Contenido

Prefacio xiii

1 Laaproximación genética a la biología 1

1.1 Lagenética y las preguntas de labiología 3

1.2 Labase molecular de la información

genética 5

Especificación de la secuencia aminoacídicade una proteína 6 .

Regulacióngénica 9

1.3 El programa de investigacióngenética 9La necesidadde variación9

Partiendo de la variación: la genética directa 10

Partiendo del DNA: la genética inversa 13

1.4 Metodologías utilizadas en genética 14

Una visión de conjunto 14

Detección de moléculas específicas de DNA,RNA Y proteína 15

1.5 Organismos modelo 17

Leccionesde los primeros organismosmodelo 17

La necesidad de una variedad de organismosmodelo 17

Los genes, el ambiente y el organismo 21

Modelo 1:determinación genética 21Modelo 11:determinación ambiental 22

Modelo 111:interaccióngenotipo-ambiente23El uso del genotipo y el fenotipo 23El ruido del desarrollo 24

Tresniveles de desarrollo 26

PARTEI TRANSMISIONES GENÉTICAS

2

2.12.2

2.3

Herencia de un único gen 31

Genes y cromosomas 33

Patrones de herencia de un único gen 37

Leyde Mendelde la segregaciónequitativa 37Base cromosómica de los patronesde herencia de un único gen 42

Herencia de un único gen en organismoshaploides 46

Basesmoleculares de la segregaciónde unúnico gen y su expresión 50

G'Os::::

c C(c\ .

Contenido abreviado

Prefacio xiii

1 Laaproximación genética a la biología 1

PARTEI TRANSMISIONES GENÉTICAS

2 Herencia de un único gen 31

3 Transmisión independiente de genes 89

4 Cartografía de cromosomaseucarióticos mediante recombinación 129

5 Genética de las bacterias y susvirus 181

6 Interacción génica 221

PARTE11DEL DNA AL FENOTIPO

7 DNA: estructura y replicación 265

8 RNA: transcripción y procesamiento 295

9 Lasproteínas y susíntesis 319

10 Regulaciónde la expresión génicaen bacteriasy virus bacterianos 351

11 Regulación de la expresión génicaen eucariotas 385

12 Control genético del desarrollo 415

13 Genomas y genómica 453

PARTE11IMUTACiÓN, VARIACiÓN,Y EVOLUCiÓN 1.6

14 Elgenoma dinámico: elementostransponibles 487

15 Mutación, reparación yrecombinación 513

16 Cambios cromosómicos a gran escala 555

17 Genética de poblaciones 603

18 Genética cuantitativa 639

119 Genética evolutiva679

PARTEIV TÉCNICAS

I 20 Aislamiento y manipulación de genes 715I

Breve guía de losorganismos modelo 759

Apéndice A 775

Apéndice B 776

Glosario 779

Respuestasa los problemasseleccionados 803

índice de losorganismos modelo 815

índice 819

vi

2.4 Eldescubrimiento de genes mediantela observación de las proporcionesen la segregación 57Descubrimiento de un gen activo en eldesarrollo del color de las flores 57

Descubrimiento de un gen para el desarrollode lasalas 58

Descubrimiento de un gen para la producciónde esporas 58Los resultados del descubrimiento de genes 59Genética directa 60

Predicción de las proporciones de ladescendencia o de los genotipos parentalesaplicando los principios de la herencia de unúnico gen 60

2.5 Patrones de herencia de un único gen ligadoal sexo 61Cromosomas sexuales 61

Patronesde herencia ligada al sexo 62Recuadro Organismo modeloDrosophila 63Herencia ligada al cromosoma X 63

2.6 Análisis de genealogías en humanos 66Enfermedadesautosómicas recesivas 66Enfermedadesautosómicas dominantes 68Polimorfismos autosómicos 69

Enfermedadesrecesivasligadasalcromosoma X 71

Enfermedadesdominantes ligadasalcromosoma X 73

Herencia ligada al cromosoma Y 73Cálculo de riesgosen el análisisdegenealogías 74

