1

Existen diferentes patrones de herencia según las posibleslocalizaciones de un gen:

- Herencia autosómica: basada en la variación de genes simples encromosomas regulares o autosomas.

- Herencia ligada al sexo: basada en la variación de genes simples enlos cromosomas determinantes del sexo.

- Herencia citoplásmica: basada en la variación de genes simples encromosomas de organelas (herencia materna).

Patrones de herencia

• Gregorio Mendel propone por 1era vez el concepto de gen en 1865.

• Existía el concepto de herencia mezclada: la descendencia muestra normalmentecaracterísticas similares a las de ambos progenitores….pero, la descendencia no siempre es unamezcla intermedia entre las características de sus parentales.

• Mendel propone la teoría de la herencia particulada: los caracteres están determinados porunidades genéticas discretas que se transmiten de forma intacta a través de las generaciones.

Carácter: propiedad específica de un organismo; característica o rasgo.

Modelo de estudio: planta de guisante Pisum sativum - amplia gama de variedades fáciles de analizar

- puede autopolinizarse

Genética Mendeliana

Línea pura: población que produce descendencia homogénea para el carácter particular enestudio; todos los descendientes producidos por autopolinización o fecundación cruzada,dentro de la población, muestran el carácter de la misma forma.

Vaina inmadura verde o amarilla

Semilla lisa o rugosa

Semilla amarilla o verde

Pétalos púrpuras o blancos

Vaina hinchada o hendida Tallo largo o cortoFloración axial o terminal

Las 7 diferencias en uncarácter estudiadas por

Mendel

Generaciónparental (P)

1era Generación

filial (F1)

Fenotipo: formas o variantes de un carácter. Deriv. griego: “lo que se muestra”

Ej: Carácter: color de la flor, Fenotipo: púrpura o blanco

1er Exto:

También todas púrpuras!!

fenotipo B x fenotitpo A

Cruzamiento recípocrofenotipo A x fenotipo B

Todas flores púrpuras

Autofecundación de F1

929 semillas705 plantas de flores púrpuras

224 plantas de flores blancas

Relación 3:1

2

Resultados de todos los cruzamientos de Mendel en los cuales los parentales difieren en un solocarácter

El fenotipo blanco está completamente ausente en la F1, pero reaparece (en su formaoriginal) en la cuarta parte de las plantas F2 difícil de explicar por herenciamezclada.

Mendel: la capacidad para producir tanto el fenotipo púrpura como el blanco semantiene y transmite a través de las generaciones sin modificaciones.

Entonces…¿por qué no se expresa el fenotipo blanco en la F1?

Fenotipo dominante: aquel que aparece en la F1 tras el cruzamiento de 2 líneas puras.

Fenotipo púrpura es dominante sobre el blanco

Fenotipo blanco es recesivo sobre el púrpura

Relación de carácteres en F2 siempre es 3:1!!

P

F1

F2

F3

Autofecundación

(Proporción 3:1)

(3:1, amarillas:verdessobre la misma planta)

Autofecundación

Todas

Todas (= al parental verde)2/3 y ; 1/3

3/4

Semillas X

1/3 = al parental amarillo

2/3 = F1

Entonces: de F2

Exto autofecundación de F2

(= al parental amarillo)

1/4;

Proporción aparente 3:1 de F2 es 1:2:1

F2Proporcionesgenotípicas

Proporcionesfenotípicas

3/4 amarillos

1/4 verdes

1/4 amarillos puros

2/4 amarillos “impuros”

1/4 verdes puros

3

Postulado de Mendel para explicarproporción 1:2:1

1- Existen determinantes hereditariosde naturaleza particulada genes.

2- Cada planta adulta tiene 2 genes,una pareja génica. Las plantas de laF1 tienen genes dominantes (A) yrecesivos (a).

3- Los miembros de cada parejagénica se distribuyen de maneraigualitaria entre las gametas o célulassexuales.

4- Cada gameta es portadora de unsolo miembro de la pareja génica.

5- La unión de una gameta de cadaparental para formar un nuevodescendiente se produce al azar. Esquema de la generaciones P, F1 y F2 en el sistema de Mendel que

implica la diferencia en un carácter determinado por la diferencia deun gen.

Corroboración del modelo por Cruzamiento de prueba (cruzamiento con un homocigotarecesivo)

Obtiene: 58 amarillas (Yy) 52 verdes (yy)

Se confirma la segregaciónigualitaria de Y e y en el individuode la F1

Primera Ley de Mendel. Los dos miembros de una pareja génica se distribuyen separadamenteentre las gametas (segregan), de forma que la mitad de las gametas llevan un miembro de la parejay la otra mitad lleva el otro miembro de la pareja génica.

