Tema 4

14/03/12

1

Tema 4

Análisis genético mendeliano

2º Bloque. Fundamentos de Análisis Genético

Destino del ADN en mitosis y meiosis

Replicación y compactación

Apareamiento de cromosomas

homólogos duplicados y

entrecruzamientos

meiótica I División

meiótica II

Cromosomas duplicados alineados

individualmente

mitótica

mitosis meiosis

Segregación de homólogos

apareados

Segregación de cromátidas

Homólogo Homólogo paterno materno

Homólogo Homólogo paterno materno

4.1

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2

Alternancia haploide diploide

Ciclo de vida de Saccharomyces cerevisiae

a/α diploide

gemación

conjugación meiosis

a haploide

α haploide

gemación

tétrada (4 productos meióticos o esporas, dos de cada sexo)

4.2

Predominancia haploide

Ciclo de Neurospora crassa

4.2

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3

Predominancia diploide

Ciclo de un animal (Drosophila melanogaster) Hembra macho

Haploide

Diploide

meiosis singamia

gametos

4.2

Predominancia diploide

Ciclo de una planta (angiosperma)

Haploide

Diploide

meiosis singamia

gametos

4.2

(pistilo)

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4

Tipos de organismos según la distribución del sexo

(1) Organismos monoicos y hermafroditas - Sexos en un mismo individuo

(2) Organismos dioicos y unisexuales

- Sexos separados - A veces, dimorfismo sexual acentuado

El sexo en los ciclos de vida 4.2

(1) Determinación ambiental - Lugar de desarrollo (ej. Bonellia) - Condiciones de desarrollo

(ej. temperatura en reptiles, edad en el molusco Crepidula)

(2) Determinación genética - Determinación génica - Determinación cromosómica Ploidía (haploide / diploide) Cromosomas sexuales: sistemas XX/XY y WZ/ZZ (Tema 1)

El sexo como resultado de un plan de desarrollo y de interacción con el ambiente

El sexo en los ciclos de vida

Crepidula fornicata

Bonellia viridis

4.2

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5

Determinación génica del sexo

Efecto de un locus

(1) Organismos haplontes

(2) Organismos diplontes

Ecballium elaterium (AD > A+ > Ad )

Saccharomyces (MAT a / MAT α) Chlamydomonas (mt+ / mt-)

AD masculina A+ monoico Ad femenina

a

α Saccharomyces cerevisiae

Chlamydomonas reinhardtii

Ecballium elaterium

4.2

Determinación del sexo en animales

Aves

Mamíferos

Ofidios

Quelonios

Lagartos

Cocodrilos

WZ / ZZ

DAT (determinación

ambiental por temperatura)

Gráfico: Yoichii Matsuda (www.bio.nagoya-u.ac.jp/gcoe/english/member/matsuday.html)

DAT

WZ / ZZ

XX / XY

WZ / ZZ

WZ / ZZ

XX / XY

XX / XY

4.2

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6

Haplo-diploidía

Partenogénesis

Reina (2n)

Zángano (n)

óvulos (n)

espermatozoides (n) cigotos (2n)

Reina (2n)

Obrera (2n)

Alimentación 1

Alimentación 2

+ componente ambiental: reina/obrera

Determinación del sexo en insectos sociales

Meiosis

Obrera (2n) Zángano (n) Reina (2n)

Ejemplo en la abeja milífera

4.2

Gregor Mendel (1822-1884)

1862 (foto en un grupo en la exposición mundial de Londres)

4.3

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7

Diseño experimental de Mendel (1865)

Guisante de jardín (Pisum sativum) - Cultivo fácil y rápido. - Generación por estación. - Alto número de semillas.

-  Uso de características fenotípicas bien definidas - Caracteres alternativos - Selección de líneas puras

-  Cruces controlados

Líneas puras: mantienen constante un fenotipo a lo largo de las generaciones

Método científico seguido por Mendel

-  Análisis estadístico de los resultados

4.3

Caracteres (fenotipos) mendelianos

Caracteres discretos alternativos

4.3

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8

Elección del cruce; cruces recíprocos

Cruzamientos de Mendel

Generación parental (P): Líneas parentales elegidas Primera generación (F1): Resultado del cruce de P

Segunda generación (F2): Resultado de cruces al azar de la F1

x x

4.3

Homocigosos y heterocigosis

A a

x P

F1

Aa

A a

Dos lineas puras diferentes para un carácter poseen información genética diferente para dicho carácter