3 Transmisión independiente de genes 89

3.1 Ley de Mendel de la transmisiónindependiente 90

3.2 Trabajando con la transmisiónindependiente 94Predicciónde proporcionesen ladescendencia94Uso de la prueba de chi cuadrado en lasproporciones de cruces monohíbridos ydihíbridos 97

Síntesisde líneaspuras 99Vigor híbrido 101

Contenido

3.3 Basescromosómicas de la transmisiónindependiente 102Transmisiónindependiente en organismosdiploides 103Transmisión independiente en organismoshaploides 103Transmisión independiente de combinacionesde genesautosómicos y ligados alcromosoma X 105Recombinación 106

Recuadro Organismo modeloNeurospora 107

3.4 Herencia poligénica 1103.5 Genes de orgánulos: herencia independiente

del núcleo 112

Patronesde herencia en los orgánulos 112Segregacióncitoplasmática114Mutantescitoplasmáticosen humanos 116

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4 Cartografía de cromosomas eucarióticosmediante recombinación 129

4.1 Diagnóstico delligamiento 131Uso de la frecuencia de recombinación parareconocer elligamiento 131Losentrecruzamientos producen recombinantesen genes ligados 133Simbolismo y terminología delligamiento 134Evidenciade que el entrecruzamiento es unprocesode roturay unión 134Evidenciade que el entrecruzamiento tienelugar en el estado de cuatrocromátidas 135Losentrecruzamientosmúltiplespueden incluirmásde dos cromátidas 136

4.2 Cartografía mediante frecuencia derecombinación 137Unidadesde mapa 137Cruzamientopruebade tres puntos 140Deduccióndel orden de losgenesmedianteinspección 142Interferencia 143

Utilizaciónde lasproporcionesparaeldiagnóstico 145

4.3 Cartografía con marcadoresmoleculares 146Polimorfismosde un úniconucleótido147

Contenido

Cartografíamedianteel usode haplotiposdeSNP 149

Polimorfismode longitudde secuenciasimple 151

4.4 Cartografíadel centrómero con tétradaslineales 154

4.5 Uso de la prueba de chi-cuadrado para elanálisis de ligamiento 1SS

4.6 Uso de la puntuación Lod para evaluar elligamiento en genealogías humanas 158

4.7 Estimación de los entrecruzamientosmúltiples no observados 159

Funciónde mapa 160Lafórmulade Perkins162

4.8 Utilizaciónconjunta de los mapasde recombinación y los mapas físicos 163

5 Genética de las bacterias y sus virus 181

5.1 Trabajando con microorganismos 1835.2 Conjugación bacteriana 185

Descubrimientode laconjugación 185Recuadro Organismo modeloEscherichiacoli 185

Descubrimientodel factorde fertilidad(F) 187CepasHfr 188Cartografíade loscromosomasbacterianos192PlásmidosFque llevanfragmentosgenómicos 195PlásmidosR 196

5.3 Transformación bacteriana 198

Cartografíacromosómica utilizando latransformación 199

5.4 Genética de los bacteriófagos 199Infección de bacterias por fagos 200Cartografíade cromosomas de fago utilizandocruces entre fagos 202

5.5 Transducción 204Descubrimiento de la transducción 204

Transducción generalizada 205Transducción especializada 207Mecanismo de la transducción

especializada 2085.6 Comparación entre mapas físicos y mapas

de ligamiento 209

vii

6 Interacción génica 2216.1 Interacciones entre los distintos alelos de un

único gen: variaciones en la dominancia 223

Dominanciacompletay recesividad223Dominanciaincompleta 225Codominancia225Alelosletalesrecesivos227

Recuadro Organismo modelo Ratón 2286.2 Interacciones de los genes en las rutas

metabólicas 230

Rutasbiosintéticasen Neurospora 230

Interaccióngénicaen otrostiposde rutas 2336.3 Inferir las interacciones génicas 235

Definirel conjunto de genesmedianteel usode la pruebade complementación235Análisisde doblesmutantesde mutacionesaleatorias 239