Gen del colorde la flor

Gen

c (recesivo)

C (dominante)

Alelos

cc (homocigotarecesivo)

CC (homocigotadominante

Cc (heterocigota)

Genotipos

Blanco(recesivo)

Púrpura(dominante)

Fenotipos

Color de laflor

Carácter

Individuos de una línea pura son homocigotas.

Genotipo: constitución genética (o alélica) respecto de uno o varios caracteres en estudio.

Alelos: distintas variantes de un gen

Cruzamiento dihíbrido: las líneas puras parentales difieren en dos genes que controlan dosdiferencias de caracteres distintos.

Las proporciones lisas:rugosas yamarillas:verdes son ambas 3:1!!

Segunda Ley de Mendel. La segregaciónde una pareja génica durante la formaciónde las gametas se produce de maneraindependiente de las otras parejas génicas.

4

Por la primera Ley de Mendel:

gametas Y = gametas y = 1/2gametas R = gametas r = 1/2

p (RY) = 1/2 x 1/2 =1/4p (Ry) = 1/2 x 1/2 =1/4p (rY) = 1/2 x 1/2 =1/4p (ry) = 1/2 x 1/2 =1/4

Cuadrado de Punnet parapredecir el resultado de un

cruzamiento dihíbrido

Predicción de progenies de cruzamientos usando proporciones mendelianas

Si bien el cuadrado de Punnett o el esquema ramificado pueden ser muy gráficos para predecir los tipos defenotipos y genotipos esperados en una determinada progenie, ambos métodos se tornan poco útiles cuandose analizan cruzamientos con 3 o más parejas génicas.

Ej: en un cruzamiento trihíbrido hay 3 parejas génicas, 23 clases fenotípicas (y de gametas) y 33 clasesgenotípicas posibles. En este caso el cuadrado de Punnett tendría 64 compartimentos!!

392781--3n

Nº de clases genotípicas

248

16--2n

Nº de clases fenotípicas

1234--n

Nº de parejas génicassegregantes

Entonces…es más útil calcular las proporciones fenotípicas y genotípicas de un dado cruzamientoutilizando reglas de probabilidades estadísticas.

Ej: del siguiente cruzamiento entre 2 plantas:

Aa bb Cc Dd Ee x Aa Bb Cc dd Ee

¿Qué proporción de la progenie será de genotipo a/a; b/b; c/c; d/d; e/e?

Rta:

pb (aa bb cc dd ee) = 1/4 x 1/2 x 1/4 x 1/2 x 1/4 = 1/256

habrá que examinar entre 200-300 plantas de la F1 para obtener al menos una plantacon el genotipo deseado.

Distribución igualitaria Segregación independiente

a

Pareja génica

A

A

a

Parejas génicas

A a

B bA

Ba

b

a

BBb

aA

b

A

Gametas Gametas

5

Meiosis de una célula diploide congenotipo A/a:B/b

Anafase I

Anafase II

Interfase

Telofase I

Metafase I

Telofase II

Profase

Teoría cromosómica de la herencia(Sutton-Boveri): el paralelismo entre el

comportamiento de los genes (Mendel) y loscromosomas llevó a pensar que los genesestán situados en cromosomas. (luego se

corrobora por herencia sexual)

Explica la distribución igualitariay la segregación independiente

Bases moleculares de la genética mendeliana

Alelos: variantes de un mismo gen.Difieren en solo uno o unos pocosnucleótidos entre sí.

Alelo “wild-type”: forma en la que cualquier gen particular es hallado en la naturaleza.

Ej. Color del pétalo de la planta de guisante. Alelo A es wild-type

GenotipoA/A enzima activa pigmento púrpura pétalos púrpuraA/a enzima activa pigmento púrpura pétalos púrpuraa/a enzima inactiva no hay pigmento pétalos blancos

Imp! El fenotipo blanco puede darse por la inactivación de cualquiera de los genesinvolucrados en la síntesis del pigmento.

Alelo nulo: aquel que lleva ala ausencia del productogénico normal (ej m6) o a ladesaparición fenotípica de lafunción normal (ej m2 y m3).

Los alelos nuevos formados por mutación pueden resultar en la pérdidatotal o parcial de la función, o de la ganancia de más función o inclusoadquisición de una nueva función a nivel proteico.

Alelismo múltiple: existencia de varios alelos conocidos de un gen.Serie alélica: conjunto de alelos de un gen.

