Genetica- Apuntes (2013)

Apunte Español
Universidad Universidad de Zaragoza
Grado Veterinaria - 2º curso
Asignatura Genética
Año del apunte 2013
Páginas 64
Fecha de subida 18/09/2017
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Apuntes completos de la asignatura de Genética

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Genética Tema 1- Naturaleza y Organización del Material Hereditario T. 1 NATURALEZA Y ORGANIZACIÓN DEL MATERIAL HEREDITARIO NATURALEZA QUÍMICA Y ESTRUCTURA DEL DNA Química: Polinucleótido  Pentosa (azúcares) + Base nitrogenada (Pirimidínica o Púrica) + Ácido fosfórico Estructura: Hélice antiparalela, por cómo se orientan o se unen los nucleótidos.
Hay 3 actividades importantes:  Replicación: Una doble cadena se divide en 2 dobles cadenas y genera 2 moléculas idénticas. Esto mantiene la información genética y no se da en meiosis.
 Transcripción: Pasar de DNA a RNA.
 Traducción: Pasar de RNA a proteínas.
REPLICACIÓN  Semiconservativa: 1 de las hebras es nueva y la otra vieja.
 Semidiscontinua: La DNA polimerasa solo puede añadir nucleótidos de 5’ a 3’.
Los cromosomas de los organismos complejos tienen múltiples orígenes de replicación, puntos donde se origina la horquilla de replicación. Los segmentos donde se encuentran los orígenes de replicación se llaman replicones o unidades de replicación.
La distancia media entre orígenes de replicación adyacentes es de 5 a 300 Kb en cromosomas de mamífero.
PROMOTOR Combinación de secuencias cortas de DNA en las proximidades del gen. Son señales de reconocimiento para la unión de factores de transcripción. De esta forma se activa la RNA polimerasa para iniciar la transcripción en un sitio concreto.
TRANSCRIPCIÓN Se realiza según las necesidades de la célula. La mayor parte del DNA de la célula no se transcribe nunca, solo se transcribe a RNAm una pequeña porción de DNA.
TRADUCCIÓN Según el código genético, el RNAm se traduce en una proteína.
TIPOS DE DNA EUCARIÓTICO El DNA eucariótico puede ser de tres 3 tipos: - Genes de copia única: Un gen para una proteína.
- DNA de secuencia repetida:  Funcionales:  Codificante: Genes de histonas: Se producen más de un tipo de histonas  No codificante: DNA telomérico: En los extremos o telómeros hay muchas copias repetidas de DNA, que se van acortando en cada generación en las células somáticas (proceso de envejecimiento).
 Sin función conocida:  Heterocromatina centromérica.
 Repeticiones en tándem de número variable.
 Transposones.
- DNA separador.
Los genes eucarióticos son discontinuos, y se dividen en: - Exón: Parte del gen que da lugar a cualquier RNA maduro. Puede contener DNA codificante o no, ya que no siempre el RNA resultante codifica una proteína.
- Intrón: DNA que separa los exones. Es no codificante y no aparece en el RNA maduro.
1 ORGANIZACIÓN DEL MATERIAL HEREDITARIO La longitud del ácido nucleico es mucho mayor que el compartimento que lo contiene (humana: 6 · 106 Kb), por lo que las moléculas de DNA deben empaquetarse de manera muy densa para caber. Para ello, el DNA se asocia con proteínas para producir una estructura muy organizada y compleja, con varios niveles de organización, llamada cromatina.
Nivel de compactación: - Nucleosoma: 1:6. Nivel más simple de estructura cromatínica.
- Solenoide: 1:36. Los nucleosomas se pliegan sobre sí mismos y forman bucles.
- Superhélice: 1:50.000/100.000. Enrollamiento helicoidal que forma el cromosoma metafásico.
CROMATINA INTERFÁSICA La cromatina es el DNA junto a las proteínas. La cromatina que se observa en la interfase es de dos tipos, según el grado de compactación.
- Eucromatina: Con menor grado de empaquetamiento, por lo que se tiñe menos. Contiene la mayor parte de los genes activos, los que se están transcribiendo, aunque en la heterocromatina hay cierta actividad. Relación de actividad: Heteroc./Eucrom. = 1/100 - Heterocromatina: Se encuentra muy condensada durante el ciclo celular, con un empaquetamiento similar al cromosoma, y tiene una tinción más intensa. Contiene las secuencias que no se transcriben. Casi el 100% de esta cromatina no se transcribe, tienen secuencias DNA repetitivas. Hay dos tipos:  Constitutiva: De localización fija, flanqueado a los centrómeros.
 Facultativa: Sin localización fija. Ej.: Cromosoma X de mamífero. Constituye uno de los 2 cromosomas X de las hembras de mamífero. Los genes contenidos en este cromosoma X no se están transcribiendo. Es la inactivación del cromosoma X.
CROMOSOMAS EN METAFASE Los cromosomas en metafase presentan un patrón de bandas claras y oscuras, las bandas G o cromosómicas, visibles con el colorante Giemsa. El patrón de bandas y el tamaño de cada cromosoma son característicos de cada especie.
Especie Nº crom. (2n) Estas bandas pueden verse con el colorante por las diferencias en la condensación: Caballo 64 - Distinta composición en bases.
- Diferente tiempo de replicación.
- Diferencias en la densidad de genes y secuencias repetidas.
Perro 78 Gato 38 Tras la tinción de cromosomas de una especie, pueden verse mutaciones, como delecciones o inversiones (se pierde un fragmento de un cromosoma, falta de una parte o de una banda entera, o varias bandas). No se ven cambios de bases.
Los cromosomas sexuales no son homólogos en las bandas. El cromosoma X suele ser más grande que el cromosoma Y, aunque ambos tienen una pequeña zona homologa. En la hembra, como tiene 2 cromosomas X, si deberán ser homólogos.
FORMA DEL CROMOSOMA - Centrómero: Es la constricción primaria. Tiene una estructura proteica, el cinetocoro, donde se unen las fibras del huso acromático.
- Cromátida: Lo que queda a cada lado al dividir el cromosoma longitudinalmente por el centrómero.
Dependiendo de la fase del ciclo celular, pueden tener 1 o 2. Se separan al dividirse, por lo que solo habrá una cromátida en anafase, telofase e interfase (hasta fase S de interfase). En la metafase deben tener 2 otra vez, hasta la siguiente anafase.
- Brazos: Al cortar transversalmente por el centrómero. Un brazo corto (p) y otro largo (q), si son iguales, el corto será el de arriba.
- Telómeros: Los extremos del cromosoma.
TIPOS DE CROMOSOMAS - Metacéntrico: Centrómero intermedio, divide en 2 brazos más o menos iguales.
- Submetacéntrico: Centrómero desplazado hacia un extremo, queda un brazo más largo que el otro.
- Acrocéntrico: Centrómero muy desplazado al extremo, queda un brazo muy corto y el otro muy largo.
- Telocéntrico: Centrómero en el extremo, queda solo un brazo.
2 Genética Tema 1- Naturaleza y Organización del Material Hereditario MATERIAL HEREDITARIO EXTRANUCLEAR Se localiza en las mitocondrias, el DNA mitocondrial (DNAmt). En cuanto a su estructura es similar al genoma bacteriano: - DNA circular, de doble hebra y superenrollada.
- Sin histonas asociadas.
- Gran variabilidad en su secuencia.
- No se produce recombinación, ya que no hay cromosoma homólogo.
- Más pequeño que el DNA nuclear, de unas 20 Kb.
Se hereda por vía materna solamente, ya que, al fecundar, el espermatozoide pierde las mitocondrias que tiene en el flagelo y solo es el óvulo el que aporta las mitocondrias.
En este DNAmt, se producen muchas mutaciones que generan enfermedades relacionadas con la función de la mitocondria, obtener energía.
3 4 Genética Tema 2- Técnicas de análisis de DNA T. 2 TÉCNICAS DE ANÁLISIS DE DNA TECNOLOGÍA DEL DNA RECOMBINANTE Una molécula de DNA recombinante es la unión artificial de DNA de diferentes orígenes. Para conseguirlo, se introduce el fragmento de DNA de interés en un vector, por ejemplo un plásmido. Después, puede clonarse este DNA recombinante para su estudio introduciendo el plásmido en una bacteria y cultivándola para que produzca muchas copias.
HERRAMIENTAS BÁSICAS PARA EL ANÁLISIS Y MODIFICACIÓN DEL DNA ENZIMAS DE RESTRICCIÓN Son nucleasas sintetizadas de forma natural por las bacterias como mecanismo de defensa. Estas enzimas reconocen y cortan una secuencia específica de nucleótidos en una doble cadena de DNA. La secuencia es corta, de unas 4 u 8 pares de bases.
Al usar la misma enzima de restricción con DNA de individuos diferentes de la misma especie, podrán verse mutaciones si los fragmentos resultantes no son de la misma longitud.
Estas enzimas pueden cortar de dos formas distintas: - Extremos cohesivos: Son complementarios entre sí y pueden juntarse.
- Extremos romos: Corte en línea recta, no son complementarios. Para poder unirlo, habría que añadir en cada extremo algunas bases obtenidas con otra enzima de restricción.
VECTORES DE CLONACIÓN Es una molécula de DNA replicante a la que puede unirse un fragmento de DNA extraño para introducirlo en una célula bacteriana y conseguirla la clonación génica.
Características generales: - Replicación autónoma.
- Mapa de restricción conocido: Un único punto de corte para cada enzima de restricción.
- Tienen marcadores selectivos: Rasgos que permitan seleccionar las células que contengan el vector.
 Resistencia a antibióticos.
 Cambios de color.
- De fácil recuperación.
Hay varios tipos de vectores, dependiendo del tamaño de DNA que admiten, de menor a mayor.
- Plásmidos: Hasta 10Kb.
- Fago λ: Hasta 25 Kb.
- Cósmidos: Hasta 45 Kb.
- YACs: Hasta 300 Kb.
- BACs: Hasta 1.000 Kb.
Su uso es la clonación de genes: - Primer paso: Cortar el fragmento de DNA que se quiere clonar y el vector con enzimas de restricción.
- Segundo paso: Ligación: Con una enzima Ligasa se unen el vector y el fragmento de DNA.
- Tercer paso: Recombinación: Se introduce la molécula de DNA recombinante en la célula (procariota o eucariota) y se obtienen numerosas copias.
SECUENCIACIÓN Se obtiene la secuencia de bases nitrogenadas del fragmento de DNA que se estudia, son fragmentos no muy largos. Sirve para detectar mutaciones. Se detectan con secuenciación o enzimas de restricción.
5 PCR Es una forma de clonación de DNA ‘in vitro’.
Esta técnica nos permite amplificar o clonar selectivamente un segmento específico de DNA, hasta obtener una cantidad suficiente para su posterior manipulación.
El objetivo de esta técnica es obtener muchas copias de un fragmento de DNA para buscar ciertas características.
Si queremos ver si un determinado gen se expresa o no es mejor utilizar los vectores de clonación, pero para todo lo demás, es más fácil y rápido usar la PCR.
Fundamentos: Esta técnica se basa en la forma en la que el DNA se replica de forma natural, con una enzima, la DNA Polimerasa: - Extensión del cebador: La DNA Polimerasa realiza la extensión del ‘primer’ utilizando la cadena complementaria como molde. Los cebadores son fragmentos cortos de DNA, de 17 a 25 bases.
Se utilizan 2 cebadores que son complementarios a los extremos 3’ del fragmento de DNA de doble cadena que queremos amplificar. Para cada cadena utilizamos un cebador diferente diseñados por nosotros.
En cada tubo se añaden:  Muestra (células con DNA).
 dNTP (nucleótidos con las 4 bases nitrogenadas).
 DNA Polimerasa.
 2 cebadores.
El fragmento de DNA que queremos amplificar debe estar en medio del fragmento que delimiten los cebadores.
- Repetición “n” veces del ciclo: Hay 3 etapas:  Desnaturalización: Calentar a 94 – 96 ºC. Así se abre la doble hélice de DNA.
 Hibridación de los cebadores: Enfriar a 50 ºC. Los cebadores se unen a sus cadenas complementarias y así la doble hélice no podrá formarse.
 Extensión o Polimerización: Calentar a 72 ºC. La DNA-polimerasa comienza a actuar y va añadiendo nucleótidos por complementariedad.
Estas 3 etapas se repiten varias veces, consiguiendo en cada ciclo que se duplique la cantidad de DNA inicial. Así en ‘n’ ciclo se tienen 2n copias de DNA (30 ciclos 230 = 109).
Esta reacción no puede mantenerse indefinidamente, alcanzando una fase de meseta en la cual ya no se consiguen más copias.
MARCADORES MOLECULARES APLICADOS A LA IDENTIFICACIÓN GENÉTICA Son determinadas secuencias de DNA que permiten la identificación genética: - Test de paternidad.
- Autenticidad de productos.
- Trazabilidad: Seguimiento del producto desde el animal vivo hasta el matadero.
- Patógenos.
- Diagnóstico de patologías hereditarias.
Hay diferentes tipos de marcadores moleculares o genéticos: RFLPS Polimorfismo tamaño de los fragmentos de restricción (Restriction fragment length polymorphism).
Son los diferentes tamaños de fragmentos que se producen en el DNA de varios individuos, tras cortar con la misma enzima de restricción, debidos a mutaciones (delecciones, inserciones, reordenaciones). En este tipo de prueba se observan 2 alelos y 3 genotipos diferentes en diploides.
Ejemplo: Tenemos DNA de 3 cerdos y queremos saber si tienen el gen Ryr, causante del Síndrome de estrés porcino. Amplificamos en cada tubo el DNA con PCR y se introducen enzimas de restricción. Los animales enfermos tienen una mutación en este gen, y al ser diploides, pueden darse 3 casos diferentes: - Enfermo: Tiene la mutación en los 2 cromosomas, por lo que la enzima los cortará generando dos fragmentos de 50 pb y otros dos de 150 pb.
- Portador: Solo tiene la mutación en un cromosoma, por lo que la enzima solo cortará en ese cromosoma y se generarán 1 fragmento de 50 pb, otro de 150 pb, y quedará el otro cromosoma entero de 200 pb.
- Sano: No tienen la mutación en ningún cromosoma, por lo que solo habrá dos fragmentos de 200 pb.
6 Genética Tema 2- Técnicas de análisis de DNA Después se hace una electroforesis con las 3 muestras en gel de agarosa. El DNA irá migrando por el gel, los fragmentos más cortos llegarán más cerca del polo positivo y los fragmentos más largos quedarán más cerca del polo negativo.
- Cerdo A: Sano, genotipo CC.
+ 50 - Cerdo B: Portador, genotipo Ct.
- Cerdo C: Enfermo, genotipo tt.
150 200 A B C MICROSATÉLITES Secuencias del genoma que consisten en repeticiones de un pequeño número de bases (1 – 6 pb).
Estas repeticiones son muy variables y se observan, en una población, muchos más alelos diferentes, más o menos de media son 10 alelos. Estos alelos están determinados por el nº de repeticiones del microsatélite.
Para verlos, se usan 2 cebadores que amplifiquen, por PCR, una secuencia que contenga el microsatélite. Las longitudes de los fragmentos serán más largas o cortas dependiendo del número de secuencias repetidas del microsatélite. Después, por electroforesis, podremos identificar a los individuos.
De media, en la identificación de animales, se usan unos 10 microsatélites diferentes.
RAPDS Random amplified polymorphic DNA. También se llaman ‘Rapids’. Sirve para detectar fragmentos al azar. Se usan 2 cebadores cortos y, por PCR, amplifican más de un segmento, ya que reconocerán su secuencia más veces en todo el genoma y se verá, por electroforesis, más bandas y de tamaños diferentes, una por cada segmento que corte con esas secuencias. La diferencia entre individuos se verá en el número de bandas, ya que lo que se busca son esas diferencias en la unión de los cebadores.
Lo que se busca es encontrar un patrón de bandas específico de la especie, para diferenciar muestras entre especies.
Ventajas: - Se utilizan primers diseñados al azar.
- Generalmente de pequeño tamaño (10-12 nucleótidos).
- No es necesario el conocimiento previo de la secuencia.
Inconvenientes: - Baja reproducibilidad SNPS Polimorfismo de un nucleótido simple o mutación (Single nucleotide polymorphisms). Son mutaciones, debidas a la variación de un nucleótido. Se detectan por secuenciación. Normalmente, se pueden ver 2 alelos diferentes, es decir, o hay una base o hay otra.
Hay microarrays comerciales, con miles de SNPs de una especie, para el genotipado.
Si se usan enzimas de restricción para detectar la mutación se llaman RFLPs, si se detectan por secuenciación son SNPs.
7 8 Genética Tema 3- Aplicaciones del Análisis en Veterinaria T. 3 APLICACIONES DEL ANÁLISIS EN VETERINARIA Algunas aplicaciones del análisis del DNA en diferentes campos de actuación del veterinario: - Producción animal.
- Sanidad animal.
- Inspección y seguridad alimentaria.
MAPAS DEL GENOMA Es el primer paso para el conocimiento de los genes y su funcionamiento. Un mapa del genoma sirve para conocer la secuencia completa de una especie (hoy en día están completos el genoma humano, bovino, porcino y pollo).
La base de los proyectos Genoma se debe a la amplificación de fragmentos de DNA mediante PCR.
Conocer la secuencia nos puede servir para seleccionar a los individuos: MAS (Selección Asistida por Marcadores).
DETECCIÓN DE GENES CON INFLUENCIA EN CANTIDAD O CALIDAD DEL PRODUCTO Genes con el carácter de producción asociado a la mutación de dicho gen: - K-Caseína: Mayor rendimiento en la producción de queso.
- DGAT-1: Cantidad de grasa en la leche.
- IGF2: Desarrollo muscular y depósitos grasos.
- RYR 1: Desarrollo muscular e hipertermia maligna. Síndrome de estrés porcino (SSP).
- PRKAG 3: Aumenta la cantidad de glucógeno del músculo en un 70% y el desarrollo muscular.
- Miostatina: Hipertrofia muscular o doble musculatura. ‘Animales culones’.
Una pérdida en la función del gen de la miostatina genera un fenotipo similar en 3 especies de mamífero (Bovino [Blanca azul belga o Asturiana de los Valles], conejo, humano). La hipertrofia muscular consiste en:  Mayor rendimiento a la canal.
 Mayor proporción de músculo.
 Menor proporción de hueso.
 Mucha menor proporción de grasa.
