Herencia Y Variabilidad Ppv 2

Curso: Biología Mención Material BM Nº 15 Unidad IV. Variabilidad y Herencia. Herencia post-Mendeliana INTRODUCCIÓN Las Leyes de Mendel parecen ser válidas a lo largo del espectro completo de organismos eucariotas. Estas leyes forman una base para predecir el resultado de cruzamientos simples. Sin embargo, sólo es una base; el mundo real de los genes y los cromosomas es más complejo que lo que sugieren las Leyes de Mendel, y las extensiones y excepciones son abundantes. Estas no invalidan las leyes de Mendel, sin embargo, demuestran que existen otras situaciones que pueden explicarse mediante la distribución y la segregación independiente de las parejas génicas, situaciones que deben ser acomodadas en el entramado del análisis genético. En los guisantes estudiados por Mendel, las diferencias en los fenotipos eran determinantes: presencia o ausencia, color verde o amarillo, tallo alto o bajo, etc. Sin embargo también se apreciaban diferencias cuantitativas, las mismas plantas de Mendel no eran uniformemente bajas o uniformemente altas, existía una graduación. Otra excepción a Mendel es que no todos los caracteres están determinados por un par de alelos, existen caracteres determinados por más de dos alelos y también existen interacciones entre los distintos genes de una especie, no todos los caracteres segregan siempre en forma independiente, muchos se hallan “ligados”. Todos estos temas de dominancia, alelos múltiples y genética ligada al sexo es lo que trataremos en esta guía.

1. HERENCIA SIN DOMINANCIA Mendel observó dominancia y recesividad completa en cada uno de los siete genes que estudió, sin embargo existen numerosos casos en los que se observa un tipo de dominancia incompleta. Un ejemplo para ésto es la flor americana “Don Diego de la noche” o Mirabilis jalapa; si se cruza una línea pura de M. jalapa de pétalos blancos con una línea pura de pétalos rojos, la F1 desarrolla pétalos de color rosa. Si se cruzan individuos de la F1 entre sí lo que se obtiene es plantas de pétalos: rojo, rosa y blancos en la proporción 1:2:1. (Tanto en la F1 como en la F2 aparecen individuos de pétalos rosa, fenotipo intermedio, lo cual sugiere la existencia de dominancia incompleta).

El término dominancia incompleta describe una situación general en la que el fenotipo del heterocigoto se haya entre el de los dos homocigotos (dominante y recesivo) en una escala de medida fenotípica.

Para evitar problemas en la designación de los alelos, en los casos de dominancia incompleta se utiliza la misma letra para designar al par de alelos y se diferencian con subíndices o superíndices (Figura 1).

Figura 1. Herencia en el color de la flor “Don Diego de la noche”, es un ejemplo de dominancia incompleta. El heterocigoto CWCR posee un fenotipo intermedio (en este caso rosado) de los homocigotos CRCR (rojo) y CWCW (blanco).

A continuación se presenta un ejemplo de codominancia: •

en las poblaciones humanas encontramos al grupo sanguíneo MN. Los tres grupos sanguíneos M, N, MN, corresponden, respectivamente, a los genotipos LMLM, LNLN y LMLN. Como el heterocigoto manifiesta ambos fenotipos, se dice que los dos alelos que lo determinan son codominantes.

2. RELACIONES ALÉLICAS 2.1. Alelos múltiples y codominantes. En los ejemplos vistos hasta ahora nos encontramos que para cada característica existen sólo dos posibles alelos, sin embargo para muchas características de los seres vivos nos encontramos con más de dos genes alelos determinando un carácter. Aunque en una célula diploide solo pueden existir dos alelos, el número total de posibles formas alélicas 2

pares diferentes es, a menudo, bastante grande. Esta situación se conoce como alelismo múltiple. Un ejemplo característico de alelismo múltiple es la serie de alelos que controlan los grupos sanguíneos ABO. Hay cuatro grupos sanguíneos (o fenotipos) en el sistema ABO. La serie alélica incluye tres alelos: IA, IB e i aunque, por supuesto, cada persona lleva sólo dos de estos alelos. Los alelos IA e IB determinan cada uno un antígeno concreto; el alelo i provoca la incapacidad para producir antígeno. Los alelos IA e IB son dominantes sobre i pero son codominantes en el genotipo IA IB. Tabla 1. Relación entre grupo sanguíneo, antígenos celulares, anticuerpos del plasma y genotipo del sistema ABO. Genotipo

