Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

1

AA Aa

Aa aa

1/2 A 1/2 a

1/2 A

1/2 a

Razón fenotípica3/4 A-1/4 aa

Razón genotípica

1/4 AA1/2 Aa1/4 aa

HERENCIA MENDELIANAEXPERIMENTOS, LEYES DE MENDEL

Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

2

Jardín del monasterio agustino de Santo Tomás de Brunn, actual república Checa, donde Mendel realizó sus experimentos de cruces con el guisante

Monje austriaco Gregor Mendel (1822-1884)

Mendel Web: http://www.mendelweb.org/

Gen--Las unidades de la herencia que transmiten la información de los padres a la descendencia.

Cromosomas--Una larga hebra de asociación de genes en el núcleo de todas las celulas eucariotas que son visibles durante la meiosis y la mitosis. Un cromosoma consta de DNA y proteínas. Un organismo siempre tiene 2n cromosomas, lo que significa que todos los cromosomas están apareados.

Terminologia Mendeliana

Loci.-lugar que ocupa un gen en el cromosoma

Locus.- plural de loci

Genotipo--Es la construcción genética de un organismo: los genes.

Fenotipo--Los rasgos físicos y fisiológicos de un organismo. Ellos son influenciados por la construcción genética (los genes)y cosas parecidas.

Alelo--Otra palabra para gen. Cada cromosoma tiene una copia de este alelo, es decir, un par de genes.

• Homocigoto--Este termino indica que un organismo tiene dos alelos idénticos en el mismo lugar en un cromosoma. Esto da como resultado un organismo que traspasa a sus crías esa característica.

• Heterocigoto--Este termino indica que un organismo tiene dos copias diferentes de un gen en cada cromosoma.

• Gen dominante--En un heterocigoto, este alelo(gen)esta expresado completamente en un fenotipo. En términos genéticos, estos genes están representados siempre con letras mayúsculas.

• Gen recesivo--En un heterocigoto, este alelo(gen)esta completamente enmascarado en el fenotipo. En términos genéticos, estos genes son siempre representados con letras minúsculas.

• Alelos múltiples Existen caracteres que vienen determinados por más de dos alelos, pero los individuos presentan sólo dos de ellos ocupando los locus correspondientes en los cromosomas.

• Herencia intermedia: es la mezcla de los dos caracteres en la expresión. Ej: -->Flor Roja + Blanca = Rosa.

• Codominancia: comparten dominancia. Ambos alelos se expresan, pero independientemente. Ej: Flor Roja + Blanca = Roja y Blanca (un color haría de fondo y el otro serían manchas)

• Autosomas.− Los cromosomas que no son sexuales. En los individuos de sexo masculino, o femenino tienen 22 pares de autosomas idénticos morfológicamente

• Cromosomas sexuales, alosomas ó gonosomas.− Cromosomas que rigen la determinación del sexo, en la especie humana; XY en el varón y XX en la mujer.

• Cariotipo.− Conjunto de características que se toman en cuenta para identificar un juego cromosomico en particular. Visibilidad de cromosomas durante la metaface; tamaño comparativo, forma y morfología de los distintos cromosomas.

• P1.- Línea parental o Progenitores.•

• F1.- Primera generación filial•

• F2.- Segunda generación filial ( F1XF1)•

• Proporción Genotípica.-relación existente de genotipos iguales o diferentes observados en una progenie.

•

• Proporción Fenotípica.- relación existente de fenotipos iguales o diferentes observados en una progenie.

•

8

Los experimentos de Mendel demuestran que:

•La herencia se transmite por elementos particulados (no herencia de las mezclas), y

•sigue normas estadísticas sencillas, resumidas en sus dos principios

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Características del experimento de Mendel :

•Elección de caracteres cualitativos (alto-bajo, verde-amarillo, rugoso-liso, ...)

