Genética 2014

PARTE IV: DINAMICA Y EVOLUCIÓN DEL MATERIAL GENÉTICO

Teórica 13Genética y Desarrollo

El complejo programa de desarrollo.

Ejes ?

La determinación de los EJES corporales.

Nos basaremos en estudios en Drosophila Melanogaster:

Genes maternos: crean gradiente citoplasmático en el huevo y su origen es materno

•Morfógenos bicoid: segmentos anteriores•Morfógenos nanos: segmentos posteriores

Genes implicados en el desarrollo temprano de Drosophila melanogaster

Algunas proteínas se expresan más en el polo ANTERIOR.

Algunas proteínas se expresan sólo en el polo ANTERIOR o POSTERIOR.

Algunas proteínas se expresan más en la zona VENTRAL.

Los genes que determinan estas partes son llamados genes GAP

Drosophila está compuesta por segmentos.

Genes de segmentación (aprx. 20): determinan el número y la organización de los segmentos

•Genes gap: regiones del embrión•Genes regla de pares (pair-rules): definen pares de segmentos•Genes de polaridad de segmento: definen segmentos individuales

Mutaciones en estos genes tienen gran impacto en el fenotipo.

Mutaciones en genes GAP

Mutaciones en PAIR RULE genes

Mutaciones en segment polarity genes

Cómo surgen de estos segmentos las alas, patas y antenas?

Genes homeóticos: determinan la identidad de los segmentos. Se descubrieron a partir del estudio de mutantes homeóticos.

Genes Homeóticos: Ubx

Mutante Ubx

Mutante Antennapedia

Gen homeótico Antp:

HOMEOSIS

• Homeosis o transformación homeótica es el desarrollo de una parte del cuerpo con el fenotipo correspondiente a otra parte.

Resumen:Genes maternos

Genes GAP

Genes pair rule

Genes segment polarityGenes homeóticos

Genes homeóticos: Secuencia reguladora característica denominada homeobox -> Sec. DNA 180 pb, determinan

sitios de unión DNA (motivo hélice-giro-hélice). Muy conservado entre especies

•Complejo Antennapedia: grupos de genes homeóticos que controlan la identidad de los segmentos anteriores•Complejo bithorax: grupos de genes homeóticos que controlan la identidad de los segmentos posteriores

Los genes homeóticos están altamente conservados y tienen función de factores de

transcipción.

¿Qué tipo de proteínas codifican los genes homeóticos?

• El producto de los genes homeóticos son proteínas reguladoras de genes. Los genes homeóticos tienen una secuencia muy conservada la llamada caja homeótica (homeobox), que en la proteína da origen a una región llamada homeodominio, cuya función consiste en reconocer y unirse a secuencias de DNA en los genes subordinados.

• Las proteínas con homeodominios activan o reprimen la expresión de los genes subordinados.

… qué regulan los genes homeóticos?

• En la drosófila existe un gen homeótico que dirige la formación del ojo, para lo cual debe regular la expresión de alrededor de los 2500 genes que codifican a las proteínas que dan estructura y función al ojo.

• De esta manera un solo gen homeótico funciona como un gen maestro capaz de controlar toda la cascada de eventos necesarios para el desarrollo de una estructura tan compleja como el ojo.

La expresión ectópica del gen homeótico eyeless produce la formación de las estructuras del ojo en una pata de Drosophila

… Homologías• Los genes homeóticos

inicialmente identificados en la drosófila han sido encontrados posteriormente en vertebrados y en numerosos otros invertebrados.

• Cuando se comparan los genes homeóticos de la mosca con los del ratón se encuentran grandes homologías de secuencias.

Conservacion evolutiva de los genes homeóticos (Hox)

• Esto hace pensar que durante la evolución los insectos y los vertebrados heredaron genes homeóticos desde un ancestro común.

• Esto explicaría el patrón de organización ampliamente difundido que se observa en un gran número de especies, donde los órganos y los aparatos principales aparecen distribuidos en tres ejes depolaridad: el eje antero-posterior, el eje dorso-ventral y el eje derecha izquierda.

• Esta organización es compartida por todos los vertebrados: aves, anfibios, reptiles, y mamíferos.

• El hecho de que estos genes compartan una secuencia llamada caja homeótica (homeobox) sugiere que el mecanismo que determina la cabeza, el tronco y la cola pueden haber surgido una sola vez en la evolución.

• Los genes homeóticos se encuentran en clusters y la orientación en el cromosoma coincide con el orden de los segmentos en los que son expresados.

Filogenia genes Hox

El programa de desarrollo en animales es ancestral y altamente conservado. En escencia,

un mamífero, un gusano y una mosca – 3 organismos muy diferentes fenotípicamente- son

armados con los mismos bloques de construcción y sistemas de regulación..

Cambios en la expresión de genes Homeóticos puede ayudar a explicar

la evolución