Tema 6 (2016)

Apunte Español
Universidad Universidad de Valencia (UV)
Grado Biotecnología - 2º curso
Asignatura Genética
Profesor J.G.C.
Año del apunte 2016
Páginas 11
Fecha de subida 10/11/2017
Descargas 0
Subido por

Descripción

1º Cuatrimestre

Vista previa del texto

Noelia Joya, 2º Biotecnología Genética TEMA 6 1.
2.
3.
4.
5.
La transmisión de genes ligados Cálculo de distancias génicas Mapeo de genes mediante la prueba de tres puntos Asignación de genes a cromosomas Mapas genéticos en organismos haploides 4 4C 2 542 A principios del siglo XX se observó otra excepción a las leyes de Mendel: aunque se obtenían los fenotipos esperados en la F2 de cruzamientos dihíbridos, las proporciones no eran las esperadas.
Observación: Los fenotipos aumentados son precisamente los parentales. (Ya se conocía la teoría cromosómica de la herencia).
Hipótesis: Como hay muchísimos más genes que cromosomas, debe haber genes que estén en el mismo cromosoma y, por tanto, que no se segregaban de forma independiente (las combinaciones parentales tienden a ir juntas) Cuando dos genes están ligados hay un dibujito que lo muestra. En la descendencia tendremos un medio y un medio en los genotipos.
A los genes que no segregan independientemente debido a que están en el mismo cromosoma se denominan genes ligados y se dice que pertenecen al mismo grupo de ligamiento.
Lo que ocurre normalmente es que sí que se produce una progenie recombinante, pero con menos proporción.
Observación: Sin embargo, los resultados experimentales indican que la situación no es siempre blanco o negro. Sino que hay situaciones intermedias.
Hipótesis: Algunos cromosomas homólogos deben haber intercambiado partes de los mismos.
La frecuencia de tener alelos recombinantes es muy baja, por eso hay pocos fenotipos recombinantes.
Tema 6: Ligamiento, recombinación y mapeo de genes eucariotas 37 Noelia Joya, 2º Biotecnología Genética La disposición de los alelos del progenitor heterocigótico, sea una configuración de acoplamiento o una de repulsión, determina cuáles serán los fenotipos que se expresarán con mayor frecuencia entre la progenie de un cruzamiento de prueba.
• Cis: ambos alelos dominantes están en un cromosoma y los recesivos en otro.
• Trans: un alelo odominante y un recesivo en cada cromosoma.
Esto va a influir en la frecuencia de la progenie; es decir, no determina el tipo de genotipo, sino la frecuencia de fenotipos que tendremos en la descendencia.
.
4 .4C 4C 4.
• 1931, Barbara McClintock y Harriot Creighton.
• Trabajando con el maíz aportaron las primeras demostraciones de que el entrecruzamiento es realmente un intercambio físico entre cromosomas.
Creighton y McClintock descubrieron un tipo de maíz que tenía un cromosoma 9 anormal, que contenía un botón que se teñía densamente con el colorante en uno de los extremos y una pequeña porción de otro cromosoma unida al otro extremo. Este cromosoma aberrante les permitió distinguir visualmente las dos unidades que conformaban el par homólogo.
Ambas investigadoras se dedicaron a estudiar la herencia de dos características del maíz determinadas por genes del cromosoma 9: en un locus, un alelo dominante (C) producía granos con color, mientras que un alelo recesivo (c) producía granos sin color; en otro locus ligado un alelo dominante (Wx) producía granos amiláceos, mientras que un alelo recesivo (wx) producía granos cerosos. Creighton y McClintock obtuvieron una planta que era heterocigótica en ambos loci con configuración de repulsión, con los alelos para granos con color y cerosos en el cromosoma aberrante y los alelos para granos sin color y amiláceos en el cromosoma normal.
Cruzaron esta planta heterocigótica con una planta homocigótica para granos sin color y heterocigótica para granos cerosos.