•Cruces genéticos de líneas puras (línea verde x línea amarilla)

•Análisis cuantitativos de los fenotipos de la descendencia (proporción de cada fenotipo en la descendencia)

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Flor de la planta del guisante, Pisum sativumestudiada por Mendel

12

Los siete caracteres estudiados por Mendel

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Método de cruzamiento empleado por Mendel

Polinización cruzada Autofecundación

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Resultados de todos los cruzamientos monohíbridos de Mendel

Fenotipo parental F1 F2 Relación F2

1. Semilla lisa x rugosa

2. Semilla amarilla x

verde

3. Pétalos púrpuras x

blancos

4. Vaina hinchada x

hendida

5. Vaina verde x amarilla

6. Flores axiales x

terminales

7. Tallo largo x corto

Todas lisas

Todas amarillas

Todas púrpuras

Todas hinchadas

Todas verdes

Todas axiales

Todos largos

5474 lisas; 1850 rugosas

6022 amarillas; 2001 verdes

705 púrpuras; 224 blancos

882 hinchadas; 299 hendidas

428 verdes; 152 amarillas

651 axiales; 207 terminales

787 largos; 277 cortos

2,96:1 3,01:1

3,15:1

2,95:1

2,82:1 3,14:1

2,84 1

Primer Grupo de experimentos:

• Mendel trabajando con una variedad pura de plantas de guisantes que producían las semillas amarillas y con una variedad que producía las semillas verdes. Al hacer un cruzamiento entre estas plantas, obtenía siempre plantas con semillas amarillas.

• Y LLEGA A LA CONCLUSION DE QUE:• El polen de la planta progenitora aporta a la

descendencia un alelo para el color de la semilla, y el óvulo de la otra planta progenitora aporta el otro alelo para el color de la semilla ; de los dos alelos, solamente se manifiesta aquél que es dominante (A), mientras que el recesivo (a) permanece oculto.

Segundo Grupo de experimentos:

• Mendel tomó plantas procedentes de las semillas de la primera generación (F1) del experimento anterior (figura 1) y las polinizó entre sí. Del cruce obtuvo semillas amarillas y verdes en la proporción que se indica en la figura 3. Así pues, aunque el alelo que determina la coloración verde de las semillas parecía haber desaparecido en la primera generación filial, vuelve a manifestarse en esta segunda generación.

• Los dos alelos distintos para el color de la semilla presentes en los individuos de la primera generación filial, no se han mezclado ni han desaparecido, simplemente ocurría que se manifestaba sólo uno de los dos. Cuando el individuo de fenotipo amarillo y genotipo Aa, forme los gametos, se separan los alelos, de tal forma que en cada gameto sólo habrá uno de los alelos y así puede explicarse los resultados obtenidos.

Tercer Grupo de experimentos: Retrocruzamiento o Cruce de Prueba

• En el caso de los genes que manifiestan herencia dominante, no existe ninguna diferencia aparente entre los individuos heterocigóticos (Aa) y los homocigóticos (AA), pues ambos individuos presentarían un fenotipo amarillo.

• La prueba del retrocruzamiento, o simplemente cruzamiento prueba, sirve para diferenciar el individuo homocigoto del heterocigótico. Consiste en cruzar el fenotipo dominante con la variedad homocigota recesiva (aa).

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Interpretación genética del cruce monohíbrido de Mendel

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Primera ley de Mendel:

Segregación equitativa

Los dos miembros de un par de alelos segregan en proporciones 1:1. La mitad de los gametos lleva un alelo y la otra mitad el otro alelo

AA Aa

Aa aa

1/2 A 1/2 a

1/2 A

1/2 aRazón fenotípica3/4 A-1/4 aa

Razón genotípica

1/4 AA1/2 Aa1/4 aa

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Segunda ley de Mendel:

Transmisión independiente

Durante la formación de los gametos la segregación de alelos de un gen es independiente de la segregación de los alelos en el otro gen