El híbrido posee necesariamente copias distintas para cada gen:

Heterocigosis

Homocigosis

4.4

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9

Análisis de proporciones en la F2

P F1 F2 Proporción F2

Semillas lisas x rugosas Lisa 5474 lisas

1850 rugosas 2,96 : 1

Semillas amarillas x verdes Amarilla 6022 amarillas 2001 verdes 3,01 : 1

Flores violetas x blancas Violeta 705 violetas 224 blancas 3,15 : 1

Vainas lisas x hendidas Lisa 882 lisas

299 hendidas 2,95 : 1

Vainas verdes x amarillas Verde 428 verdes

152 amarillas 2,82 : 1

Flores axiales x terminales Axiales 651 axiales

207 terminales 3,14 : 1

Plantas altas x enanas Altas 787 altas

277 enanas 2,84 : 1

4.4

x P

F1

Aa

A A a a

Aa

x

a A a A

AA Aa aA aa

F2 3:1

Interpretación de las segregaciones 4.4

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10

Factores hereditarios discretos (genes) gen "color de la flor"

Existen variantes de los factores (alelos) A: color violeta; a: color blanco

En los individuos aparecen por parejas (diploidía) AA; Aa; aa

Una variante enmascara a la otra (dominante/recesivo) AA y Aa color violeta; sólo aa color blanco

Líneas puras: las dos variantes son idénticas (homocigotos)

Líneas híbridas: las dos variantes son distintas (heterocigotos)

AA aa

Aa

Conclusiones de los experimentos de Mendel 4.4

Cada gameto contiene un solo elemento de la pareja (haploidía) Individuo Aa: gametos A y a

Segregación igualitaria durante la formación de gametos Individuo Aa: 1/2 gametos A 1/2 gametos a

Resultados independientes del sexo: Los cruces recíprocos dan el mismo resultado

Interpretación de Mendel: principio de segregación 4.5

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11

Esquemático Diagramático o cuadro de Punnet Probabilístico

AA x aa

Aa Aa

Aa Aa

Aa Aa

Polen A A

a

a Óvu

los 1 A

Polen Óvulos

1 a = 1 Aa

100 % Aa 100 % Aa 100 % Aa

Monohíbrido: análisis de proporciones en la F1 4.5

Métodos de representación

Métodos de representación

Aa x Aa

AA Aa aa

1 : 2 : 1

3 : 1

AA Aa

Aa aa

A a

a Óvu

los

AA Aa aa

1 : 2 : 1

3 : 1

1/2 A

Polen Óvulos

1/2 A = 1/4 AA 1

1/2 a = 1/4 Aa

1/2 a

1/2 A = 1/4 Aa

1/2 a = 1/4 aa 1

2

3

Polen

A

Monohíbrido: análisis de proporciones en la F2

Esquemático Diagramático o cuadro de Punnet Probabilístico

4.5

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12

Genética mendeliana y cromosomas 1900 Sutton

1/2 r

1/2 R

AA

Aa

aa

S

RII

RI

RII

Walter Sutton, 1877-1916

4.5

ADN

ARNm

Proteína

Proteína

ARNm

ADN

AA Aa aa

Genética mendeliana y molecular

locus

4.5

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13

P Aa x Aa Gametos A a A a F1 AA Aa aA aa

3:1

Cruzamiento de prueba o retrocruzamiento

Aa

aa A a

a

AA

aA A a

A

Aa

aa

a

Cruzamiento de un híbrido

Cruzamiento de prueba: cruce del híbrido con el parental recesivo P Aa x aa Gametos A a a F1 Aa aa

1:1

4.6

En un cruzamiento de prueba, los fenotipos de la descendencia corresponden a los genotipos de los gametos producidos por el híbrido

Cruzamiento de prueba o retrocruzamiento 4.6

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14

Dominancia intermedia

Ejemplo: color de las flores en Antirrhinum

P

F1

F1 x F1

F2

R1 R1 x R2 R2

R1 R2

R1 R2 x R1 R2

1/4 R1 R1

2/4 R1 R2

1/4 R2 R2

Segregación 1:2:1

Adaptación de la nomenclatura

4.7

grupo sanguíneo MN

Genotipo Fenotipo LM LM M LM LN MN LN LN N

LM LN x LM LN

1/4 LM LM

1/4 LN LN

1/2 LM LN

Segregación 1:2:1

Codominancia

Hemoglobina de la anemia falciforme Ejemplos:

