Tema 5. Herencia mendelianacompleja

Genética CC. Mar 2005-06

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Objetivos

• Comprender que existen múltiples e importantesextensiones al mendelismo.

• Entender que los genes interaccionan entre sí y con elmedio ambiente.

• Introducir la herencia no-mendeliana.

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Extensiones del mendelismo

• Alelos múltiples.

• Variaciones en la dominancia.

• Genes letales.

• Interacciones génicas.

• Pleiotropía.

• Influencia del ambiente.

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Alelos múltiples (I)

• La mayoría de los genespresentan más de dos alelos.

• Los individuos diploidesposeen 2 alelos para cada gen.

• Ejemplos: grupo sanguíneoABO en humanos; locus whiteen Drosophila.

Fenotipo Genotipo Antígeno Anticuerpo

O i / i ninguno (H) anti-A, anti-B

A IA/IA o IA/ i A anti-B

B IB/IB o IB/ i B anti-A

AB IA/IB A y B ninguno

IA > i; IA > i; IA > IB

Figura. Alelismo múltiple

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Alelos múltiples (II)

Drosophila homocigo to Fenotipo Pigmento ocular relativo

w+ wild type 1.0000

w white 0.0044

wt tinged 0.0062

wa apricot 0.0197

wbl blood 0.031 0

we eosin 0.0324

wch

cherry 0.0410

wa3

apricot-3 0.0632

ww wine 0.0650

wco

coral 0.0798

wsat

satsuma 0.1404

wcol

colored 0.1636

Nº alelo s Nº genotipos Nº homocigoto s Nº heterocigotos

1 1 1 0

2 3 2 1

3 6 3 3

4 10 4 6

5 15 5 10

n n (n + 1) / 2 n n (n – 1) / 2

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Variaciones de la dominancia

• Dominancia completa: el fenotipo del heterocigoto esidéntico al del homocigoto dominante (p.e., color dela semilla del guisante).

• Dominancia incompleta: el fenotipo del heterocigotoes intermedio entre los fenotipos de los homocigotos(p.e., plumaje en gallinas).

• Codominancia: el heterocigoto muestra el fenotipo deambos homocigotos (p.e., grupo sanguíneo ABO).

• La dominancia es un concepto fenotípico.

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Dominancia completa

• P(Aa) = P(AA)

• Ejemplo: caracteresde Mendel.

Figura. Dominancia completa

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Dominancia incompleta• P(AA) - P(Aa) - P(aa)

• Ejemplo: plumaje engallinas

Figura. Dominancia incompleta en gallinas

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Codominancia

• P(Aa) = P(AA) + P(aa)

• A = a

• Ejemplo: gruposanguíneo ABO yanemia falciforme.

Figura. Electroforesis de proteínas del grupo ABO

Figura. Anemia falciforme

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Dominancia a nivel molecular

• Codominancia: expresión de ambos alelos enel heterocigoto.

• Dominancia incompleta: sólo se expresa unalelo (AA = 2 dosis; Aa = 1 dosis; aa = 0 dosis).

• Dominancia completa:– 1 dosis es suficiente para realizar la función celular,

– en el heterocigoto el alelo dominante se expresamás de lo normal.

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Genes letales

• Un alelo letal es aquél queresulta en la muerte de unorganismo.

• Gen yellow en ratón– no se pueden obtener cepas

puras de color amarillo

– amarillo ! no-amarillo

= 1 amarillo : 1 no-amarillo

=> amarillo es heterocigoto

– amarillo es recesivo (letalidad)y dominante (color).

Figura. Herencia del alelo letal yellow en ratón

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Sistema de letales equilibrados

• Muller (1918) -> cepa de Drosophila 100%

heterocigótica para el gen letal Beaded (B+/B)(efectodominante sobre la forma de las alas). Beaded !Beaded = 100% Beaded.

• El cromosoma homólogo portador de B+ lleva ademásun gen que es letal en homocigosis (le).

B+ le+ / B le ! B+ le+ / B le! B le / B le (letal)

" B le / B+ le (sobrevive)

! B+ le / B+ le (letal)

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Letales condicionales

• Letales condicionales: alelos solamente letalesbajo determinadas condiciones.

• En la avispa Bracon hebetor, el mutante de“ojo arriñonado” es letal a 30 ºC, pero no atemperaturas más bajas.

• La fenilcetonuria humana se pueden prevenircon dietas bajas en fenialanina.

Fenilalanina -- fenilalanina hidroxilasa --> tirosina

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Interacción génica

• Desviación de las proporciones mendelianas.

• Interacciones entre genes diferentes quecontrolan el mismo caracter, y que producenun nuevo fenotipo.

• Epistasis: el alelo de un gen enmascara laexpresión de los alelos del otro gen, alterandoel fenotipo.

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Interacción génica => nuevo fenotipo (I)

• En la gallina, cuatro formas diferentes de la crestaresultan de la interacción de alelos en loci diferentes.

• F1 (roseta ! aserrada) ! F1= 3 roseta: 1 aserrada.

• F1 (guisante ! aserrada) ! F1= 3 guisante : 1 aserrada.

• roseta ! guisante = 100% de nuez.F1 nuez ! F1 nuez = 9 nuez : 3 roseta : 3 guisante : 1 aserrado.

Ro s e t a G u i s a n t e Nu e z A s e r r a da

Figura. Formas de cresta en la gallina

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Interacción génica => nuevo fenotipo (II)

Nuez = R/– P/–; Roseta = R/– p/p; Guisante = r/r P/–; Aserrada = r/r p/p

Figura. Interacción génica en gallinas

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Epistasis

• No se produce un fenotipo nuevo.