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Segunda ley de Mendel: Cruce dihíbrido

El cuadrado de Punnett ilustra los genotipos que dan lugar a las proporciones 9 : 3 : 3 : 1

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Cruce dihíbrido

Gen Color Y (amarillo) > y (verde)

Gen textura semilla R (liso) > r (rugoso)

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Segunda ley de Mendel:

Razón fenotípica9/16 A-B- 3/16 A-bb 3/16 aaB- 1/16 aabb

Razón genotípica

AABB Aabb aaBB1/16:1/16:1/16:aabb AaBb AABb1/16:4/16:2/16:aaBb AaBB Aabb2/16:2/16:2/16

1/4 AB

1/4 Ab

1/4 ab

1/4 aB

1/4 ab1/4 aB1/4 Ab1/4 AB

AABB

AABb

AaBb

AaBB

AAbB

AAbb

AaBb

Aabb

AaBB

AabB

aaBB

aaBb aabb

aaBb

Aabb

AaBb

Cruzamientos trihibridos y otros polihibridos

• Cuando se cruzan entre sí individuos homocigotas que difieren en tres pares de factores, el híbrido resultante se llama trihíbrido.En general, se denominan polihíbridos a los heterocigotas un numero n de pares alelomóficos.

• Lo señalado para la herencia de un dihíbrido puede ser aplicados a 3 o más pares de caracteres, pues la ley de pureza de las gametas, también se aplica.

• Método de la Línea Bifurcada o Bifurcación de Línea:• Se aplica para determinar el número y tipo de genotipos y fenotipos de cruces

que involucran 3 o mas pares de genes. Se utiliza las proporciones genotípicas y fenotipicas resultantes en un cruce monohibrido.

• Determinación de Genotipos: se utiliza la proporción de 1:2:1 en cada par de genes que a su vez se ira bifurcando con la misma proporción en el segundo par y así sucesivamente.

•

• Determinación de Fenotipos: se utiliza la proporción de 3:1 en cada par de genes que a su vez se ira bifurcando con la misma proporción en el segundo par y así sucesivamente.

CUADRADO DE PUNNETT

• Las reglas de la probabilidad se pueden usar para ayudar a predecir los resultados de cruces genéticos simples.

• Un método para calcular probabilidades es hacer lo que se llama un cuadrado de Punnett.

• Un cuadrado de Punnett es una tabla que presenta las combinaciones posibles de genes en la progenie de un cruce.

• El cuadrado se llama así porque el genetista R.C. Punnett fue el primero en sugerir que se usara.

Cómo preparar un cuadro de Punnett

• El resultado de un cruce de plantas puras de guisantes de flor roja y plantas puras de guisantes de flor blanca se puede representar de la siguiente manera:

RR x rr

Línea pura de plantas de

guisantes de flor roja

Línea pura de plantas de

guisantes de flor blanca

1. En la parte de arriba de la tabla escribe sobre las columnas las letras que representan los gametos que produce un padre. La parte superior de la tabla muestra que un gameto tiene probabilidad de ½ de recibir uno de los genes R de un padre de flor roja y una probabilidad de ½ de recibir el otro gene R.

R R

2. Las letras que representan los gametos que produce el otro padre se escriben al lado de las filas, a la izquierda de la tabla. Observa que los gametos producidos por el padre de flor blanca tienen probabilidad de ½ de que uno reciba cualquiera de los genes r.

R R

r

r

3. Los cuadrados del interior de la tabla deben ilustrar qué genotipos pueden resultar al combinarse los gametos en la fecundación. En cada cuadrado, se escriben las letras para los gametos que están arriba y a la izquierda de ese cuadrado. Las combinaciones de letras en los cuadrados muestran todos los genotipos posibles en la progenie de ese cruce. Puedes ver que los genotipos de todos los individuos de la F1 son iguales. Todas las plantas de la F1, o sea el 100%, tienen el genotipo heterocigótico Rr.

