Principios mendelianos y extensiones AA Aa aa 1/2 A 1/2 a Principios mendelianos y extensiones Razón genotípica 1/4 AA 1/2 Aa 1/4 aa Razón fenotípica 3/4 A- 1/4 aa Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

Principios mendelianos y extensiones Objetivos tema Principios mendelianos y extensiones Deberán quedar bien claros los siguientes puntos El método experimental y la terminología de Mendel Ilustrar los dos principios de la transmisión de los genes (la leyes de Mendel) Cruce monohíbrido y principio de la segregación 1:1 Cruce dihíbrido y principio de la transmisión independiente La naturaleza probabilística de los principios mendelianos Relaciones genotipo-fenotipo La distinción entre dominancia incompleta, parcial y codominancia Alelismo múltiple Gen esencial y letal Pleiotropía Penetrancia y expresividad Interacción entre genes Genética bioquímica: la hipótesis un gen-una enzima Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

Los experimentos de Mendel demuestran que: La herencia se transmite por elementos particulados (no herencia de las mezclas), y sigue normas estadísticas sencillas, resumidas en sus dos principios Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

Monje austriaco Gregor Mendel (1822-1884) Jardín del monasterio agustino de Santo Tomás de Brunn, actual república Checa, donde Mendel realizó sus experimentos de cruces con el guisante Mendel Web: http://www.mendelweb.org/ Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

Características del experimento de Mendel : Elección de caracteres cualitativos (alto-bajo, verde-amarillo, rugoso-liso, ...) Cruces genéticos de líneas puras (línea verde x línea amarilla) Análisis cuantitativos de los fenotipos de la descendencia (proporción de cada fenotipo en la descendencia) Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

del guisante, Pisum sativum estudiada por Mendel Flor de la planta del guisante, Pisum sativum estudiada por Mendel Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

Los siete caracteres estudiados por Mendel Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

Método de cruzamiento empleado por Mendel Polinización cruzada Autofecundación Método de cruzamiento empleado por Mendel Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

Resultados de todos los cruzamientos monohíbridos de Mendel Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

Interpretación genética del cruce monohíbrido de Mendel Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

Segregación equitativa Primera ley de Mendel: Segregación equitativa Los dos miembros de un par de alelos segregan en proporciones 1:1. La mitad de los gametos lleva un alelo y la otra mitad el otro alelo Razón genotípica 1/4 AA 1/2 Aa 1/4 aa AA Aa aa 1/2 A 1/2 a Razón fenotípica 3/4 A- 1/4 aa Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

Cruce dihíbrido Gen Color Y (amarillo) > y (verde) Gen textura semilla R (liso) > r (rugoso) Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

Segunda ley de Mendel: Cruce dihíbrido El cuadrado de Punnett ilustra los genotipos que dan lugar a las proporciones 9 : 3 : 3 : 1 Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

Transmisión independiente Segunda ley de Mendel: Transmisión independiente Durante la formación de los gametos la segregación de alelos de un gen es independiente de la segregación de los alelos en el otro gen Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

Segunda ley de Mendel: Razón genotípica AABB Aabb aaBB 1/16:1/16:1/16: 1/16:4/16:2/16: aaBb AaBB Aabb 2/16:2/16:2/16 1/4 AB 1/4 Ab 1/4 aB 1/4 ab 1/4 AB AABB AAbB AaBB AaBb 1/4 Ab AABb AAbb AabB Aabb 1/4 aB AaBB AaBb aaBB aaBb 1/4 ab AaBb Aabb aaBb aabb Razón fenotípica 9/16 A-B- 3/16 A-bb 3/16 aaB- 1/16 aabb Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

Segunda ley de Mendel: Cruce trihíbrido P F1 AABBCC x aabbcc AaBbCc x AaBbCc ABC ABc AbC Abc aBC aBc abC abc ABC AABBCC AABBCc AABbCC AABbCc AaBBCC AaBBCc AaBbCC AaBbCc ABc AABBCc AABBcc AABbCc AABbcc AaBBCc AaBBcc AaBbCc AaBbcc AbC AABbCC AABbCc AAbbCC AAbbCc AaBbCC AaBbCc AabbCC AabbCc Abc AABbCc AABbcc AAbbCc AAbbcc AaBbCc AaBbcc AabbCc Aabbcc aBC AaBBCC AaBBCc AaBbCC AaBbCc aaBBCC aaBBCc aaBbCC aaBbCc aBc AaBBCc AaBBcc AaBbCc AaBbcc aaBBCc aaBBcc aaBbCc aaBbcc abC AaBbCC AaBbCc AabbCC AabbCc aaBbCC aaBbCc aabbCC aabbCc abc AaBbCc AaBbcc AabbCc Aabbcc aaBbCc aaBbcc aabbCc aabbcc Tema 3: Principios mendelianos y extensiones  