Ej. PKU: enfermedad autosómica recesiva generada por el procesamiento anormal del aafenilalanina por parte de la enzima fenilalanina hidroxilasa (PAH).

Estructura de la PAHy las mutacionesencontradas

6

Ahora…por qué el alelo defectuoso de PAH es recesivo?

El gen PAH es haplosuficiente: una sola “dosis” del alelo wild-type es suficiente paraproducir el fenotipo wild-type.

Tanto el genotipo P/P (dos dosis), como el P/p (una dosis) producen una cantidad dePAH suficiente para el normal funcionamiento de la célula. Individuos p/p no tienenactividad PAH.

La recesividad de un alelo mutante es generalmente el resultado de lahaplosuficiencia del alelo wild-type de ese gen. Al contrario, la dominancia de unalelo mutante es normalmente el resultado de la haploinsuficiencia del alelo wild-typede ese gen particular.

Recesividad de un alelo mutante de un gen haplosuficiente

Bases moleculares del albinismo (enfermedad autosómica recesiva)

Símbolos utilizados enanálisis de pedrigrí

humanos

7

Pedigrí ilustrativo de un fenotipo recesivo pococomún

Análisis de pedigrí de desórdenes autosómicos recesivos

- Generalmente la enfermedad aparece enla progenie de padres no afectados.

- La progenie afectada incluye tantomujeres como hombres.

Imp! Si bien las leyes de Mendel se cumplen, lasproporciones difícilmente se observan, ya que el n es muychico.

Ej. Fenilcetonuria, fibrosisquística, albinismo

Análisis de pedigrí de desórdenes autosómicos dominantes

-El fenotipo tiende a aparecer entodas las generaciones.

- Los progenitores afectadostransmiten su fenotipo a hijos ehijas en igual proporción.

Imp! Siempre es mas común encontrar personas llevando una copia del alelo raro (A/a) que dos copias (a/a).Como consecuencia es muy común encontrar una progenie 1:1 de personas afectadas (A/a) y no afectadas(a/a).

Pedigrí ilustrativo de un fenotipo dominante poco común

Ej: Huntington,pseudoacondroplasia,polidactilia

Análisis de pedigrí de desórdenes autosómicos polimórficos

Polimorfismo: coexistencia de dos ó más fenotipos comunes de un carácter en una población.

Pedigrí ilustrativo de un desorden polimórfico

Dado que ambos son aleloscomunes en la población, laproporción de individuosportadores del alelo recesivo (yasea en homo o heterocigosis) esmucho mayor que en losdesórdenes recesivos pococomunes.

Extensiones del análisis mendeliano

Dominancia completa: el heterocigota no puede distinguirse fenotípicamente delhomocigota dominante (Ej, color de la semilla de la planta de guisante).

Dominancia incompleta: el heterocigota muestra un fenotipo cuantitativamente (aunqueno exactamente) intermedio entre los fenotipos homocigotas correspondientes.

P pétalos rojos x pétalos blancos

F1 pétalos rosas

1/4 pétalos rojosF2 1/2 pétalos rosas

1/4 pétalos blancos

Ej. Planta Dondiego de noche

121

8

Codominancia: el heterocigota expresa el fenotipo de ambos homocigotas.

Aglutinación de gl.rojos tipo AB

Aglutinación de gl.rojos tipo A

Anticuerpos Anti-A

Antígeno A

Antígeno B

Anticuerpos Anti-A

No hay aglutinación degl. rojos tipo B

Anticuerpos Anti-AGlóbulos rojos de unapersona tipo AB

Glóbulos rojos de unapersona tipo B

Glóbulos rojos de unapersona tipo A

Ej. Grupos sanguíneoshumanos ABO alelo A ( IA)

alelo B ( IB)

alelo O (i)

Antígeno B;reacciona con

anticuerpos anti-B

Antígeno A;reacciona con

anticuerpos anti-A

Antígeno H; noreacciona con

anticuerpos anti-A nianti-B

N-acetilgalactosaminaadicionada al precursor

Galactosa adicionada alprecursor

N-acetilglucosamina Galactosa N-acetilgalactosamina Fucosa

Carbohidrato precursor (H)

Base bioquímica de los grupos ABO

Los alelos A y Bproducen transferasasdistintas (que modificande manera diferente lagalactosa terminal delcompuesto precursor).El alelo O no produceninguna transferasa.

ii

IAIB

IBIB o IBi

IAIA o IAi

Genotipo

O

AB

B

A

Tipo sanguíneo Los alelos A y B son codominantes entresí y ambos son dominantes sobre el aleloi.