Este cruzamiento produciría diferentes combinaciones de características en la progenie, pero la única manera para que resulte una progenie con granos cerosos y sin color es a través de un entrecruzamiento en el progenitor doblemente heterocigótico: Debe tenerse en cuenta que si el entrecruzamiento supone un intercambio físico entre los cromosomas, la progenie con granos cerosos y sin color que resulta de la recombinación debe tener un cromosoma con una porción adicional, pero sin el botón; y algunos de los individuos de la progenie con granos amiláceos y con color deben tener un botón pero no la porción adicional de cromosoma. Este resultado es precisamente lo que observaron Creighton y McClintock, que confirmaron de esta manera la teoría de la herencia cromosómica.
38 Tema 6: Ligamiento, recombinación y mapeo de genes Noelia Joya, 2º Biotecnología Genética Hoy en día se admite que los cromosomas homólogos intercambian material hereditario durante la profase I de la meiosis: • Durante la meiosis (profase I) se produce el fenómeno conocido como recombinación.
• El complejo sinaptonémico es la estructura proteica que garantiza el apareamiento entre cromosomas homólogos.
• Genera una estructura en forma de X conocida como quiasma, son el sitio físico donde se ponen en contacto las cromátidas y se produce el entrecruzamiento.
• La presencia de los quiasmas nos indica que son las cromátidas, y no los cromosomas no duplicados, las que presentan la capacidad de intercambiar material.
5. 5 4 .4 2A 4.
T. H. Morgan trabajando con Drosophila se dio cuenta de que la proporción de individuos recombinantes en la progenie variaba considerablemente según los pares génicos analizados.
En 1911, Sturtevant y Morgan idearon la manera de relacionar la frecuencia de recombinación con las distancias entre genes y, de ese modo, realizar mapas genéticos.
4 .4 2 El porcentaje de individuos recombinantes que se presentan en la progenie de un cruce prueba es un índice cuantitativo de la distancia lineal que hay entre los dos pares génicos en el cromosoma.
Cuando más distancia exista entre 2 pares génicos, mayor es la probabilidad de que el retrocruzamiento físico ocurra entre ambos pares (loci).
La distancia (D) se mide en unidades de mapa genético (u.m.), también denominada centiMorgan (cM).
• 1 cM = distancia entre pares génicos para la cual uno de cada cien productos meióticos (gametos) es recombinante.
• Es equivalente a decir que una frecuencia de recombinación (FR) de 0.01, equivale a una unidad de mapa.
D = FR · 100 = recombinantes · 100 progenie total Tema 6: Ligamiento, recombinación y mapeo de genes eucariotas 39 Noelia Joya, 2º Biotecnología 5. 5 5 4 .4 Genética 2 • A partir del cruce prueba.
Mientras más juntos estén los genes en un cromosoma, menos probabilidades de recombinación entre ellos habrá; como están muy pegados es más difícil separarlos, y si están alejados ocurre lo contrario.
Un centimorgan equivale a un 1% de la distancia.
Ejercicio 2: calcular la distancia Ejercicio 1: calcular la entre los dos genes ligados del distancia entre los dos genes siguiente ejemplo.
ligados del ejemplo del tomate: D= 8+7 D= · 100 = 12,2 u. m.
55 + 53 + 8 + 7 10 + 10 · 100 = 20 u. m.
40 + 40 + 10 + 10 ¿Hubiese dado el mismo resultado si hubiésemos realizado el cruce prueba con un individuo p+b/p b+ en lugar de p+b+/pb? En el primer caso, la disposición de los alelos silvestres está en fase de acoplamiento (o en configuración cis), mientras que en el segundo caso está en fase de repulsión (o en configuración trans).
40 Tema 6: Ligamiento, recombinación y mapeo de genes Noelia Joya, 2º Biotecnología 4..4C 5 Genética 5 .
4 .
2 542 Sabiendo la distancia que separa dos genes y la fase en la que se hallan los alelos se puede predecir las proporciones de los fenotipos de la descendencia.