Segunda ley de Mendel: Cruce trihíbrido P F1 AABBCC x aabbcc AaBbCc x AaBbCc 1 3 9 27 Razón fenotípica aabbcc aabbCc aaBbcc aaBbCc Aabbcc AabbCc AaBbcc AaBbCc aabbCC aaBbCC AabbCC AaBbCC aaBBcc aaBBCc AaBBcc AaBBCc aaBBCC AaBBCC AAbbcc AAbbCc AABbcc AABbCc AAbbCC AABbCC AABBcc AABBCc AABBCC abc abC aBc aBC Abc AbC ABc ABC ABC ABc AbC Abc aBC aBc abC abc   Tema 3: Principios mendelianos y extensiones  

Naturaleza probabilística de las leyes Mendel: Las leyes son probabilísticas (como si los alelos de los genes se cogieran al azar de urnas), no deterministas Permiten predecir la probabilidad de los distintos genotipos y fenotipos que resultan de un cruce Permiten inferir el número de genes que influyen sobre un carácter Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

Caracteres mendelianos en humanos: Capacidad de sentir el sabor de la feniltiocarbamida Albinismo Tipo sanguíneo Braquidactilia (dedos de manos y pies cortos) Hoyuelos de la mejilla Lóbulos oreja sueltos o adosados Pecas en la cara Pulgar hiperlaxo Polidactilia  OMIM - Online Mendelian Inheritance in Man http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?db=OMIM Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

Caracteres mendelianos Albinismo Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

Tema 3: Principios mendelianos y extensiones Alelismo múltiple Grupos AB0 A=B>0 Fenotipo Genotipo A- AA ó A0 B- BB ó B0 AB AB 0 00 Color pelaje conejo C+ > Cch > Ch > c C+ Salvaje Cch Chinchilla Ch Himalaya c albino Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

Tema 3: Principios mendelianos y extensiones Alelismo múltiple BRCA2 Individual 1 acgtagcatcgtatgcgttagacgggggggtagcaccagtacag Individual 2 acgtagcatcgtatgcgttagacggggtggtagcaccagtacag Individual 3 acgtagcatcgtatgcgttagacggcggggtagcaccagtacag Individual 4 acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacag Individual 5 acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacag Individual 6 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag Individual 7 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag Individual 8 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag Individual 9 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag A nivel de secuencia nucleotídica prácticamente cada copia de un gen es diferente en algún nucleótido de su secuencia. El alelismo múltiple es ubicuo. Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

Tema 3: Principios mendelianos y extensiones Se usa la notación AA, Aa y aa para denominar a los genotipos mendelianos que determinan un fenotipo, pero en realidad éstos son internamente heterogéneos en el nivel de DNA. Su asignación como genotipo AA ó aa se debe generalmente a que todas las secuencias que pertenecen al genotipo AA comparten un fenotipo distinto de los que pertenecen al genotipo aa y esta diferencia fenotípica se debe posiblemente a un (o a unos pocos) nucleótido que sería el verdadero genotipo que causa los diferentes fenotipos Alelo A Secuencia 11 acgtagcatcgtatgcgttagacgggggggtagcaccagtacag Secuencia 22 acgtagcatcgtatgcgttagacggggtggtagcaccagtacag Secuencia 33 acgtagcatcgtatgcgttagacggcggggtagcaccagtacag Secuencia 4 acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacag Secuencia 5 acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacag Secuencia 6 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag Secuencia 7 7 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag Secuencia 88 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag Secuencia 9 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag Alelo a Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

Secuencia nucleotídica de una región del gen A en distintos individuos Se usa la notación AA, Aa y aa para denominar a los genotipos mendelianos que determinan un fenotipo, pero en realidad éstos son internamente heterogéneos en el nivel de DNA. Su asignación como genotipo AA ó aa se debe generalmente a que todas las secuencias que pertenecen al genotipo AA comparten un fenotipo distinto de las que pertenecen al genotipo aa y esta diferencia fenotípica se debe posiblemente a un nucleótido (o a unos pocos) que sería el verdadero genotipo que causa los diferentes fenotipos ¿Cómo explicamos los genotipos mendelianos si en el nivel del DNA cada alelo suele ser distinto? Indiv1Secuencia 1 acgtagcatcgtatgcgttagacgggggggtagcaccagtacag Indiv1Secuencia 2 acgtagcatcgtatgcgttagacggggtggtagcaccagtacag Indiv2Secuencia 1 acgtagcatcgtatgcgttagacgggggggtagcaccagtacag Indiv2Secuencia 2 acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacag Indiv3 Secuencia 1acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag Indiv3 Secuencia 2acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag Secuencia nucleotídica de una región del gen A en distintos individuos Alelo A = a Genotipo AA = aa -> Fenotipo A Alelo a = t Genotipo Aa = at -> Fenotipo A Genotipo aa = at -> Fenotipo a Tema 8: Extensiones del análisis mendeliano