El alelo i es nulo; es incapaz de producircualquier forma del antígeno.

Grupo O es donante universal (nocontiene antígenos ni A ni B).

Grupo AB es receptor universal (noproduce anticuerpos naturales contrael antígeno A ni el antígeno B).

Ej. Grupo sanguíneo M-N (según posean antígenos en superficie de glóblulos rojos)

Son posibles 3 grupos sanguíneos: M, N y MN

todos--NNxNN

11-MNxNN

121MNxMN

-11MMxMN

-Todos-MMxNN

-

N

-

MN

Todos

M

Descendencia (proporciones)ParentalesMMxMM

9

Ej. Anemia falciforme humana

Tipo de Hb presente

Origen

Genotipo Fenotipo

Migración

PortadorHbSHbA

AnemiafalciformeHbSHbS

NormalHbAHbA

S

S y A

A

HbSHbA: No se produce anemia. Los gl. rojos se deforman sóloa concentraciones de O2 anormalmente bajas.

HbAHbA: Normal. Los gl. rojos no se deforman nunca.

HbSHbS: Anemia grave, a menudo mortal. La Hb anormalcausa que los gl. rojos adquieran forma de hoz.

Respecto a la anemia:alelo HbA es dominante(haplosuficiente).

Respecto a la forma del gl.rojo: dominanciaincompleta.

Respecto a la síntesis deHb: hay codominancia.

Imp!....El tipo de dominancia inferida de un estudio depende en gran medida delnivel fenotípico en el cual el ensayo es realizado (organismo, celular, molecular).

Alelos letales: alelos mutantes que pueden causarle la muerte a un organismo. Los genes enlos cuales ciertas mutaciones pueden ser letales son claramente genes esenciales.

Alelos letales recesivos: en organismos diploides se mantienen en heterocigosis.

Ej. Color de la piel del ratón.

P amarillo (Ay -) x Wild type (AA)

F1 amarillos : normales 1:1-Ratones amarillos son heterocigotas-Amarillo es dominante

- Alelo amarillo es letal en homocigosis- Alelo amarillo es dominante sobre el color depelo y además letal recesivo (igualmente esposible que ambos efectos se deban a una mismacausa básica, dependiendo de la dosis del aleloAy).

Genes pleiotrópicos: genes que producen más de un efecto fenotípico distinto.

P AyA x AyA

F1 1/4 AA wild type 1 1/2 AyA amarillo 2 1/4 AyAy letal

Interacciones génicas

albinonaranja

camuflado negro

Albino parece rosa porel color de la Hb de la

sangre

Ej. Color de la piel de las víboras

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Complementación: dos alelos dominantes wild-type se unen para producir un fenotipoespecífico, revirtiendo el fenotipo dado por dos alelos mutantes recesivos.

Ej. Color de pétalos Flor wild type: azulLínea mutante 1: flor blancaLínea mutante 2: flor blanca

P Línea blanca 1 x Línea blanca 2 AAbb x aaBB

F1 todas AaBb (azules)

F2 9 A-B- (azul)3 A-bb (blanca)3 aaB- (blanca)1 aabb (blanca)

7

9

Mutación en el mismo gen Mutación en genes distintos

Epístasis: tipo de interacción génica en la cual un gen enmascara la expresión de otro yexpresa su propio fenotipo. Generalmente ambos genes se encuentran en una misma rutametabólica.

Ej. Epístasis recesiva: color de pelo del ratón Gen B. alelo B: negro alelo b: marrónGen C. alelo C: color alelo c: ausencia de color

P BBcc (albino) x bbCC (marrón) o

BBCC (negro) x bbcc (albino)

F1 Todos BbCc (negro)

F2 9 B-C- (negro) 3 bbC- (marrón) 3 B-cc (albino) 1 bbcc (albino)

934

Ej. Epístasis recesiva en ruta metabólica

P

Permite identificar la secuencia depasos de una ruta bioquímica

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Supresión: alelo de un gen que anula la expresión de otro gen. El gen supresor puede llevarasociado su propio fenotipo o no tener otro efecto detectable mas que el de la supresión.

Ej. Producción de malvidinaen plantas

Gen K: producción de malvidina.Alelo K, dominante.Gen D: supresor no alélico en formadominante (alelo D).