IDENTIFICACIÓN GENÉTICA Analizando el DNA podemos identificar los individuos basándonos en las diferencias existentes en su secuencia.
Los animales presentan diferencias en su DNA, a excepción de los gemelos monocigóticos o los clones. Si dos muestras coinciden en todas las bandas, se trata de muestras del mismo animal.
Esta identificación genética se realiza en numerosas especies de animales domésticos (vacas, caballos, perros…) utilizando microsatélites y SNPs. Este proceso se utiliza en Test de paternidad, que permite llevar a cabo la verificación de la paternidad/maternidad, ya que toda la información genética del hijo tiene que haberla recibido bien del padre o de la madre. Algunos de los usos de la verificación del test de paternidad son: - Control de libros genealógicos (Pedigrí).
- Mayor eficacia en los programas de mejora y selección. Aunque hay que tener en cuenta que el 10 – 15% de las paternidades asignadas son erróneas, lo que conlleva pérdidas al haber mantenido a un animal para selección pensando que tenían unos progenitores determinados.
Ejemplo de identificación por microsatélites: MS1: 188/192  Cada número es un alelo, los dos juntos son el genotipo.
MS2: 232/234 Para cada microsatélite, cada progenitor tendrá uno de los dos alelos, por ejemplo:  Madre: MS1: 192/194; MS2: 232/238  Padre: MS1: Tendrá el 188; MS2: Tendrá el 234. Tiene que coincidir en todos los MS, aunque haya uno que no tenga el padre, se excluye la paternidad, que genéticamente es incompatible. Si hay uno que coincida en todos, se dice que es genéticamente compatible. No se dice que es el padre, porque puede haber varios que sean genéticamente compatibles con ese alelo.
Al estudiar unos 10 MS, hay más posibilidad de que el animal que sea genéticamente compatible sea el padre verdadero. Además, en la práctica se puede asegurar más la paternidad ya que en una granja hay pocos machos, por lo que si uno sale genéticamente compatible, es casi seguro que será el padre.
9 La identificación genética también se aplica en la trazabilidad y la autentificación. En ambos casos se trata de utilizar los marcadores del DNA con diferentes propósitos: - Trazabilidad: Identificación de individuos en diferentes etapas del proceso productivo (de la granja a la mesa), verificados con otros sistemas de identificación.
- Identificación de especies en mezclas o sustituciones.
SISTEMA DE TRAZABILIDAD La seguridad alimentaria es una preocupación creciente entre los consumidores, debida a la aparición de algunos problemas (vacas locas, listeriosis, dioxinas…). Por ello, es obligatorio el establecimiento de un sistema de trazabilidad del producto.
Estos sistemas están basados en el análisis de DNA, donde se usan como marcadores los microsatélites y los SNPs.
Al analizar la muestra, en cualquiera de las fases (animal vivo, carne, leche…), debe salir el mismo resultado porque el DNA no cambia.
IDENTIFICACIÓN DE ESPECIES Algunas de las razones más importantes para realizar la autentificación de especies son: - Demanda de productos de calidad. Evitar fraudes económicos.
- Cuestiones legales.
- Razones filosóficas y religiosas.
Esta identificación puede hacerse mediante RAPDs, por ejemplo, para detectar fraudes en mezclas alimentarias.
DETECCIÓN DE MICRORGANISMOS EN ALIMENTOS Las bacterias en los alimentos pueden ocasionar grandes pérdidas económicas, ya que pueden deteriorar el alimento u originar enfermedades en consumidores por su dificultad de eliminación.
Para detectarlas se aplica la técnica PCR, basándose en la detección de un fragmento de DNA específico del microrganismo contaminante, eligiendo 2 cebadores específicos para cualquier fragmento la bacteria. Como esta técnica amplifica y multiplica mucho el número de fragmentos encontrados, por poco DNA bacteriano que haya en la muestra, podremos detectarlo. Al hacer electroforesis, si hay ausencia de banda la muestra no estaba contaminada, y si hay presencia de banda es porque la muestra estaba contaminada, porque se ve el fragmento amplificado de la bacteria.
Existen kits comerciales para estos fines.
DETECCIÓN DE TRANSGÉNICOS Mediante PCR pueden detectarse transgénicos en una mezcla con una sensibilidad del 0’1%, y se aplica en la verificación de etiquetas, seguimiento y detección de fraudes.
10 Genética Tema 4- Genética desde el punto de vista Mendeliano T. 4 GENÉTICA. PUNTO DE VISTA MENDELIANO MEIOSIS Es la conexión entre Mendel y los cromosomas.
Hay dos tipos de división celular: - Mitosis: Dos células hijas idénticas. En células somáticas.
- Meiosis: Células diferentes y con la mitad de cromosomas. En células germinales.
El ciclo celular tiene 2 fases: Interfase y división.
La meiosis es un tipo especial de división celular. Tiene lugar en los organismos con reproducción sexual y en las células germinales, las que darán los gametos. Este tipo de división es muy importante en los organismos ya que reduce a la mitad la dotación cromosómica, porque si no existiera, en cada división celular, se duplicaría. También se consigue variabilidad en la población, al generar gametos diferentes.
Esto se consigue por un entrecruzamiento al azar del material genético de la madre y del padre, que cada uno aporta cromátidas homólogas (del cromosoma de origen materno y del paterno).
Una meiosis tiene dos mitosis consecutivas, sin replicación del material genético entre ellas, no se duplican los cromosomas. En una mitosis normal, entre una y otra, hay replicación del material genético en la interfase.
FASES 1. Interfase Premeiótica.
2. Primera división meiótica: a. Profase I: En esta fase se produce el intercambio entre las cromátidas. Se unen los dos cromosomas homólogos, que se llama tétrada (porque tiene 4 cromátidas) o bivalente.
b. Metafase I. Los cromosomas van a la placa ecuatorial. La diferencia con una mitosis normal es que, en mitosis, cada cromátida del cromosoma se va a un polo de la célula somática, mientras que en la primera división meiótica, lo que va a cada lado es un cromosoma recombinado con 2 cromátidas. Aquí se consigue reducir el número de cromosomas a la mitad.
c. Anafase I.
d. Telofase I.
3. Interfase.
4. Segunda división meiótica: Es como una mitosis normal.
a. Profase II.
b. Metafase II.
c. Anafase II.
d. Telofase II.
SIGNIFICACIÓN BIOLÓGICA 1.
2.
3.
Conservación del número de cromosomas.
Distribución de la información genética de origen paterno y materno.
Variabilidad genética por recombinación.
11 MEIOSIS ATÍPICAS Cuando una miosis no funciona bien, puede ocurrir una no disyunción, es decir, no separación: - Cromosómica: En la anafase I, de la primera división meiótica, deben separarse los cromosomas homólogos e ir a cada polo. Si un cromosoma no se separa, los dos se van a un polo y la otra célula hija no tendrá ese cromosoma. El 100% de los gametos resultantes son anormales, tendrá un cromosoma de más o uno de menos.
- Cromatídica: En la segunda división meiótica, deben separarse las dos cromátidas de cada cromosoma. Si una cromátida no se separa, las dos cromátidas irán al mismo polo, y una de las células hijas no tendrá cromátidas de ese cromosoma. El 50% de los gametos resultantes serán normales, en aquellos donde se ha separado la cromátida, pero el otro 50% no lo serán, porque tendrán una cromátida de más o una de menos.
DIFERENCIAS CON MITOSIS MITOSIS MEIOSIS Ocurre en células somáticas.
Ocurre en células durante el ciclo sexual Una división celular, que da lugar a dos células hijas.
Dos divisiones celulares, que dan 4 productos meióticos.
El número de cromosomas por núcleo se mantiene.
El número de cromosomas se reduce a la mitad en los productos meióticos.
Una fase S premitótica por cada división celular.
Una fase S Premeiótica para las dos divisiones celulares.
Normalmente, no hay emparejamiento de homólogos.
Sinapsis completa de homólogos en profase I.
Normalmente, no hay entrecruzamientos.
Al menos un entrecruzamiento por par de homólogos.
Los centrómeros se dividen en anafase.
Los centrómeros no se dividen en anafase I, pero lo hacen en anafase II.
Proceso conservativo: Los genotipos de las células hijas son idénticos al genotipo parental.
Genera variación entre los productos de la meiosis.
La célula que sufre mitosis puede ser diploide o haploide.
La célula que sufre meiosis es diploide.
12 Genética Tema 4- Genética desde el punto de vista Mendeliano CONOCIMIENTO DEL GENOTIPO A PARTIR DEL FENOTIPO Leyes de Mendel: Comenzó a trabajar con líneas puras, después de haber conseguido los homocigotos.
1. Ley de la uniformidad. Al cruzar individuos homocigotos para ambos alelos (GG X gg), los descendientes de F1 tendrán el mismo fenotipo entre ellos y a uno de los progenitores, el que sea homocigoto dominante.
2. Ley de la segregación. Tras cruzar los individuos de F1 (Gg X Gg), en la siguiente generación, F2, el 25% de los descendientes tendrán el fenotipo como el progenitor parental recesivo, que había desaparecido en F1.
Esto es a causa de los gametos producidos por los individuos de F1.
G½ g½ GG ¼ Gg ¼ G½ Gg ¼ gg ¼ g½ 3. Ley de la combinación independiente. Dos alelos se heredan independientemente el uno del otro, por la meiosis, si están en cromosomas diferentes.
Al cruzar dos individuos heterocigotos para un alelos, Aa X Aa, la proporción fenotípica es 3:1 (3 con fenotipo dominante y 1 con fenotipo recesivo) y la proporción genotípica es 1:2:1 (1 AA, 2 Aa, 1 aa).
La proporción genotípica 9:3:3:1 sale al cruzar dos individuos doble heterocigotos, AaBb X AaBb, que producirá ¼ de cada gameto: AB, Ab, aB, ab.
Los genotipos resultantes serán: 9 A_B_, 3 A_bb, 3 aaB_, 1 aabb. Esta proporción solo funciona si están en cromosomas diferentes o si están tan separados de forma que en todas las células se produzcan en una proporción de ¼.
AB ¼ Ab ¼ aB ¼ ab ¼ AB ¼ AABB AABb AaBB AaBa Ab ¼ AABb Aabb AaBb Aabb aB ¼ AaBB AaBb aaBB aaBb ab ¼ AaBb Aabb aaBb aabb Las dos primeras leyes de Mendel sirven para caracteres que se encuentren en un solo gen, llamado monohibridismo. La tercera ley de Mendel explica el dihibridismo, lo que ocurre con dos genes independientes. Si hablamos de tres genes independientes el uno del otro se conoce como trihibridismo.
Tabla resumen de polihibridismos: Cruces entre organismos heterocigotos para genes que se transmiten independientemente.
Nº PARES DE GENES HETEROCIGOTOS Nº TIPOS DE GAMETOS FORMADOS Nº GENOTIPOS PRODUCIDOS Nº FENOTIPOS PRODUCIDOS n 2n 3n 2n 1 2 3 2 2 4 9 4 3 8 27 8 4 16 81 16 13 14 Genética Tema 5- Ampliación del Análisis Mendeliano T. 5 AMPLIACIÓN DEL ANÁLISIS MENDELIANO VARIACIONES EN LA DOMINANCIA Hay varias formas diferentes de interacción de los alelos de un gen al cruzar dos heterocigotos (Aa X Aa).
1. Dominancia Completa: El heterocigoto tiene el mismo fenotipo que el homocigoto dominante y, ambos, son diferentes al homocigoto recesivo. No podemos diferenciar el fenotipo del heterocigoto.
Fenotipos encontrados: 3/4 A_ y 1/4 aa.
2. Dominancia Incompleta, Dominancia parcial o Herencia intermedia: El fenotipo del heterocigoto es intermedio entre los dos homocigotos. El fenotipo del heterocigoto puede diferenciarse de los homocigotos.
Fenotipos encontrados: 1/4 AA, 1/2 Aa, 1/4 aa.
3. Codominancia: El heterocigoto expresa simultáneamente el fenotipo de los dos homocigotos. El fenotipo del heterocigoto puede diferenciarse de los homocigotos.
Cruce de AB X AB  Fenotipos encontrados: 1/4 AA, 1/2 AB, 1/4 BB.
SERIES ALÉLICAS Una serie alélica es cuando, para un gen, existen más de dos alelos en la población, aunque en un individuo solo hay dos alelos.
Es la regla más que la excepción.
Entre los alelos puede existir relación de dominancia, codominancia o herencia intermedia.
El comportamiento de los alelos, considerados dos a dos, es estrictamente mendeliano.
Ejemplos: - Sistema ABO. A = B > 0. Los alelos A y B son codominantes porque cuando están presentes los dos en un individuo se expresan dando un fenotipo diferente a los homocigotos. El 0 significa que no están ni el A ni el B, pero estos alelos dominan sobre el 0.
 Fenotipo A: Individuos AA o A0.
 Fenotipo B: Individuos BB o B0.
- Color de la piel de los conejos.
- Gen White en Drosophila.
- Hemoglobina y muchas proteínas.
- Microsatélites.
EPISTASIA Cuando dos genes afectan al mismo carácter, se modifican las proporciones fenotípicas 9:3:3:1.
Al cruzar dos dobles heterocigotos AaBb X AaBb, teniendo 2 genes que determinan caracteres diferentes se obtiene la proporción mendeliana 9:3:3:1.
- Normal: 9:3:3:1  9 A_B_ 3 A_bb 3 aaB_ 1 aabb Cuando esos genes que se cruzan actúan sobre el mismo carácter, esas proporciones se modifican: - Epistasia simple recesiva: 9:3:4  9 A_B_ 3 A_bb 3 aaB_ + 1 aabb El alelo recesivo del primer gen suprime la acción del segundo gen.
12:3:1  9 A_B_ + 3 A_bb 3 aaB_ 1 aabb El alelo dominante del primer gen, en homocigosis o heterocigosis, influye sobre la acción del segundo gen.
- Epistasia simple dominante: - Epistasia doble recesiva: - Epistasia doble dominante: - Epistasia doble dominante y recesiva: 9:7  15:1  13:3  9 A_B_ 3 A_bb + 3 aaB_ + 1 aabb 9 A_B_ + 3 A_bb + 3 aaB_ 9 A_B_ + 3 A_bb 3 aaB_ 1 aabb 1 aabb 15 EJEMPLO DE EPISTASIA SIMPLE RECESIVA (9:3:4) Ejemplo: Raza Labrador.
- A>a: aa inhibe la deposición del color en el pelo. Si el individuo, independientemente de la combinación del gen B, es homocigoto recesivo, no se expresará el color del gen B.
- B>b: Negro > marrón. Si el individuo es homocigoto dominante o heterocigoto para el gen A, se expresará el color del pelo. Los individuos BB y Bb serán negros, y los bb serán marrones.
Los individuos resultantes serán: 9 A_B_ negros, 3 A_bb marrones, 3 aaB_ y 1 aabb blancos.
GENES LETALES Recesividad: Cuando un alelo está en doble dosis para expresarse.
Dominante: Cuando el gen se expresa en simple dosis.
1. Letales Dominantes: Son aquellos que producen un efecto letal en simple dosis (homocigosis y heterocigosis).
Con que esté una vez en el genotipo será letal.
2. Letales Recesivos: Es lo más frecuente y originan un efecto letal en homocigosis recesiva. El gen tiene que estar en homocigosis para ser letal.
3. Genes Dominantes con efecto Letal Recesivo: Son letales en recesividad (homocigosis), pero se comportan como dominantes sobre el fenotipo.
a. Ejemplo 1: El alelo AY es dominante en el fenotipo, es decir, con que esté una vez en simple dosis se expresa en el fenotipo, pero necesita estar en doble dosis para ser letal.
A / A  Ratón agutí.
AY / A o A / AY  Ratón amarillo.
AY / AY  Letal.
Al cruzar dos individuos amarillos, podrán salir individuos grises y amarillos, ya que los progenitores serán heterocigotos (AYA o AAY). Los progenitores nunca serán homocigotos (AYAY) porque no llegan a nacer.
b. Ejemplo 2: ML / ML  Letal.
ML / M  Gato sin cola.
M / M  Gato normal.
OTROS CONCEPTOS PLEIOTROPÍA El mismo gen determina efectos en varias funciones o lugares del organismo.
Ejemplo: Gen del colágeno: Produce defectos en el hueso, en la esclerótica y en el oído medio.
PENETRANCIA Proporción de individuos con un genotipo determinado que manifiesta el fenotipo asociado a ese genotipo. Es la proporción de individuos que expresan el fenotipo patológico, entre todos los que presentan un genotipo portador.
Es el número de individuos heterocigotos enfermos dividido por el número total de heterocigotos.
Es el porcentaje de individuos de una población que, con un determinado genotipo, expresan su fenotipo correspondiente, frente a todos los individuos que tienen ese genotipo, expresen o no el fenotipo correspondiente.
𝑷𝒆𝒏𝒆𝒕𝒓𝒂𝒏𝒄𝒊𝒂 = 𝑳𝒐𝒔 𝒒𝒖𝒆 𝒆𝒙𝒑𝒓𝒆𝒔𝒂𝒏 𝒆𝒍 𝒇𝒆𝒏𝒐𝒕𝒊𝒑𝒐 𝒅𝒆 𝒆𝒔𝒆 𝒈𝒆𝒏𝒐𝒕𝒊𝒑𝒐 𝑻𝒐𝒅𝒐𝒔 𝒍𝒐𝒔 𝒒𝒖𝒆 𝒕𝒊𝒆𝒏𝒆𝒏 𝒆𝒍 𝒈𝒆𝒏𝒐𝒕𝒊𝒑𝒐 EXPRESIVIDAD Grado en el que un determinado genotipo se expresa a nivel fenotípico. El cuadro ocasionado por el comprende rasgos que aparecen con intensidad variable o en edades variables.
16 Genética Tema 6- Herencia y Sexo T. 6 HERENCIA Y SEXO La herencia ligada al sexo es la herencia de los caracteres que se encuentran localizados en los cromosomas sexuales.
- HEMBRA MACHO Mamíferos XX XY Gallinas ZW ZZ Sexo homogamético: Sexo que tiene dos cromosomas sexuales homólogos. En mamíferos es la hembra.
Sexo heterogaméticos: Sexo que tiene dos cromosomas distintos. En los mamíferos son los machos, que aportan el cromosoma X y el cromosoma Y. En la gallina, es la hembra.
MAMÍFEROS - Región diferencial: Región sin homología en el otro cromosoma.