4.7

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15

Letalidad

Enfermedad recesiva no letal Aa x Aa

1/4 AA 1/2 Aa 1/4 aa

1:2:1 genotipos 3:1 sanos : enfermos

Alelo letal recesivo Aa x Aa

1/4 AA 1/2 Aa 1/4 aa

1:2 genotipos Todos sanos

Alelo letal recesivo con fenotipo en homocigosis

(AA ≠ Aa) Aa x Aa

1/4 AA 1/2 Aa 1/4 aa

Ej. color ratón amarillo (Aa)

gris (AA)

1:2 genotipos 1:2 gris : amarillo

4.8

Color del pelo en conejos 1 gen con 4 alelos

Genotipos Fenotipo

c+c+; c+cch; c+ch; c+c Agutí

cchcch; cchch; cchc Chinchilla

chch; chc Himalaya

cc Albino

nº de alelos: n nº de genotipos = n (n+1)

2

Relaciones de dominancia: c+ > cch > ch > c

Multialelismo 4.9

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16

Grupos sanguíneos AB0 (Landsteiner, 1900) 1 gen con tres alelos: IA = IB > I0

IA IB I0

IA IA IA

GRUPO A IA IB

GRUPO AB IA I0

GRUPO A

IB IA IB

GRUPO AB IB IB

GRUPO B IB I0

GRUPO B

I0 IA I0

GRUPO A IB I0

GRUPO B I0 I0

GRUPO 0 Nobel en Fisiologia y medicina, 1930

Multialelismo

Fuc Gal

Fuc Gal Fuc Gal GlcNAc Fuc Gal

GalNAc Gal

Estructura H Alelo i Alelo IB Alelo IA

GlcNAc GlcNAc

GlcNAc

Fuc: fucosa, Gal: galactosa), GalNAc: N-acetilgalactosamina, GlcNAc: N-acetilglucosamina

4.9

Karl Landsteiner, 1868-1943

Hemaglutinación

Receptor

Donador

O

A

B

AB

Identificación de los grupos sanguíneos AB0 4.9

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17

Cascada de efectos que produce el cambio de un aminoácido de la hemoglobina en la anemia falciforme

Pleiotropia Un gen puede afectar a más de un carácter

4.10

Variabilidad de la expresión génica

Genotipo X en "situación" 1

Genotipo X en "situación" 2

Fenotipo A

Fenotipo B

Penetrancia y expresividad variables

Fondo genético

Impronta genómica

Efecto del ambiente

Fuentes de variabilidad

4.11

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18

Penetrancia incompleta

Expresividad variable

Penetrancia incompleta y expresividad variable

Penetrancia: Porcentaje de individuos que exhiben el fenotipo Expresividad: Grado de intensidad en la que se manifiesta el fenotipo

Ejemplo: polidactilia

Penetrancia y expresividad 4.11

En individuos con el mismo genotipo:

Ejemplo en el perro: Todos con genotipo sp- (responsable de las manchas de colores)

Expresividad variable

Causas de la expresividad variable: Ruido de desarrollo Efectos del ambiente (por ej. alimentación) Influencia del resto del genotipo

4.11

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19

Expresión del grupo sanguíneo AB: dependencia del gen H

Penetrancia variable

Causa habitual: Dependencia de otro genotipo

Fuc Gal

Fuc Gal Fuc Gal GlcNAc Fuc Gal

GalNAc Gal

Estructura H Alelo i Alelo IB Alelo IA

GlcNAc GlcNAc

GlcNAc

Descubrimiento del fenotipo Bombay Padre A, madre AB Tres hijos: AB, B y hembra O (fenotipo Bombay) Descendencia de la hembra 0 con individuo A: Tres hijos: AB, A y B.

4.11

Expresión variable de un gen

Efecto posicional

X+ Xw

Reordenación de genes (zonas heterocromatínicas)

Ejemplo en Drosophila: Variegación del ojo

4.11

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20

Impronta materna: gen igf2 de ratón

Alelo normal

Alelo normal

Alelo mutante

Alelo mutante

Macho heterocigótico NORMAL

Hembra heterocigótica NORMAL

Homocigoto NORMAL

Heterocigoto NORMAL

Heterocigoto ENANO

Homocigoto ENANO

Segregación: Genotípica 1:2:1 Fenotípica 1:1

1:1

Expresión variable por impronta genómica

X

4.11

Manifestación de la enfermedad Corea de Huntington (mal de San Vito)