Fenotipo (Grupo sanguíneo) 1 o AB 2 oA

IA IB I IA o IAi

AB AA o AO

3oB

IB IB o IBi

BB o BO

4oO

ii

OO

A

Antígeno (aglutinógeno en la célula) AyB (receptor universal) A B

Anticuerpos (aglutininas en el plasma) No tiene Anti- B Anti- A

No tiene (donador universal)

Anti- A y Anti- B

2.2. Alelos letales. La manifestación fenotípica de algunos genes da como resultado la muerte del individuo, sea en el período prenatal o postnatal, antes de alcanzar la madurez. Estos factores son llamados genes letales. Un alelo letal totalmente dominante, es uno que mata tanto en la condición homocigótica como en la heterocigótica, y se origina a veces de una mutación de un alelo normal. Los individuos con un alelo letal dominante mueren antes de que tengan descendencia. Por lo tanto, el mutante letal dominante es eliminado de la población en la misma generación en que se originó. Los genes letales recesivos sólo son mortales en el homocigoto y pueden ser de dos clases: •

el que no tiene efecto fenotípico obvio en los heterocigotos: Genotipo LL, Ll ll

•

Fenotipo Normal, viable. letal

el que produce un fenotipo distintivo cuando es heterocigoto: Genotipo CC Cc cc

Fenotipo Normal Afectado, distinto al normal. Letal

3. GENÉTICA DEL SEXO La diferenciación sexual es la expresión fenotípica de un conjunto de factores genéticos que determinan que el individuo sea capaz de producir uno u otro tipo de células sexuales (gametos). Los individuos macho o de sexo masculino, son los productores de espermatozoides, los individuos hembra o de sexo femenino, son los productores de óvulos y los individuos hermafroditas son capaces de producir ambos gametos a la vez. Los mecanismos de determinación genética del sexo, se suponen, serian el resultado de la participación de muchos genes que interactúan entre si y con el ambiente. 3

3.1. Determinación genética del sexo. Existen diferentes mecanismos por los cuales es posible determinar el sexo, el caso más común es aquel en el que los genes que determinan la sexualidad se reúnen en unos cromosomas determinados que se llaman cromosomas sexuales. En todas las células de un individuo, excepto en los gametos, existen dos juegos de cromosomas, que forman parejas de homólogos, es decir su dotación cromosómica, que representamos con 2n. Al agrupar estas parejas de homólogos se evidencia que existe un par de cromosomas que es diferente según estemos estudiando una hembra o un macho. Estos dos cromosomas se denominan cromosomas sexuales o heterocromosomas, mientras que los restantes pares de cromosomas homólogos, que son iguales en tamaño y forma para ambos sexos de una misma especie, se denominan autosomas o cromosomas somáticos. Los cromosomas sexuales se han denominado X e Y. En los mamíferos, las células de los individuos machos contienen un par XY (heterogamético) y las células de las hembras el par XX (homogamético). En la especie humana, cuya dotación cromosómica es de 46 cromosomas, cada célula somática contiene 22 pares de autosomas más un par XX si se trata de una mujer y 22 pares de autosomas y un par XY si se trata de un varón.

Figura 2. Al ser la fecundación producto del azar, un óvulo puede unirse a cualquiera de los tipos de espermatozoides que se han producido, por lo que en la mitad de los casos se formarán hembras y en otro 50% se formarán machos.