- Región homologa o pseudoautosómica: Región con homología entre los dos cromosomas. Los genes que están aquí tienen un homólogo en el otro cromosoma, como ocurre con los cromosomas autosómicos.
Los machos de mamífero son hemicigóticos para los genes localizados en la región diferencial del cromosoma X.
Esto quiere decir que el macho, al solo tener un cromosoma X, no puede ser homocigoto ni heterocigoto para un gen localizado en la región diferencial del cromosoma X, porque solo tendrá uno de ellos (o es X A o Xa).
HERENCIA LIGADA AL CROMOSOMA X Genes localizados en la región diferencial del cromosoma X. Según como se hereden los caracteres, puede haber: - Dominante ligado al cromosoma X:  La condición puede afectar en ambos sexos, aunque más en hembras que en machos.
 Los machos afectados transmiten la condición a todas sus descendientes hembras, pero a ningún descendiente macho.
 Las hembras afectadas transmiten la condición a la mitad de sus descendientes tanto machos como hembras.
 Ejemplo: Hipofosfatemia.
- Recesivo ligado al cromosoma X:  La condición afecta casi exclusivamente a los machos.
 Los progenitores de un macho afectado son:  Madre portadora asintomática.
 Padre que exprese o no la condición.
 Las hembras puede expresar la condición si la madre es portadora y el padre está afectado.
 En el pedigrí no suele verse transmisión de macho a macho.
 Ejemplo: Hemofilia, daltonismo… HERENCIA LIGADA AL CROMOSOMA Y Genes localizados en la región diferencial del cromosoma Y. Estos genes son heredados solamente por los descendientes machos (provenientes del progenitor macho). A excepción de los genes relacionados con la determinación del sexo, no se ha demostrado el ligamiento al Y de ningún otro fenotipo.
17 COMPENSACIÓN DE LA DOSIS GÉNICA Proceso desarrollado en los organismos en los que las hembras y los machos difieren en el número de cromosomas sexuales (cromosomas X). Trata de eliminar la diferencia en el número de dosis de los genes ligados a dicho cromosoma. De esta forma, los productos de los genes ligados al sexo están representados en cantidades equivalentes en machos y en hembras.
MECANISMOS 1. Drosophila Melanogaster: Dos cromosomas X de las hembras son activos.
- Hipertranscripción en machos de su único cromosoma X.
2. Caenorhabditis elegans: Hipotranscripción de los dos cromosomas X de la hembra.
3. Mamíferos: Inactivación de uno de los cromosomas X de las hembras.
INACTIVACIÓN DE UN CROMOSOMA X DE LA HEMBRA Uno de los cromosomas X de la hembra se inactiva para que tenga el mismo nivel de expresión que los machos, que solo tienen un cromosoma X. El cromosoma X inactivado será la heterocromatina facultativa de la hembra de mamífero, cuyos genes no se transcriben. Con el núcleo en interfase, esta zona se ve más intensamente teñida al microscopio.
Algunas de sus características son: - Se produce al azar, es decir, cualquiera de los dos cromosomas X, tanto el de origen materno como el de origen paterno, pueden ser inactivados. En la mitad de las células se inactivará el de origen materno y en la otra mitad se inactivará el de origen paterno. Una vez que la célula, al dividirse por primera vez, decide que cromosoma se inactiva, en las sucesivas mitosis se inactivará el mismo cromosoma. Así se consigue el 50% de células con el cromosoma X de la madre y el otro 50% con el del padre.
- Corpúsculos de Barr: Zona más teñida del núcleo de una célula de hembra, en la cara interna de la membrana nuclear. Esta zona es la heterocromatina facultativa. En las hembras, con dos cromosomas X, se verá un corpúsculo de Barr. En los machos, no se verá ninguno. Si una hembra es XXX, se verán dos corpúsculos, y en un macho XXY, se verá uno.
 Esto indica que el mecanismo de compensación de dosis inactiva los cromosomas X que necesite para que solo quede uno.
 Nº de corpúsculos de Barr = Nº de cromosomas X – 1.
- Fenotípicamente, la inactivación del cromosoma X puede verse si la hembra en heterocigota en ese cromosoma. Si la hembra es homocigota, la inactivación no se podrá ver fenotípicamente porque todas las células expresaran el mismo alelo.
Un ejemplo son las gatas ‘Carey’, con un gen ligado al cromosoma X que controla el color. Tenemos los alelos: O (naranja) > o (negro) - Gato/a negro: XoY o XoXo.
- Gato/a naranja: XOY o XOXO.
- Gata Carey: XOXo. Este pelaje ocurre porque la gata tiene un 50% de células con el alelo XO (naranja) y otro 50% de células con el alelo Xo (negro). Esto se debe la inactivación de uno de los cromosomas X de la hembra.
Otro ejemplo es el mosaicismo en hembras de mamíferos. Se da en mujeres heterocigóticas para el síndrome ligado al sexo (ausencia de glándulas sudoríparas) con extensión y localización del tejido al azar.
18 Genética Tema 7- Análisis de Genealogías T. 7 ANÁLISIS DE GENEALOGÍAS Símbolos Utilizados: CARÁCTER AUTOSÓMICO RECESIVO Ejemplo: Albinismo.
Características del árbol genealógico: - Normalmente, se saltan generaciones.
- Se manifiesta en ambos sexos.
- Los descendientes afectados suelen tener progenitores no afectados.
- Aparece más frecuentemente en descendientes de cruzamientos consanguíneos.
CARÁCTER AUTOSÓMICO DOMINANTE Ejemplo: Acondroplasia.
Características del árbol genealógico: - Raramente se saltan generaciones.
- Se manifiesta en ambos sexos.
- Todos los individuos afectados tienen un progenitor afectado.
- Los progenitores no afectados, no transmiten el rasgo.
CARÁCTER RECESIVO LIGADO AL X Ejemplo: Hemofilia.
Características del árbol genealógico: - Afecta con mayor frecuencia a los machos.
- El rasgo se suele saltar generaciones.
- Nunca se transmite del progenitor al descendiente macho.
- Todas las hembras descendientes de machos afectados son portadoras.
CARÁCTER DOMINANTE LIGADO AL X Ejemplo: Raquitismo hipofosfatemico.
Características del árbol genealógico: - Están afectados ambos sexos, pero es más frecuente en hembras.
- Los machos afectados transmiten la condición a todas sus descendientes hembras, pero a ningún macho.
- Las hembras afectadas transmiten la condición a la mitad de sus descendientes, tanto machos como hembras.
- No suele saltar generaciones.
CARÁCTER LIGADO AL Y Los genes de la región diferencial del cromosoma Y son heredados solamente por los descendientes machos, provenientes del progenitor macho.
No salta generaciones.
A excepción de los genes relacionados con la determinación del sexo, no se ha demostrado con caridad el ligamiento al Y de ningún fenotipo humano.
19 20 Genética Tema 8- Genes Ligados y Recombinación en Eucariotas I T. 8 GENES LIGADOS Y RECOMBINACIÓN EN EUCARIOTAS I Genes Ligados: Aquellos genes que están situados en el mismo cromosoma.
Locus: Lugar. Cada gen está situado en un lugar de un cromosoma concreto. Locus = Gen. El plural es Loci.
Recombinación: Reordenación de alelos producidas por los sobrecruzamientos en Diploteno (meiosis I).
A los gametos que llevan la combinación original de alelos se les llama gametos parentales, son los que no han experimentado reordenación. Los gametos que llevan las cromátidas recombinadas se llaman gametos recombinados.
GENES INDEPENDIENTES En los gametos, cada uno de los 4 genotipos es igual de probable (1/4).
En un individuo heterocigoto para cada alelo (A/a y B/b) hay un 25% de que salga cualquiera de los 4 gametos posibles (AB, Ab, aB, ab).
GENES LIGADOS Para el estudio de los loci ligados, situados en el mismo cromosoma, es importante saber cuál es la fase de los individuos heterocigotos.
Fase: Es la combinación alélica que presentan los individuos dobles heterocigotos en cada uno de los cromosomas homólogos.
- Doble heterocigoto en acoplamiento: Individuo AB/ab. En un cromosoma homólogo lleva los alelos dominantes y en el otro homólogo lleva los alelos recesivos.
PROPORCIÓN GAMETO ½ AB ½ ab - Doble heterocigoto en repulsión: Individuos Ab/aB. En uno de los cromosomas lleva el alelo dominante de uno de los loci y el recesivo del otro. En el otro cromosoma lleva el alelo recesivo del primer loci y el dominante del otro.
PROPORCIÓN GAMETO ½ Ab ½ aB El sobrecruzamiento hace que los alelos unidos en el mismo cromosoma se combinen de otro modo originando gametos recombinados.
Sobrecruzamiento = Entrecruzamiento = Quiasma = Crossing over.
GAMETOS RECOMBINADOS - Un sobrecruzamiento se produce entre dos de las cuatro cromátidas. Nunca entre cromátidas hermanas, es sobre cromosomas homólogos.
- Los cuatro tipos de gametos no se producen en la misma proporción.
- Las proporciones de gametos recombinados pueden ser:  Mínimo: 0%. No hay nunca sobrecruzamiento.
 Máximo: 50%. Siempre hay sobrecruzamiento. De los 4 gametos originados, 2 de ellos serán recombinados.
- La frecuencia de sobrecruzamiento o quiasmas es el doble de la frecuencia de recombinación (proporción de gametos recombinados).
- Los genes ligados suficientemente alejados son indiferenciables de los genes independientes (frecuencia de gametos recombinados 0’50 en ambos casos). Si están muy alejados, es muy probable que haya siempre un quiasma por lo que la frecuencia será del 50%, que es la misma que hay si los genes están en diferentes cromosomas.
21 CARTOGRAFÍA GENÉTICA EN DIPLOIDES - La probabilidad de que se produzca sobrecruzamiento entre dos loci situados en el mismo cromosoma es una medida de la distancia a la que se encuentran estos loci.
- Un 1% de frecuencia de recombinación equivale a una unidad de mapa (u.m.) o centiMorgan (cM).
- Para el estudio de la frecuencia de recombinación es necesario determinar la proporción de descendientes procedentes de gametos recombinados a partir de cruces informativos.
- Limitaciones de esta técnica: Si dos genes están suficientemente alejados en el cromosoma su frecuencia de recombinación será la máxima (0’50) y serán indiferenciables de los genes independientes. Por el contrario, si los genes están muy juntos es poco probable de que se produzca un quiasma (no cabe físicamente).
CRUZAMIENTO DE DOS PUNTOS Para saber cuál es la frecuencia de recombinación, y por lo tanto su distancia en el cromosoma, de dos alelos (dos puntos) hay que seguir una serie de pasos: 1. Cruzamiento de prueba: Se realiza un cruzamiento de un individuo doble homocigoto recesivo con un doble heterocigoto en la fase correspondiente. El fenotipo de los descendientes coincidirá con el genotipo del gameto producido por el heterocigoto.
Frecuencia de recombinación = Casos favorables / Total de casos El resultado se pasa a % y, cada 1% será 1 cM.
a. Doble heterocigoto en acoplamiento: AB/ab x ab/ab.
GAMETOS DE AB/ab GAMETOS DE ab/ab AB (no recombinado) Ab recom binado ab AB/ab Ab/ab aB recom binado ab (no recombinado) aB/ab ab/ab CLASE FENOTÍPICA FRECUENCIA AB (parental) >1/4 Ab (recombinado) <1/4 aB (recombinado) <1/4 ab (parental) >1/4 CLASE FENOTÍPICA FRECUENCIA Ab (parental) >1/4 AB (recombinado) <1/4 ab (recombinado) <1/4 aB (parental) >1/4 (aB + Ab) / (AB + aB + Ab + ab) = Frecuencia de recombinación b. Doble heterocigoto en repulsión: Ab/aB x ab/ab.
GAMETOS DE Ab/aB GAMETOS DE ab/ab Ab (no recombinado) AB recom binado ab Ab/ab AB/ab ab recom binado aB (no recombinado) ab/ab aB/ab (AB + ab) / (AB + aB + Ab + ab) = Frecuencia de recombinación 22 Genética Tema 8- Genes Ligados y Recombinación en Eucariotas I 2. Cálculo de la frecuencia de recombinación a partir de F2: Al obtener los descendientes de F2 se observa que su fenotipo no coincide con el genotipo del gameto producido por el heterocigoto. Tampoco se observa la típica distribución fenotípica de la F2 del cruce dihíbrido 9:3:3:1.
a. Dobles heterocigotos en acoplamiento: AB/ab x AB/ab.
GAMETOS DE AB/ab GAMETOS DE AB/ab AB (no recombinado) AB (no recombinado) AB/AB CLASE FENOTÍPICA FRECUENCIA AB >9/16 Ab <3/16 AB/ab aB <3/16 ab >1/16 CLASE FENOTÍPICA FRECUENCIA AB <9/16 Ab >3/16 Ab recom binado aB recom binado ab (no recombinado) AB/Ab AB/aB Ab recombinado Ab/AB Ab/Ab Ab/aB Ab/ab aB recombinado aB/AB aB/Ab aB/aB aB/ab ab (no recombinado) ab/AB ab/Ab ab/aB ab/ab Método del producto: Z = (Ab x aB) / (AB x ab) b. Dobles heterocigotos en repulsión: Ab/aB x Ab/aB.
GAMETOS DE Ab/aB GAMETOS DE Ab/aB Ab (no recombinado) Ab (no recombinado) Ab/Ab AB recom binado ab recom binado aB (no recombinado) Ab/AB Ab/ab Ab/aB aB >3/16 ab <1/16 AB recombinado AB/Ab AB/ AB AB/ab AB/aB ab recombinado ab/Ab ab/ AB ab/ab ab/aB aB (no recombinado) aB/Ab aB/ AB aB/ab aB/aB Método del producto: Z = (AB x ab) / (Ab x aB) 23 24 Genética Tema 9- Genes Ligados y Recombinación en Eucariotas II T. 9 GENES LIGADOS Y RECOMBINACIÓN EN EUCARIOTAS II DOBLES QUIASMAS Cada quiasma solo afecta a dos cromátidas homólogas, pero pueden producirse dos quiasmas de diferentes maneras: 1. Recíproco: Afecta a dos cromátidas y no hay recombinación genética, el 0% de gametos recombinados.
En el ejemplo, el doble heterocigoto va en fase de acoplamiento, AB/ab. Las cromátidas 1 y 2 son cromátidas hermanas, y las cromátidas 3 y 4 son hermanas. Después de la recombinación, las cromátidas 2 y 3, como consecuencia de ese doble quiasma han experimentado una combinación del cromosoma. A pesar de esto, los alelos siguen en su posición original y en los gametos no se observa esta recombinación, ya que tienen la combinación alélica original.
Resultado: 0% de gametos recombinados.
A B A B a b a b 2. Diagonal tipo I: Afecta a tres de las cuatro cromátidas, dejando la cuarta libre. La recombinación ocurre en dos de las cuatro cromátidas, el 50% de gametos recombinados.
En el ejemplo, el primer quiasma ocurre entre las cromátidas 2 y 3, que son homólogas. El segundo quiasma ocurre entre las cromátidas 1 y 3 también homólogas, dejando libre la cromátida 4. Tras la recombinación:  La cromátida 1 tendrá una combinación alélica nueva, Ab. Será un gameto recombinado.
 La cromátida 2 tendrá la combinación original a pesar de tener información de tres cromátidas, AB.
 La cromátida 3 también presenta una nueva combinación alélica, aB. Será un gameto recombinado.
 La cromátida 4 queda como la original, ab.
Resultado: 50% de gametos recombinados.
A b A B a b a B 25 3. Diagonal tipo II: Afecta a tres de las cuatro cromátidas, dejando la primera libre. La recombinación ocurre en dos de las cuatro cromátidas, el 50% de gametos recombinados.
En el ejemplo, el primer quiasma ocurre entre las cromátidas 2 y 3, que son homólogas. El segundo quiasma ocurre entre las cromátidas 2 y 4 también homólogas, dejando libre la cromátida 1. Tras la recombinación:  La cromátida 1 queda como la original, AB.
 La cromátida 2 presenta una nueva combinación alélica, Ab. Será un gameto recombinado.
 La cromátida 3 tendrá la combinación original a pesar de tener información de tres cromátidas, ab.
 La cromátida 4 tendrá una combinación alélica nueva, aB. Será un gameto recombinado.
Resultado: 50% de gametos recombinados.
A B A b a B a b 4. Complementario: Afecta a las cuatro cromátidas. La recombinación es en las cuatro cromátidas, el 100% de gametos recombinados.
Aquí las 4 cromátidas quedan afectadas por los quiasmas. El primer quiasma es entre las cromátidas 1 y 3, y otro entre las cromátidas 2 y 4. Tras la recombinación, todas las cromátidas tendrán una combinación distinta a la original, las cromátidas 1 y 2 tendrán Ab y las cromátidas 3 y 4 tendrán aB. De esta forma, los 4 gametos que se producen están recombinados.
Resultado: 100% de gametos recombinados.
26 A b A b a B a B Genética Tema 9- Genes Ligados y Recombinación en Eucariotas II FACTORES QUE AFECTAN AL SOBRECRUZAMIENTO Factores que afectan a la formación de quiasmas: - Factores no genéticos:  Edad. A medida que aumenta la edad, la frecuencia de aparición de quiasmas disminuye. Relación inversa.
 Temperatura. Al aumentar la Tª también aumenta la frecuencia de aparición de quiasmas. Relación directa.
- Factores genéticos:  Proximidad al centrómero. Cuanto más cerca estén del centrómero, menos frecuente es la aparición de quiasmas entre el locus estudiado y el centrómero.
 Sexo. En algunas especies (Drosophila), el macho carece de quiasmas en sus meiosis. Es una influencia que depende mucho de la especie, suele ser el sexo heterogamético el que carece de quiasmas.
 Determinismo genético. Hay una base genética que hace que sean más frecuentes los quiasmas, aunque no se conocen los genes.
 Asinapsis. Es la ausencia de apareamiento entre cromosomas homólogos, por lo que no hay quiasmas.
 Proximidad de otro quiasma en el mismo cromosoma. Son la interferencia y el CC. Es importante al trabajar con dos quiasmas.
INTERFERENCIA Y COEFICIENTE DE COINCIDENCIA - Interferencia Positiva: La presencia de un quiasma impide que se produzca otro.
Interferencia Negativa: La presencia de un quiasma favorece que se produzca otro.