6.4 Penetrancia y expresividad 247

PARTE 11 DEL DNA AL FENOTIPO

77.1

DNA: estructura y replicación 265

DNA:el material genético 266Eldescubrimientode latransformación266

Elexperimentode Hershey-Chase268La estructura del DNA 269Laestructura del DNA antes de Watson

y Crick 270Ladoble hélice 272

Replicación semiconservativa 275

Elexperimento de Meselson-Stahl 276

La horquilla de replicación 277DNA polimerasas 278Visión general de la replicacióndel DNA 279

El replisoma: una máquina de replicaciónextraordinaria 281Desenrollando la doble hélice 283

Montaje del replisoma: la iniciaciónde la replicación 284

La replicación en los organismoseucariotas 284

El replisoma eucariótico 284Elorigen de la replicación de los eucariotas 285

La replicación del DNA y el ciclo celular de laslevaduras 286

Losorígenes de la replicación en los eucariotassuperiores 287

7.2

7.3

7.4

7.5

7.6

viii

7.7 Telómerosy telomerasa: terminaciónde la replicación 287Telómeros,cáncery envejecimiento288

8 RNA:transcripción y procesamiento 2958.1 RNA 297

Losprimeros experimentos sugieren un RNAintermediario 297

Propiedades del RNA 297Clases de RNA 298

8.2 Transcripción 300

Visióngeneral: el DNAcomo molde de latranscripción 300Etapas de la transcripción 301

8.3 Transcripción en los eucariotas 304

Iniciaciónde la transcripción en loseucariotas 306

Elongación,terminación y procesamiento delpre-mRNAen los eucariotas 307

8.4 RNAfuncional 309

RNAnuclear pequeño (snRNA):el mecanismode corte y empalme de los exones 310

Autoempalme de los intrones y el mundo delRNA 312

RNAde interferencia pequeño (siRNA)312

9 Lasproteínas y su síntesis 319

9.1 Estructura de las proteínas 3219.2 Colinealidad de los genes y las

proteínas 3249.3 Elcódigo genético 325

Códigosolapadoversusnosolapado325Númerode letrasen el codón 326

Eluso de supresoresparademostrarun códigode tripletes 326Degeneracióndel códigogenético 328Descifrandoel código 328Codonesstop 329

9.4 tRNA:el adaptador 330Traduccióndel codón por el tRNA 331Revisiónde ladegeneración 332

Contenido

9.5 Los ribosomas 333

Característicasde los ribosomas 334

Iniciación,elongación y terminación de latraducción 336

Mutaciones supresoras sin sentido 3399.6 Elproteoma 340

Elempalme alternativo genera isoformasproteicas 340Eventos postraduccionales 340

10 Regulación de la expresión génicaen bacterias y virus bacterianos 351

10.1 Regulación génica 353

Ideas básicas sobre la regulación transcripcionalen los procariotas: interruptores genéticos 354Una primera mirada al circuito reguladorlac 355

10.2 Descubrimiento del sistema lac: control

negativo 358Genes controlados coordinadamente 358

Evidenciagenética de la existencia del operadory el represor 359Evidenciagenética del alosterismo 361

Análisisgenético del promotor lac 362

Caracterización molecular del represor Lacy el operador lac 363Mutaciones polares 363

10.3 Represión catabólica del operón lac: controlpositivo 364

Ideas básicas sobre la represión catabólica deloperón lac:laeleccióndel mejorazúcarparametabolizar 364

Laestructura de los sitios de unión al DNA 365'

Un resumen del operón lac 36610.4 Doble control positivo y negativo: el operón

de la arabinosa 368

10.5 Rutas metabólicas y niveles adicionalesde regulación: la atenuación 369

Latranscripción del operón trp está regulada endos pasos 369

10.6 Ciclos de vida de los bacteriófagos: másreguladores y operones complejos 372

Anatomía molecular del interruptorgenético 375

Unión específica de secuencia de proteínasreguladoras al DNA 376

10.7 Losfactores sigma alternativos regulangrandes grupos de genes 378

Contenido

11 Regulación de la expresión génica enlos eucariotas 385

11.1 Regulación transcripcional en los eucariotas:una visión general 386Recuadro Organismo modelo Levadura 390

11.2 lecciones de las levaduras: el sistema GAl 390

Gal4 regula múltiples genes a través desecuencias activadoras aguas arriba 391Laproteína Gal4 tiene dominios de activacióny de unión al DNAseparables 392Laactividad de Gal4 es reguladafisiológicamente 392Gal4 funciona en la mayoría de loseucariotas 393