3.2. Herencia ligada al sexo En la especie humana los cromosomas X e Y presentan diferencias morfológicas (Figura 3), el Y es más pequeño que el X, y tienen distinto contenido génico. Están compuestos por un segmento homólogo donde se localizan genes que regulan los mismos caracteres y otro segmento diferencial, que porta tanto los genes exclusivos del X (caracteres ginándricos), como los del cromosoma Y (caracteres holándricos). Los caracteres cuyos genes se localizan en el segmento diferencial del cromosoma X, como daltonismo, hemofilia o la hipertricosis asociada al cromosoma Y, se denominan ligados al sexo.

Figura 3. Esquema de los cromosomas sexuales

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3.3. Enfermedades ligadas al sexo. A) Recesivas: •

Daltonismo: es una alteración de la visión que impide distinguir determinados colores, especialmente el rojo y el verde. Es un carácter regulado por un gen recesivo localizado en el segmento diferencial del cromosoma X. Los genotipos y fenotipos posibles son: MUJER X X : visión normal XDXd: normal/portadora XdXd: daltónica D

•

HOMBRE X Y: visión normal Xd Y: daltónico

D

D

Hemofilia: Se caracteriza por la incapacidad de coagular la sangre, debido a la mutación de uno de los factores proteicos. Igual que en el daltonismo, se trata de un caracter recesivo, y afecta fundamentalmente a los varones ya que las posibles mujeres hemofílicas Xh Xh no llegan a nacer, pues esta combinación homocigótica recesiva es letal en el estado embrionario, los genotipos y fenotipos posibles son: MUJER X X : normales XHXh: normal/portadora XhXh: hemofílica (no nace) H

•

H

HOMBRE XHY: normal Xh Y: hemofílico

La distrofia muscular de Duchenne: se caracteriza por debilitamiento y pérdida progresiva del tejido muscular. Casi todos los casos son hombres y los primeros síntomas aparecen en la niñez temprana, cuando el niño presenta dificultades para ponerse de pié. A los 12 años estará en silla de ruedas. Finalmente, presentará un cansancio grave y comenzará a tener dificultades respiratorias. Usualmente mueren a la edad de 20 años. Con la ayuda de la tecnología del DNA, se ha logrado elaborar un mapa del gen defectuoso, que provoca este grave trastorno, en un sitio específico del cromosoma X. El alelo silvestre (normal) codifica para una proteína, denominada distrofina, la cual está ausente en las personas que padecen esta enfermedad.

B) Dominantes: •

Raquitismo hipofosfatémico (raquitismo resistente a la vitamina D). En este caso, una proteína producida por las células renales, que normalmente lleva el fosfato desde el filtrado urinario hacia la sangre, es defectuosa. Debido a que la cantidad de fosfato en la sangre es mucho más baja que lo normal, los huesos son estimulados de manera crónica por la hormona paratiroidea, a liberar calcio y fosfato de manera permanente, dando como resultado estructuras óseas anormales y frágiles.

•

Incontinentia pigmenti (melanoblastosis cutis linearis). La IP es un desorden genético raro, que afecta a la piel, pelo, dientes y sistema nervioso central.

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3.4. Genes influidos por sexo.

Ciertas características tienen una expresión que depende del sexo del individuo. Generalmente se comportan así los caracteres influidos por el ambiente hormonal del individuo. Ej. La calvicie

En el hombre el carácter se comporta como dominante, sin embargo, es recesivo en la mujer: - si C (calvicie) y C+ (normal) Entonces: los varones

CC y CC+ serán calvos

Y las mujeres CC sólo serán calvas ¿Cuál es la descendencia de un hombre calvo heterocigoto y una mujer normal heterocigota? Fenotipo C

+

C

C+

C+ C +

C+ C

C

C+ C

CC

Hombres 3 : 1 Calvos normal Mujeres 3 : 1 Normales calva

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Resumen de algunas alteraciones autosómicas humanas. Trastornos dominantes

Síntomas principales

Acondroplasia

Enanismo

Enfermedad de Alzheimer

Deterioro mental; comúnmente se presenta en la etapa tardía de la vida

Enfermedad de Huntington

Hipercolesterolemia

Trastornos recesivos

Incidencia 1/ 25.000

Deterioro mental y movimientos incontrolables; se presenta a una edad media. Exceso de colesterol en la sangre; enfermedades del corazón.

