante la profase I de la meiosis, este material se condensa pudiéndose apreciar las cromátidas hermanas idénticas. Los cromosomas homólogos replicados se aparean formando tétradas. Luego se produce un intercambio de material genético entre cromátida son hermanas, para lo cual se produce la ruptura y unión de fragmentos de solo dos de las cuatro cromátidas. De los productos que se obtienen se encuentran:
– Los productos meióticos AB y ab con los genes ligados de la misma manera que en la forma parental. Estos productos se originan de cromátidas que no participan en el entrecruzamiento y se llaman del tipo parental o no recombinantes.
– Los productos Ab y aB que son el resultado del entrecruzamiento se llaman, productos meióticos del tipo recombinante.
Los alelos de heterocigotos dobles en loci ligados se pueden encontrar en una de dos posiciones. Si los alelos del tipo silvestre están en un cromosoma y los mutantes en el otro AB/ab, la relación de ligamiento se conoce como fase de acoplamiento.
Cuando el alelo de tipo silvestre de un locus y el mutante de otro locus ocupan el mismo cromosoma Ab/aB, la relación se conoce como fase de repulsión.
Cuanto mayor es la longitud de un cromosomas, mayor es el número de quiasmas que se pueden producir, mientras más alejados se encuentren dos genes en un cromosoma, mayor es la probabilidad de que se produzca un quiasma si los genes están cerca es menor probabilidad. El porcentaje de gametos recombinantes formados es una referencia de la frecuencia con la cual se forman los quiasmas entre genes.
Cuando se forma un quiasma entre dos loci génicos, solo la mitad de los productos meióticos será del tipo recombinante, la otra mitad será del tipo parental ya que la otra cromátida no sufrió cambios. Luego, una tétrada da origen a 4 gametos, 2 recombinantes y 2 parentales. Por este motivo la frecuencia de los productos recombinados corresponde a la mitad de la frecuencia de tétradas que tienen quiasmas. Por ejemplo, si se forma un quiasma entre los loci de los genes A y B en un 30% de las tétradas de un individuo con genotipo AB/ab, entonces, el 15% de los gametos será del tipo recombinante y el 85% será del tipo parental.
3.2.Como diseñar un mapa genético
Para diseñar un mapa genético y determinar el orden de los genes y las distancias de mapa se trabaja actualmente con marcadores genéticos que presentan un fenotipo fácil de identificar, con los que además sea factible encontrar su posición dentro de un cromosoma, a través de una progenie obtenida a partir de un cruce de prueba. Esta es la forma más fácil de ubicas gametos recombinantes en un dihíbrido.
Para calcular la distancia de mapa de los genes situados en el cromosoma hay varios aspectos que considerar:
– La determinación del orden lineal en el cual están ordenadas las unidades genéticas unas respecto a otras
– La determinación de las distancias entre las unidades genéticas
– La determinación del coeficiente de coincidencia e interferencia
La unidad de distancia de mapa equivale al 1% de la probabilidad de entrecruzamiento y se conoce como centimorgan.
Por lo general, no se presenta un entrecruzamiento doble entre genes separados a menos de 5 unidades de mapa. Para genes más lejanos es conveniente usar un tercer marcador entre los otros dos para detectar cualquier entrecruzamiento doble.
– Determinación del orden lineal en el cual están ordenadas las unidades genéticas una respecto a otras. Se observan ocho tipos de gametos que se corresponden con los que se pueden formar combinando tres alelos, uno por locus, de tres loci bialélicos. Los de mayor frecuencia que corresponden a los tipo parental, lo que proceden de un único proceso de recombinación entre los dos loci situados en los extremos con el central respectivamente los cuales muestran frecuencias similares y dependen de en que tramo ocurre el sobrecruzamiento y por ultimo existe otra pareja de gametos con frecuencia mínima que corresponde a un doble sobrecruzamiento, estos gametos dobles recombinantes contienen una combinación de alelos que difieren de la parental en que el alelo del locus central ha cambiado.
– Determinación de las distancias entre las unidades genéticas: teniendo la secuencia de genes, entonces se puede proceder a calcular las distancias de mapa: distancias= (nº de recombinantes/total)x100.
– Determinación del coeficiente de coincidencia e interferencia: c se calcula como el coeficiente entre el % de dobles recombinantes observados y el % de los dobles recombinantes esperados.
4. LAS MUTACIONES
Alteraciones en el material hereditario. El término lo introdujo de Vries, indicando con ello la aparición súbita de una nueva alternativa para un gen. Las mutaciones se clasifican en diferentes tipos de acuerdo con los aspectos siguientes: si afecta al cromosoma, se denomina mutación cromosómica, si afecta a un gen, mutación génica.