P KKdd (malvidina) x kkDD (no malvidina)

F1 todas KkDd (no malvidina)

F2 9 K-D- (no malvidina) 3 kkD- (no malvidina) 1 kkdd (no malvidina) 3 K-dd (malvidina) 3

13

Genes duplicados: la presencia de al menos un alelo dominante de cualquiera de los dosgenes es suficiente para que se exprese el mismo fenotipo dominante.

Ej. Forma del fruto en la plantabolsa del pastor

Alelo A1: dominante, frutos redondeadosAlelo a1: frutos estrechosAlelo A2: dominante, frutos redondeadosAlelo a2: frutos estrechos

P A1A1A2A2 x a1a1a2a2

F1 A1a1A2a2

F2 9 A1-A2- (redondeados) 3 A1-a2a2 (redondeados) 3 a1a1A2- (redondeados) 1 a1a1a2a2 (estrechos)

1

15En complementación(9:7) son necesarios

ambos genesdominantes para

producir el fenotipo

Imp!! La observación de proporciones mendelianas alteradas revelan que un carácter estádeterminado por la interacción compleja de distintos genes.

Penetrancia: el porcentaje de individuos con un genotipo dado que exhibe el fenotipo asociadoa dicho genotipo.

Causas:1- Influencia del medio ambiente. Ej. El fenotipo de individuos mutantes en un determinadoambiente puede ser igual al de un organismo wild type en otro ambiente.2- Influencia de otros genes. Ej. Genes modificadores, epistáticos, o supresores del resto delgenoma pueden influenciar la expresión de un gen, modificando su fenotipo típico.

Expresividad: grado o intensidad con la que se expresa un genotipo determinado en unindividuo. Es una medida de la intensidad del fenotipo.

Expresión fenotípica (cadacírculo representa un

individuo)

Penetrancia y expresividad variables

Expresividad variable

Penetrancia variable

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Ej. Expresividad variable.10 grados distintos en el carácter picazo(piel manchada) en la raza “beagle”.

Análisis de pedigrí de un alelo dominante con penetrancia variable

- El individuo Q no expresa el fenotipopero lo transmite a al menos dos de susdescendientes.

- Dado que el alelo no escompletamente penetrante, el resto dela progenie, ej R, puede o no llevar elalelo dominante.

Herencia Materna

- Las mitocondrias y los cloroplastos contienen pequeños cromosomas circulares que codificanpara un definido número de genes del genoma total de la célula.

-Las organelas no son genéticamente independientes, algunas funciones están a cargo de genesnucleares.

-Cada organela está presente en varias copias por célula y cada una presenta una gran cantidadde copias de sus cromosomas.

- Los genes de las organelas muestran herencia uniparental: sus genes son heredadosexclusivamente por uno de los progenitores las organelas residen en el citoplasma y elóvulo contribuye con la mayoría del citoplasma (y sus organelas) a la célula cigota.

Heteroplasmonte: célula que poseedos tipos genéticos de organelas(normales y mutantes). En estascélulas generalmente ocurre unasegregación citoplásmica de cadatipo de organela en las diferentescélulas hijas.

Rama toda blanca

Rama toda verde

Tallo principal variegadoEj. Mutación en alelo que controla laproducción de clorofila en loscloroplastos hojas blancas

Patrón de herencia citoplásmica:

Mutante x wild-type toda la progenie es mutante

Wild-type x mutante toda la progenie es wild-type

Excepción:

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(no-viable)

NúcleoCloroplasto

Blanco

Verde

Blanco

cualquierBlanco

Verde

Variegado

cualquier

cualquier

Verde

Variegado

Huevotipo 2

Huevotipo 1

Huevotipo 3

Célula huevo femenina (n)

Célula polenmasculina (n) Zigota (2n)

División celular

Segregación citoplásmica

Mutaciones citoplásmicas en humanos

Ej 1. Enfermedad causada por una mutación simple en DNA mitocondrial.

MERRF (myoclonic epilepsy and ragged red fiber), enfermedad muscular con desórdenesauditivos y visuales.

Ej 2. Enfermedad causada por una pérdida de parte del DNA mitocondrial.

Síndrome de Kearns-Sayre, constelación de síndromes afectando ojos, corazón, músculos ycerebro. En algunos casos las células del paciente presentan una mezcla de cromosomasnormales y mutantes (provenientes de mitocondrias distintas) y las proporciones de cada unopasados a la progenie puede variar como resultado de la segregación citoplásmica. Inclusolas proporciones de cromosomas mitocondriales normales y mutantes en un mismoindividuo enfermo pueden variar en los distintos tejidos o con el tiempo.

La transmisión de fenotipos raros sólo ocurre a través de mujeres y nunca de hombres.