I = 1 - CC - Coeficiente de Coincidencia: CC = Nº doble recombinantes observados / Nº dobles recombinantes esperados. Su máximo es 1, si se observan los mismo DR que los que se esperan, por lo que no habría ningún tipo de interferencia. Si hay menos observados que esperados, el resultado será <1, por lo que habrá interferencia positiva. Si hay más observados que los esperados, será un valor >1, por lo que sería interferencia negativa.
CRUZAMIENTO DE TRES PUNTOS Al trabajar con 3 genes ligados en el mismo cromosoma, se puede producir un doble quiasma.
Esta prueba permite conocer el orden y la distancia de tres loci en el cromosoma eucariótico. Al haber 3 genes, hay 3 órdenes posibles (ABD, ADB o BAD), el resto de posibles ordenes simplemente son darle la vuelta al cromosoma.
Parte del cruzamiento de prueba entre un triple heterocigoto y un triple homocigoto recesivo. Este cruzamiento permite calcular las frecuencias de recombinación entre los tres loci.
- Triple heterocigoto en acoplamiento: ABD/abd x abd/abd. Al haber 3 genes, la fase de repulsión tiene varias combinaciones. Este cruzamiento, tiene 8 gametos posibles: GAMETOS DE ABD/abd GAMETOS DE abd/abd ABD no recombinado abd no recombinado Abd recombina do aBD recombina do ABd recombina do abD recombina do AbD doble recom binado aBd doble recom binado abd ABD/abd abd/abd Abd/abd aBD/abd ABd/abd abD/abd AbD/a bd aBd/ab d Sufren un quiasma entre A y B. Son menos frecuentes.
Muy frecuentes Sufren un quiasma entre B y D. Son menos frecuentes.
Sufren doble quiasmas, entre A-B y B-D. Son muy poco frecuentes.
Las combinaciones fenotípicas son 8: CLASE FENOTÍPICA RECOMBINANTE / NO RECOMB.
ABREVIATURA ABD y abd No recombinante o Parentales NR o P Abd y aBD Recombinación sencilla entre A/a y B/b RSI ABd y abD Recombinación sencilla entre B/b y D/d RSII AbD y aBd Doble recombinante DR 27 Para calcular las frecuencias de recombinación siempre son un cociente, entre los casos favorables y el total de los casos: - Frecuencia de recombinación entre lo loci A/a y B/b: Nos indica la distancia que hay entre los alelos A y B.
(RSI + DR) / (NR + RSI + RSII + DR) = FRAB - Frecuencia de recombinación entre lo loci B/b y D/d: Nos indica la distancia que hay entre los alelos B y D.
(RSII + DR) / (NR + RSI + RSII + DR) = FRBD - Coincidencia: Es el cociente entre el número de DR observados y los esperados, que se calcula con las probabilidades anteriores y el total de la muestra (N).
CC = DR / (FRAB x FRBD x N) - Interferencia: I = 1 – CC.
CARTOGRAFÍA GENÉTICA POR RECOMBINACIÓN - Grupo de Ligamiento: Conjunto de loci que pueden ser colocados en un orden lineal que representa los diferentes grados de ligamiento entre los loci implicados.
- Limitaciones:  Las distancias de mapa más exactas son aquellas que se establecen con loci ligados muy próximos, ya que si están más separados, pueden producirse dos quiasmas entre ellos y no veríamos una nueva combinación alélica.
 El valor máximo de la frecuencia de recombinación es 0’5: No pueden diferenciarse loci muy distantes de loci independientes.
 Necesidad de cruzamientos informativos, con gran número de descendientes.
 Permite determinar grupos de ligamiento, pero es difícil localizarlos en cromosomas concretos.
28 Genética Tema 10- Recombinación en Procariotas y Virus T. 10 RECOMBINACIÓN EN PROCARIOTAS Y VIRUS Ni las bacterias ni los virus producen gametos, pero se pueden considerar en ellos ciertos mecanismos de sexualidad desde el punto de vista genético, es decir, la aparición de nuevas combinaciones genéticas procedentes de dos individuos.
RECOMBINACIÓN EN BACTERIAS TRANSFORMACIÓN Cuando una bacteria se rompe (célula donante), libera fragmentos de su DNA al medio. Otra bacteria viva (célula receptora) capta alguno de esos fragmentos de DNA extraño que están en el ambiente y los integra en su propio DNA.
El proceso de integración consta de la aparición de unos quiasmas que permiten que el fragmento de DNA extraño se incorpore al DNA de la bacteria, obteniendo la célula transformada.
MAPEO GÉNICO POR TRANSFORMACIÓN El signo negativo en el alelo significa que no puede producir ese producto.
El DNA exógeno y el DNA receptor actúan como dos cromosomas homólogos. El DNA exógeno contiene los alelos salvajes, es decir, que pueden producir el producto. Para que la integración puede ocurrir, debe haber como mínimo dos quiasmas. El DNA que no es integrado, se destruye. Por esto, en las bacterias se habla de integración y no de recombinación.
I a+ II b+ III c+ IV DNA exógeno a- b- c- DNA receptor Distancia en unidades de transformación: 𝑞 =  𝑞𝑎−𝑏 =  𝑞𝑎−𝑐 =  𝑞𝑏−𝑐 = BACTERIAS TRANSFORMADAS I y II a+ b- cn1 I y III a+ b+ cn2 I y IV a+ b+ c+ n3 II y III a- b+ cn4 II y IV a- b+ c+ n5 III y IV a- b- c+ n6 I, II, III y IV a+ b- c+ n7 N ST DT ST DT ST DT 𝑺𝑻 (𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑠𝑒𝑛𝑐𝑖𝑙𝑙𝑜𝑠) 𝑺𝑻+𝑫𝑻 (𝑠𝑖𝑚𝑝𝑙𝑒𝑠 𝑦 𝑑𝑜𝑏𝑙𝑒𝑠 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠) 𝑛1 + 𝑛4 + 𝑛5 + 𝑛7 𝑁− 𝑛6 𝑛1 + 𝑛2 + 𝑛5 + 𝑛6 𝑁− 𝑛4 𝑛2 + 𝑛4 + 𝑛6 + 𝑛7 𝑁− 𝑛1 CONJUGACIÓN Es la transferencia de material genético unidireccional por contacto directo entre dos bacterias, una donadora y otra receptora. El contacto se realiza mediante los pelos sexuales o pili.
CÉLULAS HFR Las bacterias macho o donadoras tienen el Factor de Fertilidad o Factor F, un plásmido especial. Solo hay uno en la bacteria y contiene 22 genes que forman el pelo sexual y hacen que la información se transmita a la bacteria receptora. Las bacterias machos son F+, siempre donadoras, y las hembras son F- o receptoras. Cuando un plásmido F+ se introduce en una F-, ésta pasa a denominarse F+.
Cuando el Factor F+ se incorpora en el propio genoma de la bacteria donadora, pasa a denominarse bacteria Hfr, es decir, una bacteria de alta frecuencia de recombinación. Es un fenómeno reversible.
Estas células Hfr son las que inician la conjugación con la célula F-.
La célula Hfr crea el peli sexual y transfiere el DNA a la bacteria F-. Una de las hebras del DNA se abre por el extremo tras el Factor F. La bacteria intenta transferir el cromosoma bacteriano entero a la célula F-, empezando por el cromosoma bacteriano y finalizando por el Factor F, que va empujando al resto del DNA.
La unión bacteriana es inestable y se rompe. La transferencia del cromosoma bacteriano casi nunca es completa y el Factor F casi nunca se transfiere. Por lo tanto, la célula Hfr lo seguirá siendo, pero la célula F- no se convierte en F+.
El nuevo DNA sufre recombinación, con el cromosoma de la célula receptora, con alta frecuencia (nº par de roturas y reuniones). El DNA no incorporado es degradado.
29 MAPEO GÉNICO POR CONJUGACIÓN La célula F- muestra alelos mutantes para dos genes (a- y b-). Experimenta conjugación con una célula Hfr que muestra los alelos salvajes para los dos genes (a+ y b+).
Estos alelos salvajes pueden transferirse e incorporarse por recombinación al cromosoma de la bacteria F-.
La determinación del tiempo que tarda en transferirse el alelo b+ después de que se haya transferido a+ da una idea relativa de la distancia entre ambos genes en el cromosoma bacteriano. En este caso, las unidades de mapa son minutos. Para verlo, las muestran se exponen a movimientos bruscos cada cierto tiempo. Al recibir el movimiento, la unión se rompe y deja de pasar DNA donante. El primer minuto donde se vea que el segundo alelo ha pasado a la célula receptora será la distancia que hay entre los dos.
SEXDUCCIÓN Tiene que ver con la reversibilidad de la transformación de una célula Hfr en un F+ normal. El Factor F+, al liberarse del DNA se lleva consigo un fragmento del DNA de la bacteria. Esta bacteria F+ crea el pelo sexual y mete en una célula F- el plásmido F+.
La célula F- pasa a ser F+ al tener el Factor F, pero éste lleva el fragmento del DNA de la bacteria donadora. En la receptora habrá un fragmento homólogo al fragmento del DNA de la donadora, por lo que será una bacteria merocigota, porque tendrá una región diploide.
Este fragmento sufre recombinación con su secuencia homóloga del cromosoma de la célula receptora.
La célula receptora, que era F-, será una bacteria F+ merocigota.
TRANSDUCCIÓN Se conduce el DNA de una bacteria a otra a través de un virus.
Transducción (conducir a través de) ≠ Traducción (cambiar de idioma).
TRANSDUCCIÓN GENERALIZADA Se produce cuando un fago produce una infección lítica en una bacteria. El DNA del fago rompe el de la bacteria.
Al ensamblarse los nuevos fagos, algunos llevarán DNA del fago, de la bacteria o podrán llevar información genética combinada, tanto del fago como de la bacteria.
Algunas cápsulas del virus llevan fragmentos del cromosoma de la bacteria. Cuando infectan a otra bacteria, ésta no se lisa y el fragmento se incorpora por quiasmas a la bacteria receptora.
Cualquier gen de la bacteria donadora puede transferirse a la receptora, ya que se transfiere al azar.
Permite mapear ya que, si dos genes están cerca, se transferirán juntos.
TRANSDUCCIÓN ESPECIALIZADA Se produce en una célula lisogénica, donde el DNA del fago se encuentra insertado en el DNA bacteriano. Llega un momento en el que se produce circularización y escisión del DNA del fago, y se separa del DNA bacteriano.
A veces, se produce una escisión anormal que produce la pérdida de algunos genes del fago, los que se mantienen insertados en el cromosoma bacteriano. En cambio, algunos genes bacterianos han sido tomados junto al DNA del fago. A partir de aquí, entra en la fase lítica y se forman las cápsulas del fago y los fragmentos de DNA.
Los fagos que se liberen de la célula donadora llevarán, por tanto, DNA de esta bacteria que podrán transferir a otra célula receptora.
La unión del cromosoma del fago se produce en un sitio específico, por lo que el DNA bacteriano que se transfiere siempre es el mismo.
El mapeo es muy limitado.
30 Genética Tema 10- Recombinación en Procariotas y Virus RECOMBINACIÓN EN VIRUS Para obtener recombinación en virus se infecta una misma célula con 2 virus distintos, es decir, que tengan diferentes combinaciones alélicas. Se hace que esas partículas víricas se multipliquen mucho para que se puedan producir quiasmas.
En el ejemplo, se infecta a una bacteria de la cepa B de E.coli con 2 fagos, con las siguientes características: un carácter H de rango de hospedador, que indica a que bacterias puede infectar, y un carácter R que es una característica de placa, que indica la rapidez con la que lisa las bacterias.
- Alelo h+: Lisa a la cepa B de E.coli.
- Alelo h-: Lisa a las cepas B y B/2 de E.coli.
- Alelo r+: Calvas pequeñas, lisis lenta.
- Alelo r-: Calvas grandes, lisis rápida.
Virus 1 Virus 2 h+ r+ h- r- VIRUS DESCENDIENTES Parental h+ r+ Parental h- rRecombinado h+ rRecombinado h- r+ n1 n2 n3 n4 Después se recogen los virus que se han originado y se inyectan en una placa sembrada con bacterias de la cepa B y de la cepa B/2 de E.coli.
- Partículas víricas h+r+: Solo lisan la cepa B con calvas pequeñas y turbias. Son parentales.
- Partículas víricas h-r-: Lisan a las dos cepas, con calvas grandes y transparentes. Son parentales.
- Partículas víricas h+r-: Lisan solo a la cepa B, con calvas grandes y turbias. Son recombinados.
- Partículas víricas h-r+: Lisan a las dos cepas, con calvas pequeñas y transparentes. Son recombinados.
𝐹𝑅 = 𝑛3 + 𝑛4 𝑥 100 𝑁 La frecuencia de recombinación expresada en % indica la distancia entre los dos genes.
31 32 Genética Tema 11- Mapeo Génico en las Especies Superiores T. 11 MAPEO GÉNICO EN LAS ESPECIES SUPERIORES Mapa Génico: Posiciones relativas de los genes en los cromosomas y la distancia entre ellos.
NIVELES DE LOCALIZACIÓN DE UN GEN - Ligamiento: Relación entre los genes medida por su frecuencia de recombinación. Es una medida estadística.
Sintenia: Un grupo de sintenia está formado por genes portados por el mismo cromosoma. No sabemos que cromosomas es, pero sabemos que esos genes se heredan juntos.
Asignación: Atribución de ese grupo de genes a un cromosoma concreto.
Localización:  Localización regional: Posición del grupo de genes en una región cromosómica concreta.
 Localización fina: Atribución del grupo de genes a una banda cromosómica concreta dentro de una región cromosómica.
- Secuenciación: Conocimiento de la secuencia de DNA correspondiente.
- TIPOS DE MAPAS GÉNICOS 1. Mapas de ligamiento, genéticos o de recombinación: Están basados en los cruzamientos y frecuencias de recombinación para marcadores polimórficos. Requiere reproducción sexual.
 Indica la distancia estadística entre los genes. Es estadística porque se basa en una frecuencia.
 Nivel de localización: Ligamiento (orden real).
2. Mapas cromosómicos:  No requieren reproducción sexual ni marcadores polimórficos (heterocigotos).
 Nivel de localización: Sintenia, asignación y localización.
 Técnicas:  Hibridación in situ.
 Híbridos de células somáticas.
 Híbridos de radiación.
3. Mapas físicos: Mapa del DNA genómico real, como secuencia de nucleótidos que muestra la situación de los genes, su tamaño, las distancias entre ellos y otras señales de interés.
MAPAS CROMOSÓMICOS HIBRIDACIÓN IN SITU 1. Hibridación in situ fluorescente (FISH): Con esta técnica queremos localizar un gen, saber en qué cromosoma se encuentra. Para ello utilizamos unas sondas. Es eficaz con sondas homólogas y suficientemente grandes.
 Nivel de localización: Regional y fina.
 Sonda de DNA: La secuencia completa de un gen. Puede ser una secuencia del gen de otra especie (heteróloga) o de la misma especie (homóloga).
 Pasos:  Con la enzima Transcriptasa inversa conseguimos una copia del DNA.
 Se añade una sustancia fluorescente a las bases en la sonda.
 Se desnaturalizan los cromosomas y las sondas. Los DNA del cromosoma y de las sondas se abren.
 Cuando la sonda se encuentra con sus bases complementarias se une.
 En el sitio de unión, se ven el DNA fluorescente al iluminar con luz UV.
2. Chromosome Painting: Mezcla de sondas de DNA de una región cromosómica o de un cromosoma entero.
 Esta técnica permite: Cariotipo automático, mapeo comparativo y detección de reordenaciones cromosómicas.
33 HÍBRIDOS DE CÉLULAS SOMÁTICAS Se hace una fusión in vitro de células somáticas de especies distintas. En las células híbridas, se van perdiendo sucesivamente, mitosis tras mitosis, cromosomas de una sola especie, de la que tenía células normales.
Nivel de localización: Sintenia, asignación, localización regional y fina (raro).
Ejemplo: Fibroblastos de bovino y fibroblastos tumorales de hámster. Tras obtener muchas células de cada tipo en dos cultivos, se fusionan. Para que se fusionen, se tratan con un detergente que disuelve los lípidos de membrana, tanto celular como nuclear. Para asegurarnos de conseguir células híbridas y no los parentales que se han fusionado se utilizan medios de cultivo selectivos para las células híbridas. En el medio se pone: - Ovabaina: Veneno vegetal que interfiere en la bomba Na+/K+ de las células. Con la concentración utilizada solo mata a las células bovinas, ya que son más sensibles. Las células de hámster y las híbridas no se mueren.
- Medio HAT (Hipoxantina Aminopterina Timidina): Inhiben las dos vías para la síntesis de bases nitrogenadas.
 A: Inhibe la síntesis de novo de bases nitrogenadas. Como las células de hámster no pueden usar la Hipoxantina para crear bases nitrogenadas, éstas morirán al inhibir esta primera ruta.
 H y T: Son elementos que la célula normal puede usar para sintetizar bases nitrogenadas. Las células de bovino tienen las enzimas necesarias funcionales (HGPRT y TK-Timinakinasa), pero han muerto por la Ovabaina. Las células de hámster son deficientes en estas enzimas y no pueden crecer en el medio, aunque ya han ido muriendo por la Aminopterina. Los fibroblastos híbridos sí que podrán utilizar estas enzimas para sintetizar bases nitrogenadas.
- Por todo esto solo sobreviven las células híbridas.
Se obtiene un panel de clones híbridos, que presentan de forma única cada cromosoma de la especie a mapear.
Para ver que cromosoma de la especie de interés hay en el clon híbrido se hacen análisis bioquímicos, moleculares y citogenéticos con sondas.
Por ejemplo, si estudiamos las enzimas que se han mantenido de vacuno, podemos ver en qué cromosoma están.
Si en uno de los grupos de clones, con un determinado cromosoma de bovino, vemos 2 enzimas y no el resto, significa que esas dos enzimas están localizadas en ese cromosoma.
HÍBRIDOS DE RADIACIÓN (RH) Las células de la especie a mapear se someten a una irradiación letal con rayos gamma o X, y se fragmentan sus cromosomas. En el medio se fusionan con líneas celulares deficientes para un marcador de selección (por ejemplo la enzima TK – Timidina Kinasa). Se usa un medio selectivo (HAT) donde sobreviven solo las células híbridas que contengan algún fragmento cromosómico de las células donadoras, con TK.
Se pueden hacer análisis de expresión de genes o del número de copias de DNA.
Los loci muy próximos se retienen en el mismo fragmento cromosómico después de la irradiación.
Se obtiene una resolución mayor que en los mapas de ligamiento.