Fenotipo anticipable de forma probabilística

Expresión variable: dependencia de la edad

Causa: alelo autosómico dominante

4.11

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21

Nutrición: Fenilcetonuria. Intolerancia lactosa Drogas: Talidomida y focomelia. Fenocopias Temperatura: conejos himalaya. Termosensibilidad

30ºC 25ºC <25ºC

Expresión fenotípica dependiente del ambiente

Norma de reacción: respuesta específica de un genotipo al ambiente

4.11

Interpretación de árboles genealógicos

4.12

14/03/12

22

Alelo recesivo en un árbol genealógico

Hay individuos afectados con padres normales (ej. II4 de I3 x I4) Todos afectados si los padres están afectados (ej. III5-8 de II3 x II4)

4.12

Todos los individuos afectados tienen padres afectados (ej. II4 de I1 x I2) Ningún individuo afectado con padres sanos (ej. III1-4 de II1 x II2)

Alelo dominante en un árbol genealógico 4.12

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23

Leyes de la suma y el producto

Suma Probabilidad de que salga

un tres o un cuatro

Producto Probabilidad de que salga

un tres y un cuatro

-  Fenómenos excluyentes -  Conjunción "o"

1/6 + 1/6 = 1/3

-  Fenómenos independientes -  Conjunción "y"

1/6 x 1/6 = 1/36

Cálculo de probabilidades

Nº de casos favorables Nº de casos posibles

Probabilidad de un suceso =

4.12

Probabilidad condicional

P suceso condicionado P suceso condicionante

Probabilidad de que salga un 3 si salió número impar

No es 1/6 sino 1/3

1/6 1/2


P suceso condicionado P suceso condicionante

=

4.12

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24

Ejemplo en un cruzamiento

Probabilidad de que un individuo de fenotipo dominante, hijo de padres heterocigotos, sea heterocigoto

AA Aa Aa aa

A A

a

a

P (heterocigoto) = 1/2 P(dominante) = 3/4 P (heterocigoto siendo dominante) = (1/2)/(3/4) = 2/3


Probabilidad condicional P suceso condicionado P suceso condicionante

4.12

Expansión binomial (a+b)n = 1 (a+b)1 = a + b (a+b)2 = a2 + 2ab + b2 (a+b)3 = a3 + 3a2b + 3ab2 + b3


Triángulo de Pascal

4.12

14/03/12

25

5! P = (3/4)3 (1/4)2 3! 2!

Aplicación de la distribución binomial Para ensayos con dos resultados posibles: probabilidad de que al realizar n ensayos se obtenga s veces el resultado cuya probabilidad es a y t veces el resultado cuya probabilidad es b:

n! P = as bt s! t!

Ejemplo: Probabilidad de que una pareja de heterocigotos al tener 5 hijos, tres de ellos sean dominantes y dos recesivos

Aa x Aa

Probabilidades dominante: 1/4 AA + 1/2 Aa recesivo: 1/4 aa

Cálculo de probabilidades 4.12

sucesos: s + t = n probabilidades: a + b = 1

(120/12) (27/64) (1/16) = 0,2637 AA Aa

Aa aa

A A

a

a

Caracteres (fenotipos) mendelianos

Análisis simultáneo de dos caracteres

4.13

14/03/12

26

F1 uniforme Rr Yy

Análisis de dos caracteres: dihibridismo 4.13

- Segregación de caracteres antagónicos

- Independencia de alelos de genes distintos

Autofecundación del dihíbrido (F1)

Parentales

Segregación de caracteres antagónicos

Independencia

Autofecundación del dihíbrido 4.13

14/03/12

27

Los dos factores se transmiten de forma independiente

Principio de segregación independiente 4.13

Descendencia del dihíbrido: correlación con la teoría cromosómica

1/4 Ab 1/4 aB

1/4 AB 1/4 ab

AaBb

Los alelos de genes situados en cromosomas distintos segregan de forma independiente durante la meiosis