• Un gen (epistático) enmascara la expresióndel otro (hipostático).

• Desviaciones de las proporcionesmendelianas.

• Recesiva o dominante.

• Puede ocurrir en ambas direcciones(doble).

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Epistasis recesiva

• El homocigoto aaenmascara los efectosdel locus B.

• P(aaB_) = P (aabb).

• F2 = 9:3:4.

• Ejemplo: color delpelaje en ratones.

Figura. Epistasis recesiva (9:3:4)

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Epistasis recesiva doble

• aa enmascara losefectos del alelo B, ybb los del alelo A

• Se requiere lapresencia simultáneade A y B para que seproduzca el fenotipo.

• F2 = 9:7

compuesto blanco 1 --- gen C ---> compuesto blanco 2 --- gen C ---> producto violeta (C/– P/–)

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Epistasis dominante

• Si la epistasis es dominante, el alelo Aenmascara los efectos del gen B. Lasproporciones esperadas son 12:3:1.

• En la epistasis dominante doble lasproporciones son 15:1.

A B A b a B a b

A B AABB AABb AaBB AaBb

A b AABb AAbb AaBb Aabb

a B AaBB AaBb aaBB aaBb

a b AaBb Aabb aaBb aabb

A B A b a B a b

A B AABB AABb AaBB AaBb

A b AABb AAbb AaBb Aabb

a B AaBB AaBb aaBB aaBb

a b AaBb Aabb aaBb aabb

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Epistasis F2

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Genes modificadores

• Modifican cuantitativamente la expresiónfenotípica de otros genes.

• Un ejemplo es la textura del pelo en cobaya:

A (pelo áspero) > a (pelo suave)

B1 (modifica aspereza) = B2 (sin efecto)

A-B1B1 y aa suave 7

A-B1B2 intermedio 6

A-B2B2 áspero 3

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Pleiotropía

• Un gen pleiotrópico es aquel que afecta a másde un carácter.

• La pleiotropía es común.

Ejemplos:

- yellow en ratón- Hemoglobina

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Expresión génica y ambiente

• El efecto de un gen depende del resto de los genes y delambiente.

• Penetrancia: proporción de individuos con un genotipodado que presentan un fenotipo concreto (%).

• Expresividad: grado de expresión fenotípica de ungenotipo.

Fenocopia:manifestaciónfenotípica que no secorresponde con elgenotipo

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Efectos del ambiente• b+/b+ = no calv@ b/b = calv@ b+/b = calvo

• Dominante en hombres; recesivo en mujeres.

• La testosterona favorece la calvicie.

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Norma de reacción

• Los genotipos puedentener una expresióndistinta diferentesambientes.

• La norma de reacciónes el rango defenotipos que muestraun genotipo endiferentes ambientes.

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Variación continua

• Los caracterescuantitativos presentanuna distribución continuade los fenotipos (p.e.,peso).

• Determinados pormúltiples genes (herenciapoligénica), cada uno delos cuales segrega deacuerdo a los principiosmendelianos.

1 : 6 : 15 : 20 : 15 : 6 : 1

ABC ABc AbC Abc aBC aBc abC abc

ABC 6 5 5 5 4 4 4 3

ABc 5 4 4 4 3 3 3 2

AbC 5 4 4 4 3 3 3 2

Abc 5 4 4 4 3 3 3 2

aBC 4 3 3 3 2 2 2 1

aBc 4 3 3 3 2 2 2 1

abC 4 3 3 3 2 2 2 1

abc 3 2 2 2 1 1 1 0

Nilson-Ehle (1909); color del grano en el trigo

P AA BB CC (rojo) ! aa bb cc (blanco)

F1 Aa Bb Cc (intermedio)

F2

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Varianzas cuantitativas

• La varianza fenotípica (VP)es la medida de la variacióntotal de un carácter.

• La varianza genotípica (VG)es la variación de uncarácter debida adiferencias genéticas.

• La varianza ambiental (VE)es la variación de uncarácter debida a laheterogeneidad ambiental.Por definición incluye todaslas fuentes de variación nogenéticas.VP = VG + VE

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Herencia no-mendeliana

• No todos caracteres se heredan deacuerdo a las leyes mendelianas:

– Herencia extranuclear• Herencia materna

– Efecto materno

– Impronta parental

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Herencia extranuclear

• Genes en el citoplasma o engenomas mitocondriales ycloroplásticos se denominangenes extracromósomicos.

• En general no siguen las reglasmendelianas de la herencia.

• Herencia uniparental (materna)

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Herencia materna

• El fenotipo de la F1depende únicamente delfenotipo materno.

• Una mutación elADNcp provoca lapérdida de clorofila enel cloroplasto(leucoplastos). Figura. Herencia del color en Mirabilis jalapa.

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Efecto materno

• Efecto materno:el fenotipodepende delgenotipo nuclearmaterno.

• ARNs mensajeroso proteínas en elovocito.

Figura. Efecto materno: herencia del enrollamiento de la concha en el caracol Limnaea peregra

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Impronta genómica o parental

• Cuando la expresión de un gen depende de sifue heredado del padre o de la madre.

• Relacionado con patrones de metilación.

• Síndrome de Prader-Will– Retardo, menudez, trastornos alimenticios

– Delección cromosoma 15

– 80% la delección está en el cromosoma paterno

– Los genes en esta región del cromosoma maternoestán inactivados por metilación