Nivel de localización: Sintenia, localización fina.
MAPAS FÍSICOS El orden de los genes es el mismo que el dado por los mapas de ligamiento, pero las distancias se miden en kb (kilobases) o en Mb (Megabases). 1 kb = 1.000 bp; 1 Mb = 1.000.000 bp; 1 Gb = 1.000.000.000 bp.
El número de bp (pares de bases) al que corresponde el cM varía, ya que diferentes regiones de un cromosoma tienen diferentes propensiones hacia el entrecruzamiento. Por ejemplo, en humana 1 cM son 1 Mb, pero en Plasmodium son 15 Kb.
El estudio de los mapas físicos ha permitido el origen de la Genómica, que es el estudio de los genomas en su totalidad.
“Genoma no es lo mismo que Código genético. Genoma es el conjunto de genes de cada especie, y el Código genético es una clave que permite pasar del lenguaje de los ácidos nucleicos al lenguaje de las proteínas, y es universal, para todas las especies igual.” ELABORACIÓN DE UNA MAPA DE LA SECUENCIA DEL GENOMA Se parte de DNA genómico. Se cortan varias copias del genoma en fragmentos aleatorios con enzimas de restricción y, después, todos estos fragmentos se clonan mediante vectores de clonación. El conjunto de los fragmentos clonados se llama Librería. Cada fragmento de los clones se secuencia. Con programas especiales se solapan los fragmentos y forman un contig (contiguo, fragmentos pequeños que se solapan en uno solo más grande, contiene una secuencia contigua). Por último, se solapan los diferentes contig hasta formar la secuencia completa.
34 Genética Tema 11- Mapeo Génico en las Especies Superiores SECUENCIACIÓN DEL GENOMA Secuencia Consenso: Secuencia nucleotídica de un segmento de DNA que está en concordancia con la mayoría de lecturas de secuencia del mismo segmento de diferentes individuos. Es la secuencia que se ha encontrado en la mayoría de las secuencias que se han observado en varios individuos.
INTERPRETACIÓN DE LA SECUENCIA: BIOINFORMÁTICA Consorcio ENCODE: Enciclopedia de los elementos de DNA en humana. Intenta decir que hace cada gen.
- Detección informática de posibles genes. Mediante señales de inicio y final de la transcripción de los genes.
- Comparación informática con bases de datos públicas:  Similitud con secuencias de función conocida: Asignación de función.
 Sin similitud con secuencias de función conocida: Genes en busca de función.
IMPORTANCIA - Comprensión fundamental de los principios que operan en los organismos vivos.
- Comparación de los genomas de diversas especies, para un mejor conocimiento de los procesos evolutivos y filogenéticos.
- Aplicación de las técnicas de la ingeniería genética.
- Descubrimiento de nuevos genes, implicados en la producción animal (genes mayores) o en las enfermedades genéticas humanas y de los animales.
- Creación de chips de DNA (DNA microarrays).
CHIPS DE DNA – DNA MICROARRAYS Los chips de DNA son una colección de gotas microscópicas (spots) de DNA inyectadas en una superficie sólida (chip de cristal). Su objetivo es medir los niveles de expresión de un amplio número de genes simultáneamente o genotipar múltiples regiones de un genoma.
Pueden servir para detectar mutaciones de enfermedades genéticas. Se usan sondas de DNA (de una cadena) de las mutaciones. A partir de una muestra de sangre, se amplifican las zonas donde se encuentran los genes de interés y se marcan con fluorescente de forma que, al añadirlo al microarray, se unirá con su secuencia complementaria si tiene la mutación. Bajo luz UV se observará un destello en aquellas secuencias donde se haya unido la muestra problema, lo que significará que tiene la mutación. Un ejemplo es el Lipochip, que sirve para detectar la Hipercolesterolemia, que hace que la persona no baje su colesterol. Hay varios genes encargados de regularlo, y hay cientos de mutaciones en estos genes, por lo que gracias a este chip, no hace falta secuenciar toda la secuencia para detectar la mutación y diagnosticar la enfermedad.
Según la intensidad de la señal luminosa en un spot concreto se puede saber si el individuo en homocigoto o heterocigoto para la secuencia en cuestión.
35 36 Genética Tema 12- Mutaciones Cromosómicas I T. 12 MUTACIONES CROMOSÓMICAS I Variaciones Estructurales en los Cromosomas TIPOS DE CROMOSOMAS Según la posición del centrómero: - Metacéntrico: Los dos brazos aproximadamente iguales.
- Submetacéntrico: No hay una gran diferencia entre los dos brazos.
- Subtelocéntrico o Acrocéntrico: Uno de los brazos es mucho más corto que el otro.
- Telocéntrico: El centrómero está en un extremo, de manera que solo hay un brazo.
VARIACIONES CROMOSÓMICAS ESTRUCTURALES Reordenamiento de la disposición lineal de los genes sobre los cromosomas, con pérdida, ganancia o sin variación en el contenido total de la información genética. Para que se produzca tiene que haber rotura de uno o de los dos cromosomas, por lo que quedan extremos inestables o pegajosos, que son capaces de unirse a otros extremos, por lo que hay una fusión que origina una reordenación. Los extremos naturales, los telómeros, no son pegajosos, por lo que no se fusionan con otros extremos.
Tipos de variaciones: - Deleción: Es la pérdida de un fragmento cromosómico.
Duplicación: Repetición de un fragmento cromosómico.
Inversión: Un fragmento cromosómico rota y se fusiona en posición invertida.
Translocación: Un fragmento se fusiona en una posición distinta de la original.
DELECIÓN Supone la pérdida de información genética, apreciable en el fenotipo con problemas. Hay dos tipos: - Deleción Intersticial: Se pierde un trozo del interior del cromosoma. En la meiosis, se forma un asa en el cromosoma homólogo normal para que las regiones homólogas apareen. En total, se producen 2 roturas entre los dos genes de los extremos del fragmento que se elimina.
- Deleción Terminal: Se pierde un trozo del extremo del cromosoma. En la meiosis, queda el extremo sin secuencia homóloga. En total, se produce 1 rotura, entre un gen y el extremo del cromosoma.
Causas: Cualquier agente que rompa el DNA.
- Radiaciones UV y solar.
- Agentes, como los radicales libres (iones).
- Tóxicos.
Identificación: Se hace el cariotipo de bandas para ver los cromosomas homólogos. Si hay una deleción se ve el juego de bandas modificado.
- Pseudodominancia: Dominancia falsa. Los alelos salvajes se indican con un signo + y los mutados con una letra minúscula porque son recesivos. Con la deleción, el individuo presentará las mutaciones b y c, aunque con una dosis, porque ha perdido los alelos salvajes dominantes. Como este individuo no debería presentar las mutaciones, indica que ha sufrido deleción.
Consecuencias: Efectos fenotípicos deletéreos. Algunos ejemplos son: - Síndrome del grito de gato: Humana. Por una deleción en el cromosoma 5.
- Displasia Ectodérmica Anhidrótica Bovina: Deleción en el cromosoma X. Alteración de estructuras ectodérmicas y en los dientes.
37 DUPLICACIÓN Hay varios tipos: - En tándem: Se producen 2 roturas entre un fragmento y se duplica esa información. En la meiosis, se forma un asa en el cromosoma que presenta la duplicación.
En tándem inverso: Se producen 2 roturas entre un fragmento, éste se duplica y se rota. En la meiosis, se forma un asa en el cromosoma con la duplicación.
- Desplazada: Puede directa o inversa, según si se produce rotación del fragmento duplicado o no.
- Causas: Puede ser por errores en la duplicación del DNA o por haber sufrido una inversión o translocación.
Identificación: Se observan fenotipos anómalos y puede verse con cariotipo de bandas.
Consecuencias: Se produce un cambio en la cantidad de la información genética y se observa un fenotipo deletéreo. Puede haber otras consecuencias: - Genes duplicados que por mutación adquieren distintas funciones. Así surgen las familias de genes.
- Si un gen está duplicado, uno de ellos puede sufrir una mutación que haga que pierda su funcionalidad. En todo caso, el otro gen seguirá funcionando.
Sobrecruzamiento Desigual Si las cromátidas están desplazadas al producirse el sobrecruzamiento, el quiasma afectará a diferentes partes de las cromátidas, por lo que podría haber una duplicación de algún segmento.
Ejemplo: Mutación Bar en Drosophila. La repetición del segmento 16ª del cromosoma X causa una reducción de facetas del ojo compuesto. Ante una hembra homocigota doble Bar, se pueden originar gametos normales y triple Bar si hay sobrecruzamiento desigual.
INVERSIÓN Se producen 2 roturas y el fragmento que queda entre ellas gira. Tipos de Inversiones: Paracéntricas: La región invertida no incluye al centrómero.
AB.CDEFG  AB.CFEDG - Pericéntricas: La inversión incluye al centrómero.
AB.CDEFG  AEDC.BG - Durante la meiosis, en el cromosoma con la inversión se produce un bucle para que la región se encuentre con su homóloga en el cromosoma normal, donde se produce un asa al estirarse para coincidir.
Identificación: Mediante tinción de bandas en el cariotipo.
Consecuencias: En una inversión no se produce ninguna pérdida de información genética. Aunque algunas veces, si se produce en medio de un gen, puede haber problemas. También puede verse alterada la producción de gametos.
38 Genética Tema 12- Mutaciones Cromosómicas I TRANSLOCACIÓN Hay dos grandes grupos: - Intracromosómica: La translocación se produce dentro del mismo cromosoma.
 Intrarradial: Dentro del mismo brazo.
ABCD.EFGHIJK  ABCD.EHIJFGK  Interradial: De un brazo a otro del mismo cromosoma.
ABCD.EFGHIJK  ABFGCD.EHIJK - Intercromosómica: El fragmento que procede de un cromosoma pasa a otro cromosoma distinto.
 Transposición: Intercambio no recíproco. Un fragmento del cromosoma A pasa al cromosoma B.
ABC.DE|FG|H y MN.PQRS|T  ABC.DEH y MN.PQRSFGT  Translocaciones recíprocas: Un segmento del cromosoma A pasa al cromosoma B y viceversa. Un caso especial es la translocación robertsoniana o fusión céntrica. Se produce una rotura en dos cromosomas subtelocéntricos. Los dos brazos más largos se juntan, y los dos extremos inaparentes se juntan entre sí, habiendo una pérdida de información genética.
Durante la meiosis, tras una translocación recíproca, se produce la cruz de la translocación para hacer coincidir las regiones homólogas de los cromosomas.
Identificación: Cariotipo de bandas.
Consecuencias: No suelen tener un efecto fenotípico, porque en principio no hay pérdida ni ganancia de información genética. Sin embrago, hay problemas en la producción de gametos. La cruz de translocación es difícil de separar, por lo que habrá gametos con cromosomas de menos o de más. La translocación suele traducirse en problemas reproductivos.
Translocación Robertsoniana 39 40 Genética Tema 13- Mutaciones Cromosómicas II T. 13 MUTACIONES CROMOSÓMICAS II Variaciones Numéricas en los Cromosomas Las especies que estudiamos son diploides (2n cromosomas) y cada una de ellas tiene un número de cromosomas característico: Cuadro especie – 2n: Bovino – 60 Ovino – 54 Caprino – 60 Caballo – 64 Pollo – 78 Perro – 78 Gato – 38 Cerdo – 38 Conejo – 44 TIPOS DE ALTERACIONES NUMÉRICAS EUPLOIDÍA Afecta al número de juegos completos de cromosomas. Hay varios tipos: - Poliploidía: Más de 2 juegos de cromosomas.
 Autopoliploidía: Todos los juegos proceden de la misma especie. Ej.: Triploides, 3n (AAA); Tetraploides, 4n (AAAA)…  Alopoliploidía: Los juegos proceden de la hibridación de 2 especies. Ej.: 2n + 2n’ = AABB – Alotetraploide.
 Endopoliploidía: Un organismo diploide que en un determinado número de células y tejidos muestra poliploidía. Ej.: 2n/4n = AA/AAAA.
- Monoploidía o Haploidía: Un solo juego de cromosomas, n cromosomas.
ANEUPLOIDÍA Solo una parte del juego cromosómico está afectada y se presentan cromosomas de más o de menos.
- Nulisomía: Falta un par cromosómico completo. Ej.: 2n – 2.
- Monosomía: Falta uno de los cromosomas del par.
 Sencilla: 2n – 1. Solo falta un cromosoma de un par cromosómico.
 Doble: 2n – 1 – 1’. Falta uno en un par cromosómico y otro en otro par.
- Trisomía: Aparecen 3 cromosomas en un par. Ej.: 2n+1.
 Sencilla:  Trisómico primario: El cromosoma extra es un cromosoma normal.
 Trisómico secundario: El cromosoma extra es un isocromosoma. El centrómero se separa verticalmente durante la meiosis, en vez de longitudinalmente. Así, en vez de irse cada cromátida a un polo de célula, se va dos brazos iguales a cada polo de la célula. En la siguiente separación, los brazos iguales se duplican, formando un cromosoma totalmente metacéntrico y con la misma información en los dos brazos.
 Trisómico terciario: Los dos brazos del cromosoma extra pertenecen a dos cromosomas distintos del cromosoma normal.
 Doble: Afecta a dos pares distintos. Ej.: 2n + 1 + 1’. Por ejemplo, que en dos pares cromosómicos haya 3 cromosomas.
- Tetrasomía: Aparecen 4 cromosomas en un par. Ej.: 2n+2.
*“ploide” se refiere a un juego de cromosomas completo y “somía” se refiere a un solo cromosoma concreto.
41 ORIGEN DE LAS ALTERACIONES Euploidía - Autopoliploides: No se produce disyunción en la meiosis y se originan gametos 2n y 0. Los gametos con 0 cromosomas no son fecundables. Los descendientes serán haploides (n+0=n), triploides (n+2n=3n) y tetraploides (2n+2n=4n).
- Aloploides: Se produce por cruces interespecíficos con una duplicación cromosómica.
- Haploides: Por partenogénesis o androgénesis, se originan directamente de un gameto femenino o de uno masculino sin fecundar.
Aneuploidía En sus gametos, les faltará un cromosoma o tendrán de más.
- Nulisómicos: Se produjeron por la fusión de dos gametos que les faltaba un cromosoma de un par cromosómico. (n-1)+(n-1) = 2n-2.
- Monosómicos: Fusión de un gameto normal y un gameto que le faltaba 1 cromosoma. (n)+(n-1) = 2n-1.
- Trisómicos: Fusión de un gameto normal y un gameto con un cromosoma de más. (n)+(n+1) = 2n+1.
- Tetrasómicos: Fusión de dos gametos con 1 cromosoma de más cada uno. (n+1)+(n+1) = 2n+2.
GAMETOS Y TRANSMISIÓN DE ANOMALÍAS Si es posible la formación de bivalentes (estructura formada por 2 cromosomas homólogos), se forman gametos equilibrados y viables.
Autopoliploides: - Si hay un nº par de juegos de cromosomas se podrán repartir por parejas perfectamente. Habrá unos pequeños problemas por la dificultad de encontrar los homólogos, pero serán viables.
- Si hay nº impar, el reparto será problemático. Por ello, sus gametos son altamente infértiles, un 50% que serán n y el otro 50% serán 2n.
Alopoliploides: Es posible la formación de bivalentes.
Haploides: Rara vez producen descendencia.
Aneuploides: Si se pueden producir bivalentes, podrán formar gametos y, por lo tanto, tendrán descendencia. Los gametos que tienen un cromosoma de más o de menos, son gametos desequilibrados o inviables.
Sin embargo, si el cromosoma que hay de más es pequeño, podrá ser viable.
También depende de si se trata de un gameto femenino o masculino, ya que los gametos femeninos son más tolerantes ante estos casos.
Ejemplos: Aneuploidías sexuales: - Síndrome de Turner: Monosomía con un solo cromosoma X (X/0). La ausencia de un cromosoma X produce que, fenotípicamente sean mujeres, bajas, anchas y tienen infertilidad.
- Trisomía XXX: Fenotípicamente son de sexo femenino, sin morfología aparente (son algo más altas de lo normal). Son mujeres fértiles.
- Síndrome de Klinefecter: XXY. Fenotípicamente son de sexo masculino. Pueden presentar caracteres sexuales secundarios femeninos y suelen ser infértiles.
- Trisomía XYY: Fenotípicamente son de sexo masculino.
Ejemplos: Aneuploidías autosómicas: Se da en cromosomas pequeños.
- Síndrome de Down: Trisomía en el par 21. Alteraciones morfológicas y cardiacas.
- Síndrome de Edwards: Trisomía en el par 18. Poca viabilidad.
- Síndrome de Patau: Trisomía del par 13. Poca viabilidad, insuficiencia mental, labio leporino… 42 Genética Tema 14- Genética de Poblaciones T. 14 GENÉTICA DE POBLACIONES Es el estudio teórico y experimental del modo en que se hereda la variación genética en las poblaciones y de cómo cambia esa variación en el tiempo y en el espacio.
Objetivo: Comprender la composición genética de las poblaciones y las fuerzas que determinan y cambian dicha composición.
CARACTERIZACIÓN GENÉTICA DE UNA POBLACIÓN Frecuencia Genotípica: Proporción de individuos que pertenecen a cada genotipo. Se representan con letras mayúsculas.
Locus autosómicos, con 2 alelos codominantes: A1, A2  Genotipos: A1A1, A1A2, A2A2.
- P (A1A1) = Nº individuos A1A1 / Nº total de individuos. Frecuencia de los homocigotos A1A1.
- H (A1A2) = Nº individuos A1A2 / Nº total de individuos. Frecuencia de los heterocigotos.
- Q (A2A2) = Nº individuos A2A2 / Nº total de individuos. Frecuencia de los homocigotos A2A2.
P+H+Q=1 Frecuencias Alélicas: Proporción de un alelo en un locus. Se representan con letras minúsculas. Saber cuántos alelos hay de cada tipo entre todos los que hay.
- p (A1) = 𝐴1𝐴1 𝑥 2+𝐴1𝐴2 𝑥 1 𝟏 𝟐 2𝑁 = 1 2 2 𝑥 𝐴1𝐴1+𝐴1𝐴2 𝑥 ( 𝑯 1 2 𝑥 𝐴1𝐴1 )=2 𝑥 ( 𝑁 𝑁 + 𝐴1𝐴2 𝑁 )= 𝒙 (𝟐 𝒙 𝑷 + 𝑯) = 𝑷 + 𝟐  2N: Nº de individuos, y cada uno tiene 2 alelos.