1/2 1/2

1/2 1/2

1/2 1/2

1/2 x 1/2 = 1/4

Principio de segregación independiente

4.13

14/03/12

28

Descendencia del dihíbrido

rr RR x

Rr

RR Rr Rr rr

YY x

Yy

YY Yy Yy

3/4 amarillas 1/4 verdes

yy

yy

P

F1

F2

3/4 amarillas

1/4 verdes

3/4 lisas 1/4 rugosas

3/4 lisas

1/4 rugosas

3/4 lisas

1/4 rugosas

3/4 x 3/4 = 9/16 amarillas y lisas

3/4 x 1/4 = 3/16 amarillas y rugosas

1/4 x 3/4 = 3/16 verdes y lisas

1/4 x 1/4 = 1/16 verdes y rugosas

Representación por el método de bifurcación en línea

4.13

6 fenotipos posibles 6/16 A_ Bb largo naranja 3/16 A_ BB largo rojo 3/16 A_ bb largo blanco 2/16 aa Bb corto naranja 1/16 aa BB corto rojo 1/16 aa bb corto blanco

Dominancia incompleta en un locus

A- largo aa corto BB rojo Bb naranja bb blanco

P AA BB x aa bb

Aa Bb

AB ab

aabb aaBb Aabb AaBb ab

aaBb aaBB AaBb AaBB aB

Aabb AaBb AAbb AABb Ab

AaBb AaBB AABb AABB AB

ab aB Ab AB

gametos

F1

gametos

Ejemplo:

4.14

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29

Dominancia incompleta en los dos loci

AA largo Aa intermedio aa corto BB rojo Bb naranja bb blanco

9 fenotipos posibles 1/16 AA BB largo rojo 2/16 AA Bb largo naranja 1/16 AA bb largo blanco 2/16 Aa BB intermedio rojo 4/16 Aa Bb intermedio naranja 2/16 Aa bb intermedio blanco 1/16 aa BB corto rojo 2/16 aa Bb corto naranja 1/16 aa bb corto blanco

aabb aaBb Aabb AaBb ab

aaBb aaBB AaBb AaBB aB

Aabb AaBb AAbb AABb Ab

AaBb AaBB AABb AABB AB

ab aB Ab AB gametos

Ejemplo:

P AA BB x aa bb

Aa Bb

AB ab gametos

F1

4.14

Alelo letal en cruce dihíbrido

Ejemplo: Aa Bb x Aa Bb bb letal Si BB ≠ Bb Si BB = Bb 6  A- Bb 9 A- B- 3  A- BB 3 aa B- 2  aa Bb 1 aa BB

Gametos AB Ab aB ab

AB AA BB AA Bb Aa BB Aa Bb

Ab AA Bb AA bb Aa Bb Aa bb

aB Aa BB Aa Bb aa BB aa Bb

ab Aa Bb Aa bb aa Bb aa bb

4.14

14/03/12

30

Trihíbrido 4.15

Descendencia del trihíbrido 4.15

Representación por el método de bifurcación en línea

14/03/12

31

Nº de pares de genes

para los que existen

diferencias

Tipos diferentes de

gametos producidos

por los heterocigotos

de la F1

Nº de combinaciones

de gametos F1 x F1

Tipos diferentes de genotipos en

la F2

Tipos diferentes de genotipos de la

F2 que son homocigóticos

Tipos diferentes de genotipos de la

F2 que son heterocigóticos

Tipos diferentes

de fenotipos en

la F2

n 2n 4n 3n 2n 3n-2n 2n

1 2 4 3 2 1 2

2 4 16 9 4 5 4

3 8 64 27 8 19 8

4 16 256 81 16 65 16

5 32 1.024 243 32 211 32

10 1.024 1.048.576 59.049 1.024 58.025 1.024

Consecuencias del polihíbrismo 4.15

Binomio fenotípico: (3/4 + 1/4)n = 1

Término general del desarrollo del binomio:

n! (3/4)d (1/4)r d! r!

n! d! r!

indica el número de clases fenotípicas con proporción (3/4)d (1/4)r

n = número de parejas alélicas en heterocigosis d = número de caracteres dominantes r = número de caracteres recesivos

Ejemplos:

n = 1 3/4 + 1/4 = 1 n = 2 9/16 + (3/16 + 3/16) + 1/16 = 1 n = 3 27/64 + (9/64 + 9/64 + 9/64) + (3/64 + 3/64 + 3/64) + 1/64 = 1

Polihíbrido y binomio fenotípico

Cálculos para dominancia completa y genes independientes 4.15

14/03/12

32

23 pares de cromosomas

Aproximadamente 30.000 genes

Si hubiera un solo gen en heterocigosis en cada cromosoma.

223 2n Nº de gametos posibles: = 8.388.608

Fecundación 8.388.608 Posibles gametos

8.388.608 Posibles gametos

64 x 1012 posibles descendientes

Formación de gametos en humanos 4.15

Tema 4

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