R R

r Rr Rr

r Rr Rr

4. Los cuadrados interiores ayudan también a ilustrar la razón de fenotipos que se obtendrá al hacer un cruce. Como el genotipo Rr solamente produce plantas con flores rojas, el 100% de las plantas de F1 debe expresar el fenotipo dominante.

R R

r Rr Rr

r Rr Rr

¿Encontró Mendel solo el fenotipo dominante en la

progenie de la F1 en cada uno de sus cruces?

R R

r Rr Rr=

r Rr Rr

Generación F2

• El cuadrado de Punnett también puede mostrar las probabilidades de obtener ciertos fenotipos y genotipos en la generación F2.

• Observa que la proporción de los genotipos resultantes es ¼ RR, ½ Rr y ¼ rr.

R r R r

R RR Rr R=

r Rr rr r

F1: Rr x Rr

Padre híbrido de flores

rojas

Padre híbrido de flores

rojas

• Tanto el genotipo RR como el Rr producen plantas de flores rojas. Así que la razón de los fenotipos en la generación F2 debe ser de tres plantas de flores rojas a una de flores blancas.

¿Fue esto lo que observó Mendel?

Razón genotípica = ¼ RR : ½ Rr : ¼ rr

Razón fenotípica = ¾ flores rojas: ¼ flores blancas

Cruce de Prueba

• Mendel llegó a la conclusión de que todas las plantas de flores rojas en la generación F1 tenían en genotipo Rr.

• También asumió que el genotipo de todas las plantas de flores blancas era rr.

• Predijo, pues, que un cruce entre las plantas de la F1 (Rr) con plantas de flores blancas (rr) debería producir casi un número igual de plantas de flores rojas que de plantas de flores blancas.

• Eso fue lo que obtuvo en su experimento. El cruce que hizo mendel del híbrido de la F1 con un homocigótico recesivo fue un cruce de prueba.

• Un cruce entre un ser viviente que muestra el fenotipo dominante, pero de genotipo incierto, y un ser viviente que es homocigótico recesivo, se llama un cruce de prueba.

Cruce de Prueba

r r R r

R Rr Rr R=

r rr rr r

X

Rr rr

Planta de flores rojas

Planta de flores blancas

Razón genotípica = ½ Rr : ½ rrRazón fenotípica = ½ flores rojas : ½ flores blancas

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Segunda ley de Mendel: Cruce trihíbrido

aabbccaabbCcaaBbccaaBbCcAabbccAabbCcAaBbccAaBbCcabc

aabbCcaabbCCaaBbCcaaBbCCAabbCcAabbCCAaBbCcAaBbCCabC

aaBbccaaBbCcaaBBccaaBBCcAaBbccAaBbCcAaBBccAaBBCcaBc

aaBbCcaaBbCCaaBBCcaaBBCCAaBbCcAaBbCCAaBBCcAaBBCCaBC

AabbccAabbCcAaBbccAaBbCcAAbbccAAbbCcAABbccAABbCcAbc

AabbCcAabbCCAaBbCcAaBbCCAAbbCcAAbbCCAABbCcAABbCCAbC

AaBbccAaBbCcAaBBccAaBBCcAABbccAABbCcAABBccAABBCcABc

AaBbCcAaBbCCAaBBCcAaBBCCAABbCcAABbCCAABBCcAABBCCABC

abcabCaBcaBCAbcAbCABcABC

AABBCC x aabbcc

AaBbCc x AaBbCc

P

F1

Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

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Segunda ley de Mendel: Cruce trihíbrido