4.1.Mutaciones cromosómicas
Los cromosomas son los portadores de los genes, por lo tanto, son el asiento de la regulación de la variación bioquímica que constituye la base de la vida. Dentro de una especie, la estructura y números de cromosomas se mantiene constante. Por lo tanto, cuando se produce una variación en su estructura o número, trae como consecuencia una alteración en el comportamiento normal del individuo, que nos ayudan a estudiar y apreciar el significado y las consecuencias de su actuación normal. Las variaciones estructurales pueden afectar a uno o más cromosomas y se definen como alteraciones en el orden lineal de los genes en los cromosomas. Las variaciones numéricas pueden afectar a los cromosomas en su conjunto o a cromosomas individualmente, y se definen como alteraciones en el número de genes.
Mutaciones cromosómicas estructurales: los cromosomas tienen una estructura con una organización definida, pero no son inmutables y pueden romperse por muy diversos mecanismos, quebrantando su estructura normal. Artificialmente podemos provocar esa rotura en los cromosomas por rayos X, radiaciones atómicas y sustancias químicas. Estas variaciones cromosómicas las podemos estudiar en el cariotipo del individuo y fundamentalmente en la fase de paquitena de la meiosis, que es cuando los cromosomas se presentan como largos filamentos apareados a los homólogos. Como hemos dicho anteriormente, las variaciones estructurales pueden afectar a un solo cromosoma o a más. Si afectan a un solo cromosoma pueden producirse delecciones, duplicaciones o inversiones, y si afectan a dos o más, se producen translocaciones.
– Delecciones: perdidas de algún segmento cromosómico. Cuando la delección se produce en el segmento terminal del cromosoma, se habla de deficiencia. La identificación citológica de la delección, se realiza en la paquitena meiótica al aparearse los cromosomas homólogos. Al ser su apareamiento máximo, el cromosoma homólogo que no haya sufrido la delección, no encontrará su segmento apareante, por lo que quedará formando una especie de bucle. En el caso de que sea una deficiencia, encontraremos la parte terminal del cromosoma homólogo sin aparear con ningún otro segmento. Los efectos genéticos de las delecciones dependen de la importancia fisiológica de los procesos de regulación génica implicados. Normalmente, si un cromosoma es deficiente en un número considerable de loci génicos, la consecuencia es que es letal. Las delecciones homocigóticas tienen menos probabilidades que las heterocigóticas de ser viables. Esto se debe a que en las homocigóticas se pierde por completo toda la información de las funciones que realizan esos genes. Las delecciones no letales pueden dar lugar a efectos fenotípicos anormales. Si se produce una delección en el cromosoma que lleva el alelo dominante, permite que se manifieste fenotípicamente el alelo recesivo. Cuando la delección se produce en los gametos, puede llegar a ser inviable.
– Duplicaciones: Son repeticiones de un segmento cromosómico dentro de un cromosoma. Tomando al centrómero como punto fijo, las duplicaciones pueden ser de diferentes tipos:
o Duplicación en tándem: el segmento duplicado se presenta inmediatamente
detrás y en el mismo orden.
o Duplicación en tándem inversa: el segmento duplicado se presenta
inmediatamente detrás y con el orden de los genes invertido.
o Duplicación desplazada directa: el segmento duplicado se presenta desplazado del -segmento original, pero con la misma ordenación.
o Duplicación desplazada inversa: el segmento duplicado se encuentra
desplazado del segmento original y con los genes colocados en orden inverso.
Dependiendo del tipo de duplicación que tengamos, aparecerá una expresión citológica diferente. En la paquitena meiótica aparecerá un segmento en exceso, que al no poderse aparear, tenderá a formar una protuberancia, pero su posición variará dependiendo de donde se encuentra el segmento duplicado.
Las duplicaciones, en la mayoría de los casos son viables, y además han sido utilizadas por la evolución, ya que genes que actualmente ejercen funciones diferentes, pueden proceder de un gen duplicado, que normalmente se ha formado por un sobrecruzamiento desigual.