 2xA1A1: Son 2 alelos A1.
- q (A2) = 𝟏 𝟐 𝑯 𝒙 (𝟐 𝒙 𝑸 + 𝑯) = 𝑸 + 𝟐 p+q=1 Alelismo múltiple: Consideramos más de dos alelos.
Alelos A1, A2, A3  Genotipos: A1A1 (P), A1A2 (H1), A1A3 (H2), A2A2 (Q), A2A3 (H3), A3A3 (R).
- p (A1) = (2P + H1 + H2) / 2 = P + H1/2 + H2/2 - q (A2) = (2Q + H1 + H3) / 2 = Q + H1/2 + H3/2 - r (A3) = (2R + H2 + H3) / 2 = R + H2/2 + H3/2 p+q+r=1 EQUILIBRIO DE HARDY-WEINBERG CONDICIONES - Población grande Población infinita. Basta que esté formada por varios cientos de individuos adultos reproductivos.
- Apareamiento aleatorio Panmixia o población panmíltica. No hay que controlar los apareamientos.
Cualquier individuo de un sexo tiene la misma probabilidad que cualquier otro de aparearse con un individuo del otro sexo.
- No mutación.
- No migración.
Población aislada - No selección.
43 CARACTERIZACIÓN - Generación Parental:  Frecuencias genotípicas: P0(A1A1), H0(A1A2), Q0(A2A2).
 Frecuencias alélicas: p(A1), q(A2).
- Generación F1:  Gametos: A1 p A2 q A1 p A1A1 p2 A1A2 pq A2 q A1A2 pq A2A2 q2  Frecuencias genotípicas:  P1(A1A1): p2  H1(A1A2): 2pq  Q1(A2A2): q2  Frecuencias alélicas:  p1(A1) = (2P1 + H1) / 2 = P1 + H1 / 2 = p2 + pq = p(p+q) = p  p1 = p  q1(A2) = (2Q1 + H1) / 2 = Q1 + H1 / 2 = q2 + pq = q(p+q) = q  q1 = q CARACTERÍSTICAS - Una población grande con apareamiento aleatorio, en ausencia de migración, mutación y selección, es estable con respecto a las frecuencias alélicas y genotípicas. No hay una tendencia inherente a que sus características genéticas cambien de generación en generación.
- Las frecuencias genotípicas en la progenie producida por apareamiento aleatorio entre los progenitores están determinadas únicamente por las frecuencias alélicas en los mismos. Por lo tanto:  Una población en equilibrio de Hardy-Weinberg tiene las siguientes relaciones entre las frecuencias alélicas y genotípicas en cada generación: A1A1: p2; A1A2: 2pq; A2A2: q2.
 Estas frecuencias genotípicas Hardy-Weinberg se establecen en una sola generación de apareamiento aleatorio, independientemente de las frecuencias genotípicas en los progenitores.
44 Genética Tema 15- Alteraciones del Equilibrio de Hardy-Weinberg I T. 15 ALTERACIONES DEL EQUILIBRIO DE HARDY-WEINBERG I Procesos Sistemáticos I – Mutación y Migración Procesos de cambio de las características genéticas de una población: - Procesos Sistemáticos: Cambio predecible en cantidad y dirección. Se puede predecir cuáles serán las frecuencias alélicas (cantidad) y si un alelo disminuye o aumenta (dirección).
 Mutación.
 Migración.
 Selección.
- Procesos Dispersivos: Cambio predecible en cantidad pero no en dirección, debido a efectos del muestreo en poblaciones pequeñas o finitas.
MUTACIÓN Tasa de mutación (u o µ): Probabilidad de que una copia de un alelo A1 cambie a otra forma alélica A2 en una generación. Es la velocidad con la que se produce ese cambio.
A1 u A2 Tasa de mutación espontánea u: Entre 2’5 x 10-9 y 2’9 x 10-4. Es la que se observa en la naturaleza, y es una tasa muy pequeña. El primer término indica que en cada generación 2’5 alelos A1 se convierten en alelos A2 de entre 1.000.000.000 alelos. El límite superior indica que 2’9 alelos A1 se convierten en alelos A2 de entre 1.000 alelos.
Ejemplo: Cambio de frecuencias génicas por mutación: u=1/100.000  1 x 10-5 = 0’00001.
Generación pA1 qA2 ΔqA2 0 1’000000 0’000000 - 1 0’999990 0’000010 0’000010 2 0’999981 0’000019 0’000009 Debido a la mutación, el aumento de la frecuencia del alelo A2 va aumentando, pero su velocidad disminuye. La velocidad de aumento del nuevo alelo A2 es extremadamente baja y se hace más pequeña en cada generación. Esto es porque cada vez quedan menos alelos A1 que puedan cambiar.
FÓRMULA GENERAL PARA EL CAMBIO DE FRECUENCIAS ALÉLICAS POR MUTACIÓN Tamaño poblacional infinito: - pt: Frecuencia de A1 en la generación t.
- qt = 1 – pt: Frecuencia de A2 en la generación t.
- u: Tasa de mutación de A1 hacia A2.
- pt-1: Frecuencia de A1 en la generación anterior.
Cambio de la frecuencia alélica en una generación: ∆𝑝 = 𝑝𝑡 − 𝑝𝑡−1 = −𝑢𝑝𝑡−1 Cambio de la frecuencia alélica tras n generaciones de mutación: 𝑝𝑛 = 𝑝0 𝑒 −𝑢𝑛 (𝑒 = 2′ 71828) El valor de u es tan bajo que la mutación por sí sola no explica la rápida evolución de las poblaciones y las especies.
45 EQUILIBRIO MUTACIÓN – RETROMUTACIÓN A1 Mutación directa u A2 Retromutación v En el equilibrio  pu=qv Sustituyendo q=1-p o p=1-q, se obtienen las frecuencias alélicas en el equilibrio: - pequilibrio = v / (u + v) - qequilibrio = u / (u + v) El equilibrio mutación-retromutación no se alcanza en una única generación.
La tasa de retromutacion v siempre es mucho más pequeña que la tasa de mutación u. La mutación se produce al azar, por lo que es poco probable que caiga en un punto, y aún menos probable de que caiga dos veces.
Si la tasa de mutación para que el alelo A1 mute en A2 (u), es igual a que el alelo A2 se convierta en A1 (v), podría llegarse al equilibrio, sin que las frecuencias se modificasen.
Una vez que la población llega a las frecuencias p y q de equilibrio, ésta tiende a no modificarlas, las mantiene. Si en una población grande, sin migración ni selección, pero sí con mutación, puede haber un equilibrio por este motivo.
MIGRACIÓN Tasa de migración (m): Proporción de la población mezclada que procede de la población donadora.
m = (Nº inmigrantes) / (población nativa + nº inmigrantes) Ejemplo: - Población receptora: pA1 = 0’70 y qA2 = 0’30.
- Población donadora: pA1 = 0’40 y qA2 = 0’60.
En la población mezclada hay una tasa de migración del 10% (m=0’10), por lo que: - Población nativa: 0’90.
- Población inmigrante: 0’10.
Las frecuencias alélicas de la población mezclada serán: - pA1 = (0’90 x 0’70) + (0’10 x 0’40) = 0’67.
- qA2 = (0’90 x 0’30) + (0’10 x 0’60) = 1 – 0’67 = 0’33.
FÓRMULA GENERAL PARA EL CAMBIO DE FRECUENCIAS ALÉLICAS POR MIGRACIÓN - pt: Frecuencia de A1 en la población receptora en la generación t.
- P: Frecuencia de A1 en la población donadora. Es la excepción, ya que siempre las frecuencias alélicas se representan con letras minúsculas.
- m: Tasa de migración.
- pt+1: Frecuencia de A1 en la población receptora en la generación siguiente.
𝑝𝑡+1 = (1 − 𝑚)𝑝𝑡 + 𝑚𝑃 = 𝑝𝑡 − 𝑚𝑝𝑡 + 𝑚𝑃 = 𝑝𝑡 + 𝑚 (𝑃 − 𝑝𝑡 ) ∆𝑝 = 𝑝𝑡+1 − 𝑝𝑡 = 𝑝𝑡 + 𝑚 (𝑃 − 𝑝𝑡 ) − 𝑝𝑡 = 𝑚 (𝑃 − 𝑝𝑡 ) El valor de m puede ser elevado, de modo que el cambio en las frecuencias alélicas por migración puede ser importante.
No se llega a una situación de equilibrio si en cada generación entra un porcentaje de población inmigrante.
46 Genética Tema 16- Alteraciones del Equilibrio de Hardy-Weinberg II T. 16 ALTERACIONES DEL EQUILIBRIO DE HARDY-WEINBERG II Procesos Sistemáticos II – Selección Selección Natural: Proceso de supervivencia y reproducción diferenciales de los distintos individuos debido a su genotipo. Los individuos mejor adaptados a un ambiente pasarán su información genética a la siguiente generación.
Aptitud o Eficacia Biológica, W: Aptitud Darwiniana. Probabilidad relativa de supervivencia y/o tasa de reproducción de un genotipo concreto. La aptitud o eficacia biológica es una consecuencia de la relación entre el genotipo del organismo y el ambiente en el que vive.
Ambiente: Todo lo que no sean alelos, que no sea genético. Está decidido por la actividad del organismo y también puede cambiar según las funciones del organismo.
No hay ningún genotipo óptimo, que sea 100% eficaz en todos los ambientes.
FORMAS DE SELECCIÓN NATURAL - Aptitud independiente de la frecuencia: La aptitud es una propiedad fija del genotipo del individuo y del entorno físico del medio. No depende de la constitución de la población.
- Aptitud dependiente de la frecuencia: La abundancia relativa de dos genotipos distintos afectará a sus aptitudes. Cuando los individuos compiten por un recurso escaso, por capturar una presa o por escapar de un depredador.
Ejemplo 1 – Genotipo: Anemia falciforme. El alelo normal está representado con el alelo A y el alelo de la enfermedad con el alelo S. Así tenemos: AA: Sanos; AS: Sobreviven; SS: Enfermos, mueren. En Europa y EEUU, tanto el genotipo AA como el AS presentan la misma aptitud biológica. Pero en África es diferente, los individuos SS mueren por anemia falciforme, los AA mueren por malaria, y los AS sobreviven porque resisten a la malaria y no sufren la anemia. Por lo tanto, en África, el genotipo heterocigoto AS tiene mayor eficacia biológica.
Ejemplo 2 – Ambiente: Pinzones y Zarzales de las Islas Galápagos. Viven en un ambiente con hierba seca y piedras.
Los machos pinzones hacen los nidos a partir de la hierba seca, y las hembras eligen a los que mejor lo hacen. Así, los más inexpertos, jóvenes o con algún problema no se reproducen y no pasan su genotipo a la generación siguiente. Por otro lado, las piedras también están en el ambiente pero no influye, por lo que no son consideradas. Los Zarzales sí que utilizan las piedras, pero no la hierba seca. Por esto, la hierba seca forma parte del ambiente de los Pinzones pero no de los Zarzales, y las piedras forman parte del ambiente de los Zarzales pero no de los Pinzones.
EFECTO DE LA SELECCIÓN EN LAS FRECUENCIAS ALÉLICAS Suponemos apareamiento aleatorio en una población infinita, con un locus autosómico con 2 alelos codominantes.
- p: Frecuencia de A1.
- q: Frecuencia de A2.
- WA1A1, WA1A2, WA2A2: Viabilidades de los 3 genotipos. Entre 0 – 1. Si es 0, no sobrevive ninguno; si es 1, todos sobreviven hasta la edad adulta.
Zigotos: p2 + 2pq + q2 = (p + q)2 = 1. Inicialmente, son las frecuencias de equilibrio. En cuanto aparecen los zigotos, la selección empieza a actuar, por lo que no todos llegarán a la edad adulta.
Genotipo A1A1 A1A2 A2A2 Frecuencia genotípica p2 2pq q2 Adultos: p2WA1A1 + 2pqWA1A2 + q2WA2A2 = W. Se multiplica la frecuencia por la viabilidad para ver cuántos han llegado a la edad adulta.
Genotipo A1A1 A1A2 A2A2 2 Frecuencia genotípica p WA1A1 2pqWA1A2 q2WA2A2 Aptitud media de la población, W: W < 1. Media de las aptitudes de todos los individuos de la población. Si fuera igual que 1, todos los zigotos llegarían sin problemas a la edad adulta, lo que no ocurre nunca con la selección natural.
47 AJUSTE DE LAS FRECUENCIAS GENOTÍPICAS PARA QUE SUMEN 1 Hay que calcular el total de las frecuencias genotípica sobre el total de los individuos vivos de la población, no sobre todos los individuos ya que alguno no habrá llegado a la edad adulta. Para ello, se divide la frecuencia genotípica de cada genotipo entre la aptitud media de la población, W.
Genotipo A1A1 A1A2 A2A2 2 Frecuencia genotípica (p WA1A1)/W (2pqWA1A2)/W (q2WA2A2)/W Frecuencias alélicas de A1 en la primera generación bajo selección: (𝑝2 𝑊𝐴1𝐴1 ) 1 (2𝑝𝑞𝑊𝐴1𝐴2 ) (𝑝2 𝑊𝐴1𝐴1 ) (𝑝𝑞𝑊𝐴1𝐴2 ) 𝑝𝑊𝐴1𝐴1 + 𝑞𝑊𝐴1𝐴2 𝑝 ′ = 𝑃 + 1⁄2 𝐻 = + = + =𝑝 𝑊 2 𝑊 𝑊 𝑊 𝑊 Aptitud media asociada a los alelos A1: WA1 = pWA1A1 + qWA1A2.
𝒑′ = 𝒑 𝑾𝑨𝟏 𝑾 𝒒′ = 𝟏 − 𝒑′ CAMBIO DE LA FRECUENCIA GÉNICA EN UNA GENERACIÓN Es el cambio que ha experimentado el alelo A1 de una generación a otra por la selección.
𝑊𝐴1 𝑝 (𝑊𝐴1 − 𝑊) ∆𝑝 = 𝑝′ − 𝑝 = 𝑝 −𝑝= 𝑊 𝑊 Otra forma de expresar la aptitud media es: W = pWA1 + qWA2 ∆𝒑 = 𝒑𝒒 (𝑾𝑨𝟏 − 𝑾𝑨𝟐 ) 𝑾 La velocidad de cambio de la frecuencia alélica por selección depende de: - Frecuencias alélicas: pq.
 Si p o q se aproxima a 0 o a 1, el cambio es lento. Para frecuencias extremas, el cambio es muy lento. La selección natural es muy poco eficaz para eliminar alelos de baja frecuencia, como por ejemplo las mutaciones deletéreas.
 Si p=q=0’5, se maximiza pq y la velocidad de cambio es la máxima.
- Diferencia de aptitud entre los dos alelos: WA1 – WA2.
EFECTO DE LAS FRECUENCIAS ALÉLICAS SOBRE LA VELOCIDAD DEL CAMBIO Si la selección favorece a un nuevo alelo producido por mutación, el cambio puede llegar a hacerse muy rápido, aunque durante las primeras y las últimas generaciones es muy lento.
La selección natural favoreciendo a una mutación, hace que el cambio en un tiempo determinado sea rápido.
FINAL DEL PROCESO DE SELECCIÓN FIJACIONES Y SITUACIONES DE EQUILIBRIO ∆𝒑 = 𝒑𝒒 (𝑾𝑨𝟏 − 𝑾𝑨𝟐 ) 𝑾 La modificación de las frecuencias alélicas bajo selección acaba cuando ∆𝑝 = 0.
Para ello hay dos posibilidades: - p=0 o q=0: Sólo queda A1 o A2. Esto es la fijación y el punto final de la selección.
- WA1=WA2: Selección sobre el heterocigoto, a favor o en contra. Ambos alelos se mantienen en la población, alcanzándose una situación de equilibrio.
48 Genética Tema 16- Alteraciones del Equilibrio de Hardy-Weinberg II Ejemplos: Genotipo A1A1 A1A2 A2A2 Wgenotipo 0 1 0 A favor del heterocigoto, son los únicos que llegan a la edad adulta. Ej.: Anemia falciforme en África.
Genotipo A1A1 A1A2 A2A2 Wgenotipo 1 0 1 En contra del heterocigoto. Solo los homocigotos llegan a la edad adulta.
FRECUENCIAS ALÉLICAS EN EL EQUILIBRIO Las aptitudes medias asociadas a los alelos son: - WA1 = pWA1A1 + qWA1A2 - WA2 = pWA1A2 + qWA2A2 En selección sobre los heterocigotos, estas aptitudes son iguales  WA1 – WA2 = 0 Cuando se alcance la situación de equilibrio: (peqWA1A1 + qeqWA1A2) – (peqWA1A2 + qeqWA2A2) = 0 Si despejamos peq: 𝒑𝒆𝒒 = 𝑾𝑨𝟐𝑨𝟐 − 𝑾𝑨𝟏𝑨𝟐 (𝑾𝑨𝟐𝑨𝟐 − 𝑾𝑨𝟏𝑨𝟐 )+(𝑾𝑨𝟏𝑨𝟏 − 𝑾𝑨𝟏𝑨𝟐 ) El equilibrio no se alcanza en una sola generación.
Hay dos posibilidades para el equilibrio en caso de selección sobre el heterocigoto: - Equilibrio inestable: En contra del heterocigoto. La aptitud del heterocigoto es menor que la de cualquiera - de los homocigotos. Infradominancia.
Equilibrio estable o polimorfismo balanceado: A favor del heterocigoto. La aptitud del heterocigoto es mayor que la de cualquiera de los homocigotos. Sobredominancia.
BALANCE MUTACIÓN SELECCIÓN Balance entre la introducción de nuevos alelos por mutación y la selección en contra de estos alelos: Situación de equilibrio.
49 50 Genética Tema 17- Alteraciones del Equilibrio de Hardy-Weinberg III T. 17 ALTERACIONES DEL EQUILIBRIO DE HARDY-WEINBERG III Proceso Dispersivo I Un proceso es dispersivo cuando el cambio en las frecuencias alélicas es predecible en cantidad pero no en dirección, debido a efectos del muestreo en poblaciones pequeñas o finitas.
FORMAS DE ESTUDIAR EL PROCESO DISPERSIVO - Proceso de apareamientos no al azar: Cambios genotípicos producidos por endogamia o apareamientos discriminatorios.
- Proceso de deriva genética por varianza del muestreo.