abc

abC

aBc

aBC

Abc

AbC

ABc

ABC

133399927

Relacion fenotípica

aabbccaabbCcaaBbccaaBbCcAabbccAabbCcAaBbccAaBbCc

aabbCcaabbCCaaBbCcaaBbCCAabbCcAabbCCAaBbCcAaBbCC

aaBbccaaBbCcaaBBccaaBBCcAaBbccAaBbCcAaBBccAaBBCc

aaBbCcaaBbCCaaBBCcaaBBCCAaBbCcAaBbCCAaBBCcAaBBCC

AabbccAabbCcAaBbccAaBbCcAAbbccAAbbCcAABbccAABbCc

AabbCcAabbCCAaBbCcAaBbCCAAbbCcAAbbCCAABbCcAABbCC

AaBbccAaBbCcAaBBccAaBBCcAABbccAABbCcAABBccAABBCc

AaBbCcAaBbCCAaBBCcAaBBCCAABbCcAABbCCAABBCcAABBCC

abcabCaBcaBCAbcAbCABcABC

AABBCC x aabbcc

AaBbCc x AaBbCc

P

F1

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Naturaleza probabilística de las leyes Mendel:

Las leyes son probabilísticas (como si los alelos de los

genes se cogieran al azar de urnas), no deterministas

•Permiten predecir la probabilidad de los distintos genotipos y fenotipos que resultan de un cruce

•Permiten inferir el número de genes que influyen sobre un carácter

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Caracteres mendelianos en humanos:

•Capacidad de sentir el sabor de la feniltiocarbamida•Albinismo•Tipo sanguíneo•Braquidactilia (dedos de manos y pies cortos) •Hoyuelos de la mejilla•Lóbulos oreja sueltos o adosados•Pecas en la cara•Pulgar hiperlaxo•Polidactilia

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?db=OMIM

OMIM - Online Mendelian Inheritance in Man

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Caracteres mendelianos

Albinismo

VARIACIONES DE LAS LEYES MENDELIANAS

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Alelismo múltiple

• Grupos AB0

•A=B>0

•Fenotipo GenotipoA- AA ó A0B- BB ó B0AB AB0 00

•Color pelaje conejoC+ > Cch > Ch > c

C+

Salvaje

Cch

Chinchilla

Ch Himalaya

c

albino

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Alelismo múltiple

BRCA2

Individual 1 acgtagcatcgtatgcgttagacgggggggtagcaccagtacag

Individual 2 acgtagcatcgtatgcgttagacggggtggtagcaccagtacag

Individual 3 acgtagcatcgtatgcgttagacggcggggtagcaccagtacag

Individual 4 acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacag

Individual 5 acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacag

Individual 6 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag

Individual 7 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag

Individual 8 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag

Individual 9 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag

A nivel de secuencia nucleotídica prácticamente cada copia de un gen es diferente en algún nucleótido de su secuencia. El alelismo múltiple es ubicuo.

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Alelo A

Secuencia 11 acgtagcatcgtatgcgttagacgggggggtagcaccagtacag

Secuencia 22 acgtagcatcgtatgcgttagacggggtggtagcaccagtacag

Secuencia 33 acgtagcatcgtatgcgttagacggcggggtagcaccagtacag

Secuencia 4 acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacag

Secuencia 5 acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacag

Secuencia 6 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag

Secuencia 7 7 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag

Secuencia 88 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag

Secuencia 9 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag

Alelo a

Se usa la notación AA, Aa y aa para denominar a los genotipos mendelianos que determinan un fenotipo, pero en realidad éstos son internamente heterogéneos en el nivel de DNA. Su asignación como genotipo AA ó aa se debe generalmente a que todas las secuencias que pertenecen al genotipo AA comparten un fenotipo distinto de los que pertenecen al genotipo aa y esta diferencia fenotípica se debe posiblemente a un (o a unos pocos) nucleótido que sería el verdadero genotipo que causa los diferentes fenotipos

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•Gen letal y esencial •Un gen que cuando está alterado es letal, es un gen esencial

•Gen y del ratón doméstico es un ejemplo

Alelo y es dominante para el color amarillo, letal en homocigosis. Alteración proporciones mendelianas de la F2 es 2:1