Losactivadores redutan la máquinatranscripcional 393

11.3 la cromatina dinámica y la regulacióngénica en los eucariotas 394Proteínas de remodelación de la cromatina

y activación génica 395Lashistonas y la remodelación de lacromatina 396

11.4 Mecanismos de acción de losintensificadores 398

Elenhanceosoma del interferón ~ 398Elcontrol del tipo de apareamiento en laslevaduras: interacciones combinatorias 399

Proteínas de unión al DNA regulancombinatoriamente la expresión de genesespecíficos de cada tipo celular 399Losaisladores actúan bloqueando a losintensificadores 401

11.5 Impronta genómica 402Pero entonces, ¿qué pasa con Dollyy otrosmamíferos donados? 404

11.6 los dominios de la cromatina y suherencia 404

Intercambio de tipo de apareamiento ysilenciamiento génico 404Comparación entre la heterocromatina y laeucromatina 405

Lavariegación por efecto de posición enDrosophiJarevela lasvecindades genómicas 406Elanálisisgenético de la PEVrevela lasproteínas necesarias para la formación de laheterocromatina 407

Silenciamientode un cromosoma completo: lainactivacióndel cromosoma X 409

Laherencia de las marcas epigenéticas y laestructura de la cromatina 410

ix

Gal4

TUP1--(::)~Mi91~ GAL1

OFFUAS

~

SitioMig1

12 Control genético del desarrollo 415

12.1 la aproximación genética al desarrollo 416Recuadro Organismo modeloDrosophila 418 .

12.2 las herramientas genéticas del desarrollode Drosophila 418Clasificaciónde los genes según su función enel desarrollo 419Genes homeóticos e identidad de los

segmentos 420Organización y expresión de losgenes Hox 421Lacaja homeótica 423Grupos de genes Hoxcontrolan el desarrollo enla mayor parte de los animales 424

12.3 Definición del conjunto completode herramientas genéticas 427Losejes anteroposterior y dorsoventral 428Expresiónde los genes herramienta 428

12.4 Regulación espacial de la expresión génicaen el desarrollo 432

Gradientes maternales y activación génica 432Dibujando bandas: integración de lasaportaciones de las proteínas gap 434Diferenciaciónde los segmentos: la integraciónde las aportaciones de los genes Hox 436

12.5 Regulación postranscripcional de laexpresión génica en el desarrollo 439Elcorte y empalme del RNAy la determinacióndel sexo en DrosophiJa439Regulaciónde la traducción del mRNAy loslinajes celulares en C. eJegans441Control de la traducción en el embrión

temprano 441Recuadro Organismo modeloCaenorhabditis elegans 442Elcontrol mediante miRNAdel patrón temporaldel desarrolloen C. eJegansy otrasespecies 444

12.6 los múltiples papeles de los genesherramienta 445

De lasmoscasa losdedos, lasplumasy lasplacasdel suelo 445

X Contenido

12.7 Desarrollo y enfermedades 446 PARTE11I MUTACiÓN, VARIACiÓNPolidactilia 446 y EVOLUCiÓN

Holoprosencefalia 447 14 El genoma dinámico: elementosElcáncer como una enfermedad del transponibles 487desarrollo 447 14.1 El descubrimiento de loselementos

transponibles en el maíz 488

Losexperimentos de McClintock: el elementoDs 488

Recuadro Organismo modelo Maíz 489

Elementosautónomos y no autónomos 491

Elementos transponibles: ¿sólo en el maíz? 49214.2 Loselementos transponibles en

los procariotas 49213 Genomas y genómica 453 Secuenciasde inserción bacterianas 49213.1 la revolución genómica 455 Transposonesprocarióticos 49313.2 Elaboración del mapa de la secuenciade un Mecanismo de transposición 495

genoma 456 14.3 Loselementos transponibles enConversión de lecturasde secuenciaen mapas los eucariotas 496de secuencia 456