APAREAMIENTOS NO AL AZAR Las desviaciones con respecto al apareamiento al azar son: - Apareamientos en función del parentesco o grado de ascendencia común:  Endogamia: Los emparejamientos entre parientes ocurren más frecuentemente de lo esperado por azar.
 Exogamia o Endogamia negativa: Los cruzamientos entre parientes son menos frecuentes de lo esperado por azar.
- Apareamientos en función del parecido en algún locus:  Discriminación positiva: Apareamientos de semejante con semejante.
 Discriminación negativa: Apareamientos entre individuos no semejantes.
Las consecuencias de la endogamia y la discriminación positiva son que aumenta la homocigosidad, por lo que disminuye la heterocigosidad, y también disminuye la variabilidad.
Definiciones - Dos alelos son idénticos cuando tienen la misma función.
- Dos alelos con la misma función son idénticos por descendencia si son copias de un mismo alelo.
- Dos individuos están emparentados si tienen al menos un carácter común.
- Un individuo es consanguíneo si sus padres son parientes.
- Un cruce es consanguíneo si los individuos que se cruzan son parientes.
- Coeficientes de consanguinidad individual, F (X): Probabilidad de que un individuo X sea homocigoto por portar alelos idénticos por descendencia debido al parentesco entre sus padres.
- La consanguinidad de un individuo es una medida del grado de parentesco entre sus padres - La autocigosidad es la homocigosis por descendencia.
ENDOGAMIA El apareamiento al azar genera homocigotos según p2 + q2. Cuando el apareamiento es entre parientes, los progenitores son portadores de alelos idénticos por descendencia, por lo que hay una probabilidad extra de homocigosis, según el coeficiente de consanguinidad o endogamia F.
El apareamiento entre parientes incrementa la homocigosis.
Ejemplo 1: Un cruzamiento de dos individuos heterocigotos A1A2 x A3A4, no son parientes. Suponemos dos descendientes A1A3, donde el alelo A1 de ambos descendientes proviene del padre. Si cruzamos a estos dos individuos, el descendiente puede ser A1A1. Será homocigoto de una forma especial, con los dos alelos A1 idénticos por descendencia.
La probabilidad de obtener descendientes homocigotos A1A1 de esta forma especial es: - Si el abuelo es heterocigoto, hay ½ de probabilidades de que les pase a los dos descendientes el alelo A1.
- Con el cruce de los dos descendientes, la probabilidad de que cada uno de ellos le pase al hijo el alelo A1 es ½ para cada uno.
- Consanguinidad total: ½ x ½ x ½ = 1/8. Es la probabilidad total de que el nieto sea homocigoto A1A1.
Lo mismo ocurrirá con los alelos A3 de la primera madre. Por lo que la probabilidad de obtener un nieto A3A3 es también 1/8.
El coeficiente de consanguinidad final será: 1/8 + 1/8 = 0’25.
51 Ejemplo 2: Para saber la probabilidad de que G sea homocigoto con alelos idénticos por descendencia, primero hay que calcular la probabilidad de que A pase el mismo alelo a C y D.
- Para unos genes será heterocigoto, G1G2. La probabilidad de que pase el alelo G1 es ½.
 ½ + [1 – F(A)] - Para otros genes será homocigoto, G1G1. La probabilidad de que pase el alelo G1 de su padre es ½, y de que pase el alelo G1 de su madre es también ½. Cualquiera de las dos opciones nos sirve porque pasa el alelo G1.
 ½ x F(A) + ½ x F(A) - En total será: ½ + [1 – F(A)] + ½ x F(A) + ½ x F(A)  ½ + ½ F(A)  ½ [1 + F(A)]. Es la probabilidad de que el mismo alelo pase a C y D.
Una vez que C y D tienen el mismo alelo, la probabilidad de que, a partir de cada uno de ellos, pase a E y F es ½ para cada uno. Y lo mismo ocurre para que pasen a G, ½ de cada uno (E y F).
Al final será: F(G) = (½ [1 + F(A)]) x ½ x ½ x ½ x ½  F(G) = (½)5 x [1 + F(A)] En general, la fórmula para saber la consanguinidad de un individuo es  𝑭(𝒙) = (𝟏⁄𝟐)𝒏 (𝟏 + 𝑭(𝑨)), siendo n el número de elementos de la red abierta.
F(A) será 0 si no es consanguíneo o si no sabemos nada de sus padres.
Los mismo ocurrirá con la red de individuos del padre B: F(G) = (½)5 x [1 + F(B)] Como F(A) y F(B) es 0, la F(G) de cada red es ½5. Por esto, la F(G) total es: F(G) total = ½5 + ½5 = 0’0625 Esto quiere decir que tiene una consanguinidad del 6’25%, que también es el parentesco que tienen sus padres.
CONSECUENCIAS DE LA ENDOGAMIA 3 corrales: Apareamiento discriminativo positivo. A1A1, A1A2 y A2A2. Solo dejamos que se crucen entre los del mismo genotipo. Los individuos A1A1 solo tienen descendientes A1A1, pero a este corral habrá que añadir ¼ del corral A1A2 que serán homocigotos A1A1. Así los heterocigotos van disminuyendo y los homocigotos aumentan. Las frecuencias alélicas serán las mismas, p=q=0’5, pero las frecuencias genotípicas variarán, aumentando P y Q, y disminuyendo H. En una generación n tendremos que solo hay dos líneas, las dos homocigotas con individuos A1A1 y A2A2, sin heterocigotos.
El resultado final de la endogamia será: - Homocigosis total en la población. Hay una pérdida de variabilidad por perder heterocigotos.
- La velocidad del proceso, o la tasa de endogamia por generación, depende del grado de parentesco de los individuos que se cruzan.
- La variación total presente en la población original se convierte en variación entre líneas homocigotas consanguíneas derivadas de la población original.
- Una proporción p de las líneas establecidas por endogamia será homocigota A1A1 y una proporción q de estas líneas será A2A2.
- El alelo que se fija en cada línea, A1 o A2, es una cuestión de azar.
52 Genética Tema 17- Alteraciones del Equilibrio de Hardy-Weinberg III DERIVA GENÉTICA En una población de tamaño finito, si una pareja deja poca descendencia, la frecuencia de un alelo no se verá exactamente reproducida en la siguiente generación por errores de muestreo. Por esto, se pueden ver cambios en las frecuencias alélicas. Todos los sucesos que ocurren al azar afectan muchísimo a las poblaciones pequeñas. El proceso termina cuando se fija uno de los alelos y el otro se elimina, pero nunca se puede predecir cuál será ni cuándo.
La deriva genética es la fluctuación aleatoria de las frecuencias alélicas por efecto del muestreo de alelos en poblaciones pequeñas.
Ejemplo 1: En una población pequeña, de 6 individuos, tenemos 2 A1A1 (macho y hembra), 2 A1A2 y 2 A2A2, con unas frecuencias alélicas p=0’5 y q=0’5. Por diversas causas, los A1A1 no se aparean y las crías de A1A2 mueren, así que en la siguiente generación solo habrá descendientes A2A2, todos homocigotos, teniendo p=0 y q=1.
Ejemplo 2: En un hábitat determinado vive una población de roedores, con unas frecuencias pA1=0’5 y qA2=0’5. En un momento, por un terremoto, se convierte en un archipiélago, creando 14 islas de individuos, con 2 individuos cada una, es decir, 4 alelos en cada isla. En un principio, todos los individuos serán iguales que la población inicial, con la misma proporción de los 2 alelos considerados. En la siguiente generación, en cada una de las islas, se modifican las frecuencias alélicas. En las frecuencias donde se haya fijado un alelo, solo tendrán ese alelo en todas sus generaciones, es decir, sus 4 alelos serán iguales. Al final, en todas las islas se habrá fijado uno de los alelos y ya no cambiará.
CONSECUENCIAS - Diferenciación entre subpoblaciones.
- Reducción de la variabilidad genética dentro de las subpoblaciones: la variación total presente en la población original se convierte en variación entre líneas homocigotas consanguíneas derivadas de la población original.
- Aumento de la frecuencia de los homocigotos a expensas de los heterocigotos: Una proporción p de las líneas establecidas por endogamia será homocigota A1A1 y una producción q de estas líneas será A2A2.
- El alelo que se fija en cada línea, A1 o A2, es una cuestión de azar.
FORMAS ESPECIALES - Efecto fundador: Un pequeño grupo se separa de una población mayor y crea una nueva colonia que se mantiene aislada. Esta ‘deriva aguda’ tiene lugar en una sola generación de muestreo, seguida de varias generaciones en las que la población sigue siendo pequeña. La frecuencia, ya desde la primera generación, será muy diferente, y en las demás generaciones con población pequeña variará mucho.
Ejemplo: Ausencia del grupo sanguíneo B en algunas poblaciones indígenas de América. Ocurrió cuando un pequeño grupo de personas sin el grupo sanguíneo B emigró a América. Evidentemente, estas personas no podían transmitir a sus descendientes esta información genética.
- Cuello de botella poblacional: Una población ve drásticamente reducidos sus efectivos. Esta pérdida de individuos es totalmente al azar y los que quedan transmiten sus caracteres a la descendencia, pero se ha perdido información del resto de los individuos.
Todos estos sucesos implican que los descendientes tengan muy poca variabilidad genética, lo que les hace más susceptibles a los cambios. Esto es porque en la mayor parte de sus genes serán homocigotos con alelos idénticos. Si estos alelos son beneficiosos no pasará nada, pero si son deletéreos o se produce un cambio en el ambiente, la mayor parte de la población tendrá problemas y podrían llegar a desaparecer.
La principal razón de que las poblaciones las encontremos en equilibrio de Hardy-Weinberg es el apareamiento aleatorio. Basta una sola generación para alcanzar el equilibrio si los individuos se reproducen aleatoriamente. Esto no quiere decir que esta población no sufra migración, mutación ni selección, pero sus efectos se contraponen a los del apareamiento aleatorio, que los ‘arregla’ y así la población estará en equilibrio.
53 54 Genética Tema 18- Alteraciones del Equilibrio de Hardy-Weinberg IV T. 18 ALTERACIONES DEL EQUILIBRIO DE HARDY-WEINBERG IV Proceso Dispersivo II COEFICIENTE DE CONSANGUINIDAD, F Es el promedio de los coeficientes de consanguinidad individuales F(X) de la población. El coeficiente de consanguinidad F expresa el proceso dispersivo que ha tenido lugar en nuestra población a partir de la población base, siendo ésta la población en un momento en el pasado en que todos los genes presentes se consideraban diferentes por descendencia y F=0.
TASA DE CONSANGUINIDAD Es el incremento de consanguinidad que se produce en cada generación que transcurre desde la población base, o incremento de homocigosidad. Esto depende del tamaño de la población, siendo ∆𝑭 = 𝟏/(𝟐𝑵). A menor tamaño de la población, más rápido es el incremento de la consanguinidad media de la población. Esta expresión solo puede aplicarse cuando se cumplen las condiciones de la población ideal: - El número de hembras debe ser igual al número de machos.
- El apareamiento es al azar o Panmixia.
- Todos los individuos contribuyen genéticamente a la siguiente generación.
- No hay solapamiento generacional.
- La población está en equilibrio de Hardy-Weinberg.
TAMAÑO EFECTIVO, NE Es el tamaño de una población ideal que perdería heterocigosidad en una tasa igual a la de la población observada.
∆𝑭 = 𝟏/(𝟐𝒙𝑵𝒆) Según las normas de la FAO, una población se encuentra en peligro de extinción cuando tiene un tamaño efectivo menor a 50. El ΔF sería 1/(2x50) = 0’01  1%. En cada generación, perdemos 1% de heterocigosidad, es decir, en 100 generaciones todos los individuos serán homocigotos, con todos los contras que esto conlleva. Esto no está permitido porque se necesita una cierta variabilidad genética para afrontar cualquier cambio.
CÁLCULO DE NE 1. Diferente número de machos y hembras reproductores: 4 𝑥 𝑁𝑓 𝑥 𝑁𝑚 𝑁𝑒 = 𝑁𝑓 + 𝑁𝑚 Nf y Nm son, respectivamente, el número de hembras y el número de machos que se reproducen con éxito (no todos los que hay en la población). Si no todos los individuos se reproducen o la razón de sexos no es 1:1, entonces Ne < N, el tamaño efectivo es menor que el tamaño censal de la población.
Ejemplo 1: N = 1000, donde 500 son machos y 500 son hembras. Además, todos ellos se reproducen con éxito.
4 𝑥 500 𝑥 500 𝑁𝑒 = = 1000 500 + 500 Estamos en las condiciones de población ideal. El tamaño efectivo es igual al tamaño real.
Ejemplo 2: N = 1000, donde el número de hembras y de machos que se reproducen con éxito son 400 en cada caso.
4 𝑥 400 𝑥 400 𝑁𝑒 = = 800 400 + 400 El tamaño efectivo es menor que el tamaño real de la población, por lo que no cumple las condiciones de la población ideal, ya que no todos se reproducen con éxito.
55 2. Número diferente de individuos reproductivos en generaciones sucesivas: Causa habitual en la reducción del tamaño efectivo. En cada generación, se modifican los efectivos reproductores. El tamaño efectivo también será menor que el tamaño censal.
1⁄𝑁𝑒 = 1⁄𝑡 𝑥 [1⁄𝑁1 + 1⁄𝑁2 + 1⁄𝑁3 + ⋯ + 1⁄𝑁𝑡]  Media armónica t = número de generaciones 3. Distribución no aleatoria del número de hijos por familia: Discrepancia más importante con respecto al sistema reproductivo de la población ideal. Es la distribución del tamaño de familia, que sigue una distribución de Poisson, donde la media es igual que la varianza. En la población ideal, la media del tamaño de familia es 2, que según Poisson también la varianza será 2 (µ = 2 = σ2). Pero en la realidad, el tamaño de familia variará.
8𝑁 𝑁𝑒 = 𝑉𝑘𝑚 + 𝑉𝑘ℎ + 4 N = Tamaño real Vkm = Varianza del tamaño de familia en los machos.
Vkh = Varianza del tamaño de familia en las hembras.
Se trabaja con los tamaños de familia de machos y hembras por separado porque, normalmente, un macho al tener más parejas, tiene más descendientes.
En las condiciones de la población ideal, donde Vkm = Vkh = 2  8N / (2+2+4)  Ne = N.
Si el tamaño de familia es el mismo para todas las hembras y para todos los machos, es decir, que todos los machos dejan el mismo número de descendientes y todas las hembras también dejan el mismo número (no hay variabilidad entre sus números de descendientes)  Vkh = Vkm = 0  Ne = 8N/4  Ne = 2N. Así conseguimos que el tamaño efectivo sea el doble que el tamaño censal. Esto se traduce como que el incremento de la consanguinidad sea más lento, porque ΔF = 1/2xNe  ΔF = 1/(2x2N) = 1/4N, la mitad de velocidad.
En el resto de circunstancias  Ne < N.
¿CÓMO EVITARLO? Reglas para maximizar el tamaño efectivo y reducir la tasa de consanguinidad: La consanguinidad aumenta siempre, pero se puede minimizar.
- Minimizar la pérdida de variabilidad genética por deriva en el contingente inicial de animales fundadores. Hay que usar como reproductores los animales ‘fundadores’ de la población, o los que tengan la mayor variabilidad genética. Los reproductores se detectarán mediante microsatélites y se elegirán los más diferentes.
- Deben evitarse fluctuaciones en el censo de los machos. Hay que mantener constante el censo de los machos.
- La distribución de los tamaños familiares debe ser uniforme. Así la varianza será 0. Al menos, cada macho debe dejar un macho reproductor para la generación siguiente, y cada hembra debe dejar una hembra reproductora para la generación siguiente.
- Debe prolongarse el intervalo generacional, por ejemplo, por crioconservación de semen y embriones.
Permitir que un macho o una hembra puedan ser usados durante muchos años como reproductores.
- Adopción de sistemas adecuados de apareamiento con el mínimo parentesco, así el promedio de los coeficientes de parentesco entre padres y madres será el mínimo. Hay que escoger los individuos que se van a cruzar teniendo en cuenta que su parentesco sea el mínimo.
56 Genética Tema 19- Situaciones Especiales T. 19 SITUACIONES ESPECIALES EQUILIBRIO DE HARDY-WEINBERG PARA GENES LIGADOS AL SEXO FRECUENCIAS GENOTÍPICAS Sistema de determinación genética del sexo XX/XY. Trabajamos con un locus situado en el cromosoma X, con 2 alelos codominantes A1 y A2. Los genotipos son distintos según el sexo: - Hembras: Todos los genotipos son posibles puesto que tienen 2 cromosomas X: Genotipos A1A1 A1A2 A2A2 Frec. Genot.
P H Q P+Q+H=1 - Machos: Serán hemicigotos, es decir, al tener solo 1 cromosoma X, solo podrán tener un alelo.
Genotipos A1 A2 Frec. Genot.
R S R+S=1 FRECUENCIAS ALÉLICAS - Para las hembras: Podrán ser homocigotas para cada uno de los 2 alelos o heterocigotas.
 A1: ph = P + H/2  A2: qh = Q + H/2 - Para los machos: Solo pueden presentar un alelo, ya sea A1 o A2, de forma que las frecuencias genotípicas coinciden con las alélicas (no hay heterocigotos).
 A1: pm = R  A2: qm = S Como la distribución de alelos en la población es que 2/3 de los alelos los llevan las hembras (puesto que tienen 2 cromosomas X) y 1/3 los llevan los machos (solo tienen un cromosoma X), las frecuencias alélicas medias en la población serán: 2 1 1 1 𝟐 𝟏 𝑝𝐴1 = (𝑃 + 𝐻) + 𝑅 = (2𝑃 + 𝐻 + 𝑅) = 𝒑𝒉 + 𝒑𝒎 ̅̅̅̅ 3 2 3 3 𝟑 𝟑 2 1 1 1 𝟐 𝟏 𝑞𝐴2 = (𝑄 + 𝐻) + 𝑆 = (2𝑄 + 𝐻 + 𝑆) = 𝒒𝒉 + 𝒒𝒎 ̅̅̅̅ 3 2 3 3 𝟑 𝟑 EQUILIBRIO DE HARDY-WEINBERG En una población grande, con apareamiento aleatorio, con ausencia de mutación, migración y selección: - Hembras: El cromosoma X que lleva el alelo A2 en las hijas tiene ½ de probabilidades de provenir de sus padres y ½ de probabilidades de provenir de sus madres.