– Inversiones: Es un segmento cromosómico que, por las causas que sean, se ha roto, y posteriormente se vuelve a unir al cromosoma, pero en posición invertida. Cuando la inversión afecta al centrómero, se la llama pericéntrica y si no afecta al centrómero, paracéntrica. Para detectar una inversión, se analiza un heterocigoto en paquitena meiótica. Los cromosomas homólogos aparecen apareados en toda su longitud, formando una especie de lazo entre los segmentos normal e invertido. Las inversiones tienden a reducir el número de sobrecruzamientos en la pareja de cromosomas homólogos que la poseen. Si el sobrecruzamiento se da en el segmento invertido, las cromátidas resultantes presentan deficiencias y duplicaciones y no logran funcionar en la fecundación o los cigotos no son viables. Además, la frecuencia de sobrecruzamientos se ve disminuida en las zonas próximas a la inversión y esto se debe a que el apareamiento es poco satisfactorio y reduce la frecuencia. Esta reducción en la frecuencia hace que se formen lo que se denominan supergenes, que es un conjunto de genes que se transmiten todos juntos de generación en generación y que son explotados al máximo por las especies para su adaptación al medio.
– Translocaciones: Son variaciones estructurales en las que un fragmento de un cromosoma pasa a unirse a un cromosoma no homólogo. Muchas de las translocaciones en homocigosis son viables, porque las alteraciones del equilibrio génico son mínimas. Las translocaciones más sencillas son las que se producen entre cromosomas homólogos, que se denominan translocaciones recíprocas. Si afectan a las parejas de cromosomas homólogos, serán translocaciones homocigóticas, pero puede ser que sólo afecten a un cromosoma de cada pareja o translocaciones heterocigóticas. En las translocaciones homocigóticas puede o no haber peculiaridades citológicas evidentes. Pero, por lo general, en la meiosis, su apareamiento es regular, a no ser que los segmentos translocados sean de muy diferente tamaño. En las translocaciones heterocigóticas, los cromosomas entran en situaciones extrañas, provocadas por las complicaciones que implica el lograr el íntimo apareamiento de las partes homologas en la meiosis. En paquitena adoptan normalmente la configuración en forma de aspa. Más tarde, a medida que van terminalizando los quiasmas (expresión citológica del sobrecruzamiento) en los extremos del aspa, la figura puede abrirse, formando un anillo dividido en cuatro partes. Las translocaciones traen como consecuencia genética una alteración en los genes ligados contenidos en los segmentos cromosómicos intercambiados y a una semiesterilidad que es característica, sobre todo, de las translocaciones heterocigóticas.
Mutaciones cromosómicas numéricas: Las variaciones cromosómicas pueden afectar a todos los cromosomas del juego cromosómico o sólo a uno o dos cromosomas. En el primer caso, cuando aumenta el número de juegos cromosómicos, tenemos la poliploidía y si disminuye, es haploidia. En el segundo caso, que afecta a cromosomas individualmente, se habla de aneuploidia.
– Poliploidía: A los individuos que han sufrido poliploidía, se les llama poliploides y su dotación cromosómica está formada por más de dos juegos cromosómicos.
El poliploide puede tener todos los juegos cromosómicos iguales o diferentes. En el primer caso se les llama autoploides, y en el segundo, aloploides. La poliploidía es muy limitada en las especies animales, ya que la separación de los dos sexos se basa en un mecanismo cromosómico de equilibrio sensible que no permite la variación del número cromosómico en el mismo grado que en las plantas hermafroditas. Las pruebas apoyan esta hipótesis, ya que la poliploidía en especies establecidas está íntimamente ligada con la partenogénesis. Las plantas tienen facilidad para adaptarse a la poliploidía, pero en las poblaciones naturales es muy raro encontrarlas. Los autopoliploides son de mayor tamaño que los diploides. Como resultado de un aumento de tamaño de las células tienen un retraso en el crecimiento de la planta y en la floración. El grado de poliploidía en que se fija el desequilibrio depende de la especie o del individuo en cuestión. Aunque generalmente, a partir del nivel tetraploide, el aumento del número de cromosomas produce anormalidades, tales como el enanismo, el follaje arrugado y plantas débiles. Citológicamente, los autopoliploides se caracterizan e identifican por la formación de multivalentes en la metafase meiótica I. Desde el punto de vista económico, tienen gran importancia los autoteraploides, que dan frutos de mayor tamaño, son más resistentes y duran más tiempo. Los autopoliploides se originan por reduplicación dentro de una misma especie y citológicamente son idénticos. Lo que se repite es el mismo juego cromosómico más de dos veces.