Clase1: retrotransposones496Establecimiento de una genoteca de clones 459 Transposonesde DNA 499Secuenciación de un genoma simple usando la Utilidad de los transposones de DNA en elaproximación de la secuenciación aleatoria de descubrimiento de genes 502genomas completos 459 14.4 Elgenoma dinámico: hay más elementosUso de la aproximación de la secuenciación transponiblesde lo que nuncase imaginó 504aleatoria de genomas completos para crear

Losgenomas grandesse componen en granuna secuencia borrador de un genoma

parte de elementos transponibles 504complejo 460

Elementos transponibles en el genomaUso de la aproximación de clones ordenados humano 505para secuenciar un genoma complejo 461

Lasgramíneas:los retrotransposones con LTRRellenadode huecos en la secuencia 462medran en los genomas grandes 50713.3 la bioinformática: significado a partir de la Refugiosseguros 508

secuenciagenómica 463La naturalezadel contenido informativo delDNA 463 15 Mutación, reparación y recombinación 513Deducción de los genes que codifican proteínas 15.1 Lasconsecuenciasfenotípicas de lasa partir de la secuenciagenómica 464 mutaciones en el DNA 514

13.4 Laestructura del genoma humano 468 Tipos de mutaciones puntuales 51513.5 Genómica comparativa 470 Lasconsecuenciasmoleculares de la mutación

Sobre ratonesy humanos 471 puntual en la región codificadora 516Genómica comparativa entre chimpancés y Lasconsecuenciasmoleculares de la mutaciónsereshumanos 472 puntual en la región no codificadora 517Elementos no codificadores conservados y 15.2 Lasbasesmoleculares de la mutaciónultraconservados 472 espontánea 518Genómica comparativa de E. co/i no patogénica Testde fluctuación de Luria y Delbrück 518y patogénica 473 Mecanismos de mutación espontánea 520

13.6 Genómica funcional y genética inversa 475 Mutaciones espontáneasen sereshumanos:Oma, dulce oma 475 enfermedades por repeticiones deLagenética inversa 479 trinucleótidos 523

Contenido

15.3 Lasbases moleculares de las mutacionesinducidas 525

Mecanismos de mutagénesis 526Eltest de Ames: evaluando mutágenos ennuestro entorno 530

15.4 Mecanismos de reparación biológica 531Reversióndirecta del daño en el DNA 532

Reparación por escisión de bases 532Reparación por escisión de nucleótidos 534Reparación postreplicativa: reparación deemparejamientos erróneos 536Reparación propensa a error: síntesis portranslesión de DNA 538

Reparación de roturas de doble cadena 54015.5 Elmecanismo del entrecruzamiento

meiótico 542

Roturasde doble cadena programadas inician larecombinación meiótica 542

Elanálisisgenético de las tétradas proporcionaindicios del mecanismo de recombinación 543

Elmodelo de rotura de doble cadena para larecombinación meiótica 544

15.6 Cáncer:una consecuencia fenotípicaimportante de la mutación 546Diferenciasentre células normales y célulascancerosas 546Mutaciones en células cancerosas 547

16 Cambios cromosómicos a gran escala 55516.1 Cambios en el número cromosómico 557

Euploidíaaberrante 557Aneuploidía 565Elconcepto de equilibrio génico 569

16.2 Cambios en la estructura cromosómica 572Deleciones 574

Duplicaciones 578Inversiones 580

Translocacionesrecíprocas 583Translocacionesrobertsonianas 584

Aplicaciónde las inversiones y lastranslocaciones 586

Reordenaciones y cáncer 587Identificaciónde mutaciones cromosómicas

mediante la genómica 58816.3 Incidencia total de las mutaciones

cromosómicas en los humanos 588

1717.1

17.2

17.3

17.4

17.5

17.6

1818.118.2

18.3

18.4

18.5

xi

)\ .Genética de poblaciones 603

La variación y su modulación 604Observacionesde la variación 604

Polimorfismo proteico 606Polimorfismo en la estructura y en la secuenciadel DNA 609

Efecto de la reproducción sexual sobre lavariación 613

Segregaciónmeiótica y equilibrio genético 613Heterocigosidad 616Apareamiento aleatorio 616Consanguinidad y apareamiento clasificado 618Fuentes de variación 620Variación debida a la mutación 620Variación debida a la recombinación 620