Si la frecuencia de recombinación (FR) es 0.16, podemos calcular las proporciones de los fenotipos de la F1: • Recombinantes = 0.16 / 2 = 0.08 • No recombinantes = (1-0.16) / 2 = 0.84 / 2 = 0.42 Resultado: • 42% rugoso mate • 42% liso brillante • 8% rugoso brillante • 8% liso mate Conocer la configuración de los alelos dentro del cromosoma permite predecir los tipos de progenie que resultarán a partir de un cruzamiento con genes ligados y determinar cuáles de estos tipos serán los que se produzcan con mayor frecuencia. Para determinar las proporciones de los tipos de la descendencia requiere un dato adicional: la frecuencia de recombinación. Ésta brinda información respecto de cuán a menudo aparecen nuevas combinaciones de alelos en los gametos y permite predecir las proporciones de los fenotipos de la descendencia que resultarán a partir de un cruzamiento determinado con genes ligados.
En cuanto a los pepinos, el alelo que corresponde a la característica de fruta lisa (t) es recesivo respecto del de fruta rugosa (T), y el alelo que corresponde a la característica de fruta brillante (d) es recesivo respecto del de fruta opaca (D). Los genetistas determinaron que esos dos genes tienen una frecuencia de recombinación de 16%. Si, por ejemplo, se cruza una planta homocigótica para las características de fruta rugosa y opaca con una planta homocigótica para las características de fruta lisa y brillante, y luego se realiza un cruzamiento de prueba utilizando la generación F1: E F G H x G H G H ¿Qué tipos y qué proporciones de progenie resultarían de ese cruzamiento de prueba? El progenitor heterocigótico produce cuatro tipos de gametos: dos tipos de gametos no recombinantes (T____ D y t___ d) y dos tipos recombinantes (T___d y t____ D). La frecuencia de recombinación indica que un 16% de los gametos producidos por el progenitor heterocigótico serán recombinantes. Puesto que hay dos tipos de gametos recombinantes, cada tipo debería producirse con una frecuencia de 16%/2= 8%. El resto de los gametos serán no recombinantes; por tanto, deben producirse con una frecuencia de 100% - 16% = 84%. Puesto que hay dos tipos de gametos no recombinantes, cada tipo debe producirse con una frecuencia de 84%/2= 42%. El otro progenitor de este cruzamiento es homocigótico y por consiguiente produce un solo tipo de gameto (t___d) con una probabilidad de 1,00.
La progenie del cruzamiento resulta a partir de la unión de dos gametos y produce cuatro tipos de progenie.
La proporción esperada para cada tipo puede calcularse utilizando la regla de la multiplicación, multiplicando en forma conjunta la probabilidad de cada gameto que pudiera participar de la unión. La progenie resultante del cruzamiento de prueba con las características de fruta rugosa y opaca A B C D se produce con una frecuencia de 0,42 (la probabilidad de heredar un gameto con el cromosoma t_____D del progenitor heterocigótico) X 1,00 (la probabilidad de heredar un gameto con el cromosoma t_____d del progenitor recesivo) = 0,42. Las proporciones que corresponden a los otros tipos de la progenie pueden calcularse de manera similar. Este método puede utilizarse para predecir el resultado de cualquier cruzamiento con genes ligados cuando se conoce la frecuencia de recombinación.
Tema 6: Ligamiento, recombinación y mapeo de genes eucariotas 41 Noelia Joya, 2º Biotecnología 2 Genética 4 5 • Es la forma clásica de mapear genes.
• Se empleará un cruce prueba • Se ha de determinar: o La posición relativa de los genes o La distancia entre parejas • Se puede llegar al mismo resultado final de dos maneras: o Determinando las distancias entre parejas de genes o Analizando los datos conjuntamente Para examinar el mapeo de genes con un cruzamiento de prueba de tres puntos, consideramos tres mutaciones recesivas en la mosca de la fruta Drosophila melanogaster. En esta especie los ojos color escarlata (st) son recesivos respecto de los ojos rojos (st+) de tipo silvestre, el cuerpo color ébano (e) es recesivo respecto del cuerpo gris (e+) y las cerdas pequeñas (ss) son recesivas respecto de las cerdas normales (ss+) Los locus que codifican estas tres características están ligados y se ubican dentro del cromosoma 3.