Los aloploides son consecuencia de un cruzamiento entre dos especies diferentes, formándose un híbrido interespecífico. Si el aloploide está formado por dos juegos cromosómicos diferentes en metafase meiótica I, aparecerán univalentes. Si duplicamos sus cromosomas en la metafase meiótica, observaremos divalentes. Por tanto, el comportamiento del aloploide será tanto más regular cuanto más irregular sea el híbrido interespecífico formado. En el caso del trigo, que posee tres genomios duplicados (AABBDD), en la metafase meiótica podrían encontrarse desde hexavalentes, ya que proceden del mismo genomio, hasta bivalentes. Pero siempre se comportan como si fuera una especie diploide, apareándose como bivalentes. Esto se conoce con el nombre de diploidización, definiéndose como aloploides naturales que se comportan como diploides.
– Haploidía: Un organismo es haploide al poseer un sólo juego cromosómico, es decir, su constitución cromosómica es la misma que la de los gametos de esa especie. Cuando proceden de una especie diploide, se llaman monoploides, y si proceden de una especie poliploide, se les denomina polihaploides. El comportamiento citológico es similar al de los híbridos interespecíficas, formando univalentes, ya que no tienen cromosomas homólogos con que aparearse.
– Aneuploidia: Es una alteración cromosómica que causa mayor desequilibrio génico que la poliploidía, ya que su constitución cromosómica no incluye un número exacto de juegos cromosómicos. Esta aneuploidia se puede producir por exceso o por defecto. Si es por exceso tiene más información genética y puede ser viable en vegetales. pero nunca en animales. Si es por defecto, falta información y sólo es viable en vegetales poliploides.
4.2.Mutaciones génicas
Las mutaciones son un cambio en el gen, a menudo son deletéreas y más recesivas que dominantes respecto al tipo normal. Las más frecuentes son las que producen letales. Los dos alelos presentes en un individuo, mutan con independencia el uno del otro. Sólo son viables las que muestran un cambio fenotípico muy característico, la mayoría pasan inadvertidas. Las mutaciones pueden afectar a células somáticas o a células germinales.
Si la mutación se produce en una célula somática, las células hijas pueden aparecer normales o con el fenotipo de la mutación, formando una especie de mosaico. Al morir el individuo desaparece la mutación y no se transmite a las generaciones sucesivas. Si afecta a las líneas germinales, al morir el individuo, la mutación continúa en las generaciones sucesivas si ha dejado descendientes. Estas mutaciones son las que facilitan la evolución. Las mutaciones pueden ser espontáneas o inducidas. La frecuencia de mutación espontánea de un gen es muy baja, pero el gameto contiene muchos genes. Como consecuencia, la frecuencia total de mutaciones por gameto y por generación es elevada. Quizá un gameto de cada diez lleva una mutación espontánea. Los factores que influyen sobre una mutación espontánea son, principalmente, genéticos y ambientales. Los factores genéticos son los genes mutadores que estimulan a otro gen para que mute a su alélico, y los factores ambientales son, principalmente, la edad y la temperatura. Tanto en uno como en otro factor, su aumento determina una mayor frecuencia de mutación. Las mutaciones se pueden inducir por radiaciones o por compuestos químicos. Las radiaciones de importancia mutagénica son las ondas electromagnéticas de corta longitud, del tipo de la luz ultravioleta y rayos X, y las partículas subatómicas cargadas y descargadas. Los mutágenos químicos más utilizados, son el formaldehído, uretano, diversos colorantes de acridina, cloruro de manganeso, gas mostaza y esteres del ácido metanosulfónico.
El efecto de los mutágenos químicos es diferente del de las radiaciones, ya que generalmente es más retardado y es al azar.
Las mutaciones génicas pueden ser a su vez de varios tipos:
– Sustituciones de bases: Se producen cuando se cambia una base nucleotídica por otra en el ADN.
o Transiciones si se cambia una purina por otra o una pirimidina por otra.
o Transversiones si se cambia una purina por una pirimidina y viceversa.
– Inserciones o delecciones: Consiste en la adición o pérdida respectivamente de uno o más nucleótidos. Como consecuencia se producen cambios en el marco de lectura si el número de nucleótidos ganado o perdido no es múltiplo de tres.
– Duplicaciones: Consiste en la repetición de un fragmento de ADN en el interior de un gen.
– Inversiones: Un segmento de ADN en el interior de un gen se invierte.
– Transposiciones: Un segmento de un gen cambia de posición para estar en otro punto del gen o del genoma.
5. BIBLIOGRAFÍA
– GRIFFITHS. Genética. Ed. Mc graw hill/interamericana de España. Madrid 2002
– LACADENA. Genética general: conceptos fundamentales. Ed. Síntesis. Madrid 1999
– Lewin genes. Ed Reverté. Barcelona. 2004