1 1 (𝑞𝑚 (𝑡−1) + 𝑞ℎ (𝑡−1) ) 𝑞ℎ (𝑡) = 𝑞𝑚 (𝑡−1) + 𝑞ℎ (𝑡−1) = 2 2 2 La frecuencia del alelo en las hembras es la media de las frecuencias en ambos sexos en la generación anterior.
- Machos: El cromosoma X de los machos en la generación t proviene de sus madres, de la generación t-1.
𝑞𝑚 (𝑡) = 𝑞ℎ (𝑡−1) La frecuencia del alelo A2 en los machos es igual a la frecuencia del alelo A2 las hembras de la generación anterior.
FRECUENCIA ALÉLICA MEDIA EN LA POBLACIÓN 2 (𝑡) 1 (𝑡) 2 (𝑞𝑚 (𝑡−1) + 𝑞ℎ (𝑡−1) ) 1 2 1 𝑞ℎ + 𝑞𝑚 = [ ] + 𝑞𝑚 (𝑡−1) = (𝑞𝑚 (𝑡−1) + 𝑞ℎ (𝑡−1) ) + 𝑞𝑚 (𝑡−1) 3 3 3 2 3 6 3 2 (𝑡−1) 2 (𝑡−1) 2 (𝑡−1) 2 1 2 = 𝑞𝑚 + 𝑞ℎ + 𝑞ℎ = (𝑞𝑚 (𝑡−1) + 2𝑞ℎ (𝑡−1) ) = 𝑞𝑚 (𝑡−1) + 𝑞ℎ (𝑡−1) 6 6 6 6 3 3 = 𝒒𝒎𝒆𝒅𝒊𝒂 (𝒕−𝟏) La frecuencia alélica media es invariable generación tras generación, pero esto no ocurre con las frecuencias alélicas en machos y en hembras.
𝒒𝒎𝒆𝒅𝒊𝒂 (𝒕) = 57 CÁLCULO DE LA DIFERENCIA EN LA FRECUENCIA DE ALELOS ENTRE LOS 2 SEXOS En cada generación, la diferencia entre las frecuencias alélicas de los machos y las hembras se dividen por 2 y cambian de signo.
1 1 𝟏 𝑞𝑚 (𝑡) − 𝑞ℎ (𝑡) = 𝑞ℎ (𝑡−1) − 𝑞𝑚 (𝑡−1) − 𝑞ℎ (𝑡−1) = − (𝒒𝒎 (𝒕−𝟏) − 𝒒𝒉 (𝒕−𝟏) ) 2 2 𝟐 SITUACIÓN DE EQUILIBRIO Al cabo de unas 8-10 generaciones, la diferencia se hace 0, es decir, las frecuencias alélicas no se modifican más (situación de equilibrio) y se cumple que 𝑞ℎ = 𝑞𝑚 = 𝑞𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 → 𝑖𝑛𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑏𝑙𝑒.
La q media permanece invariable, siendo la frecuencia de equilibrio, y cuando las frecuencias alélicas de ambos sexos la alcanzan, ya no se modifican.
EQUILIBRIO PARA DOS LOCI Consideraremos los loci A y B ligados, autosómicos, dialélicos, con alelos codominantes (A1 y A2, B1 y B2) cuyas frecuencias alélicas son p1, p2, q1 y q2. Si el ligamiento es total y estos alelos van asociados así A1B1 y A2B2, los gametos serán solo de dos tipos: A1B1 y A2B2.
Desequilibrio de ligamiento, gamético o haplótico: Los alelos de genes diferentes no se asocian al azar en los gametos.
Sobrecruzamiento  Aparición de nuevos gametos recombinantes: A1B2 y A2B1  Asociación al azar en los gametos de alelos de loci diferentes: Equilibrio de ligamiento.
VALOR DEL PARÁMETRO DE DESEQUILIBRIO DE LIGAMIENTO D Gametos Frec. Observ.
Frec. en equilibrio A1B1 P11 p1q1 A1B2 P12 p1q2 A2B1 P21 p2q1 A2B2 P22 p2q2 El desequilibrio de ligamiento D es la diferencia entre la frecuencia observada del gameto y la esperada en situación de equilibrio.
𝑫 = 𝑷𝒊𝒋 − 𝒑𝒊 𝒒𝒋 FÓRMULA ALTERNATIVA PARA LOCI DIALÉLICOS LOCUS B LOCUS A B1 B2 A1 A1B1 = P11 A1B2 = P12 A2 A2B1 = P21 A2B2 = P22 𝑫 = 𝑷𝟏𝟏 𝑷𝟐𝟐 − 𝑷𝟏𝟐 𝑷𝟐𝟏 58 Genética Tema 19- Situaciones Especiales VALOR MÁXIMO DE D = 0’25 LOCUS B LOCUS A B1 B2 A1 A1B1 = P11 = 0’5 A1B2 = P12 = 0 A2 A2B1 = P21 = 0 A2B2 = P22 = 0’5 𝑫 = 𝑷𝟏𝟏 𝑷𝟐𝟐 − 𝑷𝟏𝟐 𝑷𝟐𝟏 = (𝟎′ 𝟓𝒙 𝟎′ 𝟓) − 𝟎 = 𝟎′𝟐𝟓 - Las frecuencias de los cuatro alelos son 0’5.
- Los alelos A1 y B1, y los A2 y B2 van siempre en el mismo cromosoma, en fase de acoplamiento.
VALOR MÍNIMO DE D = - 0’25 LOCUS B LOCUS A B1 B2 A1 A1B1 = P11 = 0 A1B2 = P12 = 0’5 A2 A2B1 = P21 = 0’5 A2B2 = P22 = 0 𝑫 = 𝑷𝟏𝟏 𝑷𝟐𝟐 − 𝑷𝟏𝟐 𝑷𝟐𝟏 = 𝟎 − (𝟎′ 𝟓𝒙 𝟎′ 𝟓) = −𝟎′𝟐𝟓 - Las frecuencias de los cuatro alelos son 0’5.
- Los alelos A1 y B2, y los A2 y B1 van siempre en el mismo cromosoma, en fase de repulsión.
APROXIMACIÓN AL EQUILIBRIO En una generación, el desequilibrio de ligamiento se reduce en un factor proporcional a ‘c’, que es la frecuencia de recombinación entre los 2 loci: 𝐷𝑡 = (1 − 𝑐)𝐷𝑡−1 En función de D0, o el valor inicial de D: 𝐷𝑡 = (1 − 𝑐)𝑡 𝐷0 ~ 𝐷0 𝑒 −𝑐𝑡 En cada generación D se va reduciendo de manera exponencial negativa, cada vez más despacio.
Al alcanzarse el equilibrio, aunque los genes siguen ligados, se comportan en cuanto a las frecuencias gaméticas como si fueran independientes.
El alcance del equilibrio es tanto más rápido cuanto mayor es la frecuencia de recombinación c.
Para genes independientes puede aplicarse el mismo razonamiento.
59 60 Genética Tema 20- Transcripción del DNA T. 20 TRANSCRIPCIÓN DEL DNA La transcripción es la copia a RNA de una parte del DNA. Está catalizada por la polimerasa de RNA. Los productos iniciales de todos los genes son los ácidos ribonucleicos, del RNA transcrito.
DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR Transcripción Replicación DNA-polimerasa DNA RNA-polimerasa Transcriptasa inversa Traducción RNA Proteínas Ribosomas Transcripción inversa RNA Las diferencias del RNA con el DNA son: - El azúcar del DNA es una desoxirribosa, mientras que en el RNA es una ribosa.
- En el DNA las bases nitrogenadas son A, C, G y T, mientras que en el RNA, la T se sustituye por uracilo (U).
- La estructura del DNA es una doble hélice, mientras que el RNA es una cadena simple. Una excepción es el RNAt que tiene algunas regiones dobles, formando una estructura de trébol.
TIPOS DE RNA - RNA mensajero o mRNA: Es un RNA informativo, a partir del cual se sintetizan las proteínas. Es el RNA obtenido en el proceso de traducción.
RNA funcionales: No todos los genes se traducen a RNAm. Estos tipos de RNA nunca se traducen en polipéptidos.
 En eucariotas y procariotas:  RNA transferente o tRNA: Transportan los aminoácidos al mRNA durante la síntesis proteica.
 RNA ribosómico o rRNA: Asociados a diversas proteínas forman los ribosomas.
 Solo en eucariotas:  RNA nucleares pequeños o snRNA: Participan en el procesamiento en el núcleo de los primeros mRNA o transcritos primarios a mRNA maduro. Se combinan con varias proteínas específicas y son necesarios para las reacciones de corte y empalme.
 RNA citoplásmicos pequeños o scRNA: Involucrados en el transporte de proteínas dentro de las células eucariotas.
TRANSCRIPCIÓN Es una copia de la información del DNA a RNA. Solo se copia una cadena del DNA, que se denomina cadena molde.
La otra cadena se denomina cadena sin sentido. La cadena molde no será la misma en todo el cromosoma, ni durante todo el desarrollo.
La transcripción consta de tres fases: 1. Iniciación: El punto de iniciación es el punto del DNA por donde entra la primera base nitrogenada para iniciar la transcripción.
a. La enzima RNA-polimerasa se fija en el DNA según una secuencia específica del DNA, que se llama promotor.
b. Las cadenas se abren.
c. Entran por complementariedad las bases nitrogenadas de la cadena molde.
2. Elongación o Alargamiento: a. La enzima va recorriendo el DNA en sentido 5’ – 3’. Las bases se van añadiendo el extremo 3’ del DNA y se va formando el RNA.
3. Terminación: a. Se llega a una secuencia reconocida o terminador, que la enzima reconoce para terminar la transcripción.
b. Se separan las cadenas molde, RNA y la enzima, y la doble hélice vuelve a unirse.
61 La secuencia de DNA que va desde el promotor hasta el terminador se llama unidad de transcripción.
Las diferencias entre eucariotas y procariotas en la transcripción son: - Lugar: En eucariotas, la transcripción se realiza en el núcleo y la traducción en el citoplasma. En los procariotas, ambos procesos se producen en el citoplasma, simultáneamente. Mientras se va produciendo el mRNA, los ribosomas lo van traduciendo.
- Tipo de enzima: En eucariotas hay 3 tipos de enzimas RNA-polimerasa (I: transcribe rRNA; II: mRNA; III: tRNA, snRNA y scRNA), mientras que en los procariotas solo hay un tipo de enzima que lo transcribe todo.
- Cantidad de genes: En eucariotas, un gen se traduce en un mRNA determinado, y en procariotas varios genes próximos pueden traducirse en el mismo mRNA.
- Funcionalidad: En procariotas, el mRNA tal como se transcribe ya es funcional, mientras que en eucariotas el RNA transcrito primario tiene que procesarse para dar lugar al mRNA funcional.
PROCESAMIENTO DEL RNA EN EUCARIOTAS El transcrito primario de RNA o pre-RNA es procesado en el núcleo mediante los siguientes pasos: 1. Encapsulación: Solo se da en el mRNA. Es la adición durante la transcripción de un residuo de 7metilguanosina al extremo 5’ (extremo inicial) del transcrito, es decir, el extremo 5’ se metila para que los ribosomas después sepan por donde hay que empezar. Este proceso sirve para proteger al mRNA de la degradación y para que los ribosomas lo reconozcan. Tiene lugar antes de terminar la transcripción.
2. Poliadenilación: Solo en el mRNA. Terminada la transcripción, se añade una cola de adeninas o cola de poli(A) (de 150 – 200 residuos) al extremo 3’ o extremo terminal del transcrito. Así se obtiene el mRNA primario completo. La función de esta cola poli(A) es de transporte activo al citoplasma.
3. Maduración: En mRNA, rRNA y tRNA. Se eliminan partes internas del transcrito. La mayoría de los genes de los eucariotas son genes fragmentados, es decir, los genes contienen fragmentos de DNA que interrumpen la secuencia informativa del gen. Los fragmentos sin información se llaman intrones y los que contienen información son los exones.
Para eliminar los intrones y reunificar los exones, el transcrito primario eucariótico sufre un proceso de corte y empalme denominado splicing.
Ejemplo: Gen de la ovoalbúmina. Este gen contiene 7 intrones y 8 exones, con un tamaño total de 7.700 pb.
Primero se realiza la transcripción, con la consiguiente encapsulación, obteniendo el transcrito primario.
Después se añade la cola de poli(A) y se procede a la eliminación de los intrones. En este caso, el proceso de splicing se lleva a cabo en dos fases. En una primera fase se eliminan 5 intrones, reunificando y uniendo los 5 primeros exones y los 2 últimos. Después, en la segunda fase, se eliminan los 2 intrones que quedan, obteniendo el mRNA maduro de la ovoalbúmina con 1.872 nucleótidos.
Según cuál sea el tipo de célula que transcribe el gen, se mantendrán unos exones u otros, dependiendo de la función que vaya a tener el gen en esa célula.
4. Edición del RNA o Editing: Introducción de cambios en la información del mRNA, tRNA y rRNA recién sintetizados. Estos cambios no pueden considerarse como mutaciones, ya que se encuentran bajo control genético. En los mamíferos, por ejemplo, se sustituye una cierta base del mRNA dando lugar a un cambio en la secuencia de la proteína correspondiente.
Ejemplo: El gen de la apolipoproteína B tiene 29 exones. En el hígado, el mRNA madurado codifica una proteína larga, mientras que en el intestino origina una proteína corta. Esto es porque en el intestino, el codón CAA que codifica glutamina, se cambia por UAA, que es un codón de parada.
Este proceso de Editing podría explicar algunos casos de “excepciones” al código genético universal:  Tripanosoma: En los transcritos de varios genes de las mitocondrias del Tripanosoma se producen cambios generalizados, que consisten en adiciones y deleciones sistemáticas de bases. Estos cambios determinan una alteración de la pauta de lectura, con lo que se produce un cambio en toda la secuencia de la proteína. Es por esto por lo que no hay vacunas contra él.
 Mitocondrias vegetales: El Editing es la posible explicación a las excepciones de universalidad del código genético descritas en las mitocondrias.
 Ciertos virus.
62 Genética Tema 21- Código Genético T. 21 CÓDIGO GENÉTICO CARACTERÍSTICAS DEL CÓDIGO GENÉTICO 1. Código a base de tripletes, llamados codones. En el mRNA hay 4 bases (A, U, G y C), y hay 20 aminoácidos diferentes. Si se agrupan según:  Una letra  4 palabras. Insuficiente.
 Dos letras  42 = 16 palabras. Insuficiente.
 Tres letras  43 = 64 palabras. Hay más codones que aminoácidos, por lo que habrá codones sin sentido o de parada (3) y codones sinónimos (61).
2. El código genético es degenerado. Un mismo AA es codificado por varios codones distintos.
3. El proceso de lectura se realiza de forma continuada hasta el final de la secuencia informativa, sin comas o pausas que separen las palabras.
AUG.CGC.UAG.AAG  aa1.aa2.aa3.aa4 Si hubiera comas, la introducción o deleción de una base solo afectaría a un AA de la cadena proteica.
AUG.CC.UAG.AAG  aa1.error.aa3.aa4 Pero si se produce una mutación de alteración de la pauta de lectura, toda la secuencia proteica se modifica a partir del punto de la alteración.
AUGCCUAGAAG  aa1.aa2’.aa3’  Indel: Es tanto una inserción como una deleción. Se usa la misma denominación porque su efecto es el mismo, modifican la secuencia de AA.
4. El código genético no es solapado. En un código solapado, los sucesivos AA están determinados en el mRNA por codones que comparten algunas bases consecutivas, lo que implicaría que la sustitución de una base alteraría a la vez dos AA adyacentes de la proteína.
En un código no solapado, el cambio de una base solo cambia un AA de la proteína. El cambio será más significativo si la sustitución crea un codón de parada.
5. Es universal, con unas pocas excepciones en las mitocondrias, que pueden explicarse por el fenómeno del Editing.
Los codones que codifican para el mismo AA son sinónimos. Si una mutación cambia un codón por uno sinónimos, no se verán cambios fenotípicos.
La metionina y el triptófano son los únicos AA que solo están codificados por un codón. En el caso de la metionina puede justificarse porque siempre tiene que ser el primer AA de la proteína, por lo que es muy importante este AA.
La serina está codificada por 6 codones.
Los codones sin sentido o de parada son UAA, UAG y UGA.
Segunda base U UUU UUC U UUA P UUG r CUU i CUC m C CUA e CUG r a AUU AUC A b AUA a AUG s GUU e GUC G GUA GUG C Fen Leu Leu Ile Met Yal UCU UCC UCA UCG CCU CCC CCA CCG ACU ACC ACA ACG GCU GCC GCA GCG A Ser Pro Tre Ala UAU UAC UAA UAG CAU CAC CAA CAG AAU AAC AAA AAG GAU GAC GAA GAG G Tir Alto Alto His GLu Asn Lys Asp Glu UGU UGC UGA UGG CGU CGC CGA CGG AGU AGC AGA AGG GGU GGC GGA GGG Cis Alto Trp Arg Ser Arg Gli U C A G U C A G U C A G U C A G T e r c e r a b a s e 63 CODONES SINÓNIMOS - Algunos AA pueden ser transportados hasta el ribosoma por varios tipos de tRNA alternativos, que contienen anticodones diferentes. Son los llamados isoaceptores.
Los isoaceptores son proteínas o moléculas diferentes pero que llevan unido el mismo AA. Cada codón solo acepta una molécula de tRNA, pero como hay varias que llevan el mismo AA, por eso diferentes codones dan el mismo AA.
- Algunas especies de tRNA pueden incorporar su AA específico en respuesta a varios codones distintos por cierto relajamiento en el emparejamiento entre el extremo 3’ del codón y el extremo 5’ del anticodón. Es el denominado tambaleo de la tercera base.
Un ejemplo es la serina, que está codificada por 6 codones sinónimos. Esto se debe a que hay 3 tipos de tRNA para la serina, que por el tambaleo de la tercera base, cada uno acepta 2 codones diferentes, teniendo en total 6 codones para la serina (3 tRNA x 2 codones = 6 codones).
CODONES SIN SENTIDO Son señales de parada para la transcripción, ya que no existe ningún tRNA con secuencia en el anticodón complementaria a ellos.
Son UAA, UAG y UGA.
Definiciones - Transición: Sustitución de una base de un tipo por otra del mismo tipo.
 A por G (purinas).
 T por C (pirimidinas).
- Transversión: Una base de un tipo se sustituye por otra de diferente tipo.
 Purina por pirimidina. A o G por T o C.
64 ...

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