Para realizar el mapeo de estos genes es necesario determinar en qué orden se ubican dentro del cromosoma y cuáles son las distancias genéticas entre ellos. Al principio, el orden de los genes se asigna de manera arbitraria porque, de momento, aún no se sabe cuál es el gen del medio.
En el cruzamiento de prueba de tres puntos se cruza la generación F1 heterocigótica con moscas que son homocigóticas para las tres mutaciones recesivas.
La progenie que se produce a partir de este cruzamiento se detalla en la imagen. Se producen dos clases de progenie para cada locus: la progenie heterocigótica, que posee la característica dominante, y la progenie homocigótica, que posee la característica recesiva. Con estas dos clases de progenie posibles para cada uno de los tres loci, habrá 23 = 8 clases de fenotipos posibles en la progenie.
Para realizar el mapeo de genes se requiere información en cuanto a la ubicación y la frecuencia con que se ha producido el entrecruzamiento. Dentro de los dos cromosomas del progenitor heterocigótico hay alelos diferentes, y en consecuencia será posible detectar el entrecruzamiento.
De esta manera, la información requerida para realizar el mapeo correspondiente se encuentra exclusivamente en los gametos producidos por el progenitor heterocigótico.
En primer lugar, se deben identificar los tipos de progenie no recombinante, que serán las clases de progenie con mayor número de individuos. Luego se debe identificar la progenie resultante del entrecruzamiento doble. Estos tipos de progenie siempre deben constituir los dos fenotipos con menor cantidad de individuos, ya que la probabilidad de un entrecruzamiento doble siempre es menor que la de un entrecruzamiento simple.
Una vez sabemos cuáles son los tipos no recombinante y de entrecruzamiento doble, existen dos métodos para trazar el mapa de genes: • Determinando las distancias entre parejas de genes: Utilizamos el mismo método que cuando determinamos la distancia entre dos genes para calcular las distancias entre las parejas de genes que tenemos. Una vez calculadas, comparamos las distancias para saber qué genes son los más alejados entre sí y, por tanto, se encuentran en los extremos (con el otro gen entre ellos).
42 Tema 6: Ligamiento, recombinación y mapeo de genes Noelia Joya, 2º Biotecnología Genética • La prueba de tres puntos: 1. Determinar el gen central: determinamos los tipos dobles recombinantes y los parentales y los comparamos con los ordenamientos posibles.
Hay tres ordenamientos posibles de los genes en el cromosoma.
En este caso, es el tercer orden propuesto el que coincide con el genotipo de los dobles recombinantes y, por tanto, es el orden correcto.
2. Reorganizar los datos para determinar el lugar de los entrecruzamientos e identificar los recombinantes simples recombinantes D = FR · 100 = · 100 3. Determinar las distancias entre loci adyacentes mediante: progenie total DQCRQQ = 50 − 52 + 5 + 3 · 100 = 14,6 u. m.
755 DQQRT = 43 − 41 + 5 + 3 · 100 = 12,2 u. m.
755 En este caso, la distancia entre los extremos se calcula aditivamente.
4. Determinar el coeficiente de coincidencia y la interferencia CC = CC = nº de DR observados Interferencia = 1 − CC nº de DR esperados KLM NM,O Dst-ss = 14,6 u.m.
Dss-e = 12,2 u.m.
DR esperados = 0,146 · 0,122 · 755 = 0,6 (se dan el 60% de los dobles entrecruzamientos esperados) Interferencia = 1 – 0,6 = 0,4 º 40% (grado en el que un entrecruzamiento interfiere con la posibilidad de que se dé un segundo entrecruzamiento en la misma zona). No se produce el 40% de los dobles entrecruzamientos esperados.