Variación debida a la migración 622Selección 623Dos formas de selección 624Midiendo lasdiferencias en eficacia 625

Cómo trabaja la selección 626Tasade cambio en la frecuencia génica 628Polimorfismo equilibrado 629Sobredominancia y subdominancia 629Equilibrio entre mutación y selección 630Sucesosaleatorios 631

18.6

Genética cuantitativa 639

Genes y caracteres cuantitativos 640Algunas nociones estadísticas básicas 642Distribuciones estadísticas 642Medidas estadísticas 643

Genotipos y distribución fenotípica 644Diferencia crítica entre rasgosmendelianoscuantitativos 644

Número génico y caracterescuantitativos 645Norma de reacción y distribuciónfenotípica 646Determinación de la norma de reacción 647

Plantasy animales domesticados 647Estudiosen poblaciones naturales 649Resultadosde los estudios de la norma dereacción 649La heredabilidad de un caráctercuantitativo 651

xii

Heredabilidad e incidencia familiar 651

Semejanzafenotípica entre parientes 65218.7 Cómo cuantificar la heredabilidad 654

Métodos de estimación de H2 655

Elsignificado de H2 656Heredabilidad estricta 659

Estimación de los componentes de la varianzagenética 661Selección artificial 662

Uso de h2en la mejora genética 66318.8 Localización de los genes 664

Segregaciónde genes marcadores 666Análisiscuantitativo de ligamiento 666Apéndice estadístico 669Medidas de tendencia central 669

Medidas de dispersión: la varianza 670Medidas de relación 671

Genética evolutiva 679

Evolución darwiniana 680

Una síntesisde fuerzas:variación ydivergencia de las poblaciones 683

19.3 Picosadaptativos múltiples 685

Exploración de los picos adaptativos 68719.4 Variación genética 689

Heredabilidad de la variación 689

Variación dentro y entre poblaciones 69019.5 Mutación y evolución molecular 690

Lafirmade laselecciónpurificadoraen el DNA 69119.6 Relaciónentre cambios genéticosy

funcionales: evolución proteica 693

La firma de la selección positiva en lassecuenciasde DNA 693

Evolución morfológica 694Inactivación génica 696

19.7 Evoluciónde la regulación 697Evolución dela regulación en los sereshumanos 699

19.8 Elorigen de nuevos genes 699Poliploidía 700Duplicaciones 700DNA importado 702

19.9 Evidenciagenética de una ascendenciacomún en la evolución 703

Comparación de los proteomas de especiesdistantes 705

Comparaciónde genomasentrevecinospróximos:genómica comparada de sereshumanos yratón 706

19.10 Elproceso de especiación 707

Genética del aislamiento de especies 709

1919.119.2

Contenido

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PARTEIV TÉCNICAS

20 Aislamiento y manipulación de genes 71520.1 Generación de moléculas de DNA

recombinantes 716

Tipos de DNA donante 717Corte del DNA genómico 717Unión del DNA donante con el vector 719

Amplificación dentro de una célulabacteriana 720Entradade las moléculas recombinantes en lacélula bacteriana 723

Recuperaciónde las moléculas recombinantesamplificadas 723

Construcción de genotecasgenómicas y decDNA 724

Búsquedade un clon específico 72420.2 Amplificación del DNA in vitro: la reacción

en cadena de la polimerasa 73120.3 Determinación de la secuencia de basesde

un segmento de DNA 732

20.4 Análisisgenético directo mediante donaciónposicional 735

Un análisisdirecto para identificar el gencausantede una enfermedad humana 737

Un análisisdirecto para identificar un genimportante en la domesticación del maíz738

20.5 Detección de aleJoscausantesde

enfermedades humanas:diagnósticomediante genética moJecular 739

20.6 Ingeniería genética 741

Ingeniería genética en Saccharomycescerevisiae741

Ingeniería genética en plantas 742Ingeniería genética en animales 745

Terapiagénica humana 749

Breveguía de los organismos modelo 759

Apéndice A 775Apéndice B 776Glosario 779

Respuestasa los problemas seleccionados 803

índice de los organismos modelo 815índice 819