Síntomas principales

Desconocido

1/ 25.000

1/ 500

Incidencia

Falta de pigmentación en piel, pelo y ojos. Albinismo

Fibrosis cística

Galactosemia

Fenilcetonuria (PKU)

Anemia falciforme

Enfermedad de Tay-Sachs

1/ 22.000

Exceso de moco en pulmones, tracto digestivo, hígado; incremento en la susceptibilidad a infecciones; muerte en la infancia a menos que se trate. Acumulación de galactosa en los tejidos; retardo mental; daño en ojos e hígado. Acumulación de fenilalanina en la sangre; deficiencia en la pigmentación de la piel; retardo mental. Glóbulos rojos en forma de huso; daño a muchos tejidos. Acumulación de lípidos en las células cerebrales; deficiencia mental; ceguera; muerte en la niñez.

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1/ 1800

1/ 100.000

1/ 10.000

1/ 500 afroamericanos

1/3.500 de judíos de Europa Central

GLOSARIO Genes ligados: Se refiere a aquellos genes que están localizados en un mismo cromosoma. Ej. En genomas eucariontes todos los genes en un mismo cromosoma están ligados. Los genes no ligados son aquellos localizados en diferentes cromosomas y segregan independientemente. Para genomas procariontes que poseen un solo cromosoma todos sus genes están ligados. Rh: Sistema antigénico primeramente descrito en el mono Rhesus. Individuos recesivos rr no producen antígeno Rh y son Rh-. Individuos RR y Rr tienen antígenos Rh en la superficie del glóbulo rojo y fenotípicamente son Rh+. Sexo Heterogamético: Sexo que produce gametos con diferentes cromosomas sexuales. Ejemplo: en seres humanos el sexo macho (AAXY) produce gametos AX y AY. Sexo homogamético: Sexo que produce gametos con los mismos cromosomas sexuales. Ejemplo: en seres humanos el sexo hembra (AAXX) produce sólo gametos del tipo AX. Síndrome Cri-du-Chat: Patología de cromosomas humanos producido por una delección parcial del brazo corto del cromosoma 5. Individuos afectados presentan un llanto similar al gemido de un gato. Síndrome Patau: Aberración cromosómica que afecta a seres humanos y se presenta con una frecuencia de 1/5.000 al nacimiento. Se relaciona con una trisomía del cromosoma 13.

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PREGUNTAS

1. ¿Cómo serán los hijos de un matrimonio en el que el varón es de vista normal y la mujer es daltónica? A) B) C) D) E)

100% de los hijos e hijas daltónicos. los varones normales y las mujeres portadoras. 50% mujeres daltónicas y 50% varones normales. 50% mujeres daltónicas y 50% varones portadores. 100% de los hijos daltónicos y 100% de las hijas portadoras.

2. ¿Cuáles son los posibles grupos sanguíneos de un descendiente de una cruza de individuos que son tipo IA IB y tipo ii? (Indicio: tipo sanguíneo ii es recesivo). A) B) C) D) E)

IAi o IBi. IA IB o ii. IAi, IBi o ii. IAi , IBi o IAIB. IAi , IBi , IAIB o ii.