Dos aspectos importantes: 1) A menos que se fije externamente un origen, el mapa no tiene orientación: st ss e ≡ e ss st 2) La distancia entre los loci extremos es menor que la suma de las distancias con el locus central: 24,6 < (14,6 + 12,2 = 26,8) Esto se debe a que los dobles entrecruzamientos entre dos pares génicos quedan enmascarados fenotípicamente y no se detectan directamente.
Problemas inherentes a la metodología usada en los mapas genéticos: • Entrecruzamientos próximos se pueden interferir dificultando la aparición del segundo (interferencia).
• Los dobles entrecruzamientos siempre subestimarán la distancia entre genes.
• Existen puntos calientes en el genoma en la que la frecuencia de entrecruzamientos es mucho mayor que en otras partes.
• A veces la frecuencia de entrecruzamientos varía entre sexos (un caso extremo es Drosophila, en la que los entrecruzamientos no se dan en los machos).
Tema 6: Ligamiento, recombinación y mapeo de genes eucariotas 43 Noelia Joya, 2º Biotecnología 4 1 Genética .4 La distancia estimada entre 2 puntos próximos es inferior a la distancia real. La interferencia (I) se puede estimar matemáticamente: Frecuencia dobles recombinantes observados C= Interferencia: I = 1 - C Frecuencia dobles recombinantes esperados Donde C= coeficiente de coincidencia.
5 .
4 1 C= Número de dobles recombinantes observados Número de dobles recombinantes esperados .4 Los dobles entrecruzamientos entre dos pares génicos quedan enmascarados fenotípicamente y no se detectan directamente. Por tanto: • Cuanto más grande es la distancia entre dos pares génicos, menos precisa es la estima de la distancia en el mapa • Las mejores estimas de distancias entre pares génicos alejados son las obtenidas por la suma de distancias parciales.
• Existe una función matemática que nos ayuda a paliar el problema de los dobles recombinantes (función de mapa) 4 .4 2 A 4.
4 .4 1 4.
La distancia genética no coincide exactamente con la distancia física debido a que no todas las regiones cromosómicas presentan la misma probabilidad de entrecruzamiento y a que la frecuencia del mismo difiere entre sexos.
• Existen puntos calientes en el genoma en la que la frecuencia de entrecruzamientos es mucho mayor que en otras partes.
• Las regiones centroméricas y teloméricas (ricas en pares A-T) tienen menos frecuencia.
• A veces la frecuencia de entrecruzamientos varía entre sexos.
o Ej: en Drosophila, los machos son aquiasmáticos.
542 4 Los mapas de ligamiento genético ilustran el orden de los genes sobre un cromosoma y las distancias relativas entre esos genes.
¿Cómo puedo saber cuántos cromosomas tengo en una especie? Todos aquellos loci que se encuentran situados sobre el mismo cromosoma forman un Grupo de Ligamiento.
44 Tema 6: Ligamiento, recombinación y mapeo de genes Noelia Joya, 2º Biotecnología 42 .4C 2 Genética .
Dentro de las técnicas de mapeo se requiere asignar los grupos de ligamiento a cromosomas determinados.
Entre las que se han usado están las siguientes: a. Hibridación de células somáticas b. Hibridación in situ 4 4 .4C .A5 5 4.
Era bastante recurrida en su día, permitía saber y asignar los diferentes genes a los cromosomas con varios experimentos. Se cogían células humanas y se hibridaban con células de ratón/hámster cancerígenas (las células modificadas por virus o las que derivan de tumores y han perdido las limitaciones normales para la división celular se dividirán infinitamente; estos tipos celulares pueden cultivarse en el laboratorio para producir una línea celular).
• Empleado para la asignación de genes en un cromosoma • Mediante el empleo de cultivos celulares • Implica la fusión física de 2 líneas celulares distintas para formar el heterocarion.
o Heterocarion: la célula resultante de la fusión y que contiene 2 núcleos.