Tema 3: Principios mendelianos y extensiones Gen letal y esencial Un gen que cuando está alterado es letal, es un gen esencial Gen y del ratón doméstico es un ejemplo Alelo y es dominante para el color amarillo, letal en homocigosis. Alteración proporciones mendelianas de la F2 es 2:1 Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

Edad de aparición de un fenotipo Temprana Tardía Aparición tardía de la enfermedad de Huntington Impronta parental Ejemplo Factor crecimiento II tipo insulina (Igf2) en ratón. Mutante homocigoto -> enano. El fenotipo del heterocigoto depende del origen del alelo Alelo salvaje es paterno -> fenotipo salvaje Alelo salvaje es materno -> fenotipo enano Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

Relaciones genotipo-fenotipo Ausencia de dominancia en el Dondiego de noche (Mirabilis jalapa) F1 F2 Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

Cruce dihíbrido con ausencia de dominancia Razón genotípica ? 1/4 A1B1 1/4 A1B2 1/4 A2B1 1/4 A2B2 1/4 A1B1 A1A1B1B1 1/4 A1B2 1/4 A2B1 1/4 A1B2 Número fenotipos distintos? Razón fenotípica ? Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

Los número esperados de cruces mendelianos Monohíbrido Dihíbrido Trihíbrido Regla general n=1 n=2 n=3 n 2 4 8 2n 1/4 1/16 1/64 (¼)n 2 4 8 2n 3 9 27 3n Tipos de gametos en la F1 Proporción de homocigotos recesivos en la F2 Número de fenotipos distintos de la F2 suponiendo dominancia completa Número de genotipos distintos de la F2 (o fenotipos si no hay dominancia) Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

Relación genotipo-fenotipo: Variación en la dominancia Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

Relación genotipo-fenotipo: Codominancia Presencia de ambos fenotipos paternos en el heterocigoto Grupo AB Heterocigoto proteína detectada por electroforesis en hemoglobina Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

Relación genotipo-fenotipo: Niveles de dominancia HbAHbA: Normal. HbSHbS: Anemia grave. HbAHbS: No anemia Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

Relación genotipo-fenotipo: Retinoblastoma hereditario R > r en el nivel celular pero r > R en el nivel del organismo Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

Pleiotropía Ejemplo anemia falciforme Cambio de un nucleótido en el DNA del gen de la hemoglobina Rápida destrucción de los glóbulos rojos Anemia Debilidad física Fallo cardiaco Función mental disminuida Problemas circulatorios Acumulación de células falciformes en el bazo Producción de hemoglobina S en lugar de la A Daño cerebral Daños en otros órganos Parálisis Neumonía Reumatismo Fallo renal Agregación de la hemoglobina S para formar estructuras casi cristalinas en aguja en los glóbulos rojos Baja concentración de oxígeno en lo tejidos Daño en el bazo Distorsión de los glóbulos rojos, adquieren forma de hoz (falciforme) Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

Penetrancia y expresividad Ambos conceptos se refieren a la expresión fenotípica variable de ciertos genes Penetrancia: Proporción de individuos en una población que presentan el fenotipo correspondiente a su genotipo. Si P < 1 se habla de penetrancia incompleta Expresividad: El grado de expresión individual de un fenotipo para un genotipo dado Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

Tema 3: Principios mendelianos y extensiones Expresividad La polidactilia se manifiesta en grados distintos Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

Tema 3: Principios mendelianos y extensiones Expresividad 10 grados de expresividad variable en el carácter piel manchada en perros. Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

Caracteres determinados por más de un gen Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

Caracteres determinados por más de un gen Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

Interacción entre genes: dos o más genes determinan el fenotipo de un modo que alteran las proporciones mendelianas esperadas Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

Tema 3: Principios mendelianos y extensiones Tipos de interacción genética según la modificación de las proporciones mendelianas 9 3 1 13:3 9:7 9:3:4 15:1 A-B- A-bb aaB- aabb 12:3:1 Mutación supresora 13:3 Duplicación génica recesiva 9:7 Epistasia recesiva 9:3:4 Epistasia dominante 12:3:1 Duplicación génica dominante 15:1 Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

Genética bioquímica: estudio de la relación entre genes y enzimas Hipótesis un gen - una enzima (Beadle y Tatum 1941) -> Estudio de la ruta biosintética de la niacina (vitamina B3 en el hongo del pan Neurospora crassa) Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

Genética bioquímica: muchos genes cooperan en el producto final Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

Explicación bioquímica de la proporción 9:7 en el color de la aleurona del maíz Precursor Intermediario Producto final blanco blanco púrpura Enzima A Enzima B Gen A Gen B Para obtener el producto final púrpura necesitamos que tanto el gen A como el B produzcan una enzima funcional. Si uno de los dos genes falla (genotipo aa ó bb), el producto final será blanco Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

Genética bioquímica: Relación concentración enzima y producto final Tema 3: Principios mendelianos y extensiones