3. Se cruzan dos plantas de flores color naranja y se obtiene una descendencia formada por 30 plantas de flores rojas, 60 de flores naranja y 30 de flores amarillas. Indique los genotipos posibles de estas tres plantas, sabiendo que el carácter para el color de la flor está determinado por dos alelos N1 y N2. A) color rojo heterocigoto (N1 N2), naranjo homocigoto(N1N1) y amarillo homocigoto (N2N2). B) color amarillo heterocigoto (N1 N2), rojo homocigoto (N2N2) y naranjo homocigoto (N1N1). color amarillo C) color naranja heterocigoto (N1N2), rojo homocigoto (N1N1) y homocigoto (N2N2). D) rojo homocigoto dominante (N1N1), amarillo homocigoto recesivo (N2N2) y naranjo heterocigoto (N1N2). E) ninguna de las anteriores, ya que los colores deben estar determinados por tres alelos diferentes (N1; N2; N3), es un claro ejemplo de alelismo múltiple. 4. El caballo palomino es un híbrido que presenta un color dorado con una melena y cola brillante. Se sabe que un par de alelos codominantes (D1 D2) intervienen en la herencia de estos colores de piel. Los genotipos homocigotos para el alelo D1 son de color rojizo y los genotipos homocigotos para el alelo D2 son casi blancos, denominado color cremello. Al respecto determine las proporciones esperadas al cruzar dos palominos: I) Proporción genotípica 1:2:1 (D1D1: D1D2: D2D2). II) Proporción fenotípica 3:1 (rojizo: cremello). III) Proporción genotípica 1:1 (D1D1: D2D2). A) B) C) D) E)

Sólo I Sólo II Sólo III Sólo I y II Sólo II y III

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5. En la serie alélica múltiple que determina el color del pelaje de los conejos, las relaciones de dominancia, escritas de izquierda a derecha, son: C+>Cch>Ch, el alelo C+ determina fenotipo oscuro; Cch = chinchilla; Ch = himalaya. En un cruzamiento C+Cch x CchCh ¿qué proporción de la descendencia será del fenotipo himalaya? A) B) C) D) E)

0% 25 % 50 % 75 % 100 %

6. En relación a una persona que no posee antígenos en la superficie de la membrana de sus glóbulos rojos o eritrocitos. Podemos afirmar que I) es un donador universal. II) posee aglutininas (anticuerpos) anti-A y anti-B. III) puede recibir sangre sólo de una persona de su mismo grupo. A) B) C) D) E)

Sólo I Sólo II Sólo III Sólo II y III I, II y III

7. Si se estudia una enfermedad controlada por un alelo dominante ligado al cromosoma X. ¿Qué fenotipos se esperán entre los hijos e hijas del siguiente matrimonio? • A) B) C) D) E)

Hombre afectado y mujer normal:

hijos e hijas sanos. hijos e hijas afectados. hombres afectados y mujeres normales. mujeres afectadas y hombres normales. mujeres portadoras y hombres afectados.

8. En los experimentos de Mendel, si el gen para plantas altas (T) fuera dominante incompleto sobre el gen para plantas bajas (t), ¿cuál sería el resultado de cruzar dos plantas Tt? A) B) C) D) E)

todos los descendientes todos los descendientes ¼ serán altas; ½ altura ½ serán altas; ¼ altura ¼ serán altas; ¼ altura

serán altos. serán intermedios. intermedia; ¼ bajas. intermedia; ¼ bajas. intermedia; ½ bajas.

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9. Los genes ubicados en la región no homóloga del cromosoma Y I) se llaman genes holándricos. II) son recombinables por crossing-over. III) sólo se transmiten del padre al hijo. A) B) C) D) E)

Sólo I Sólo II Sólo I y II Sólo I y III I, II y III

10. En un centro de maternidad han confundido a cuatro recién nacidos. Se sabe que los tipos ABO de los cuatro niños son O para el niño 1; A para el niño 2; B el niño 3; AB el niño 4. Se analizan entonces los tipos ABO de las cuatro parejas y se trata ahora de determinar que niño pertenece a cada una de las siguientes parejas: I) II) III) IV)

AB x O. A x O. A x AB. O x O.

Entonces la distribución correcta de los recién nacidos sería A) B) C) D) E)

1-I, 2-II, 3-III, 4-IV 1-II, 2-IV, 3-I, 4-III 1-IV, 2-I, 3-III, 4-II 1-IV, 2-II, 3-I, 4-III 1-IV, 2-I, 3-II, 4-III

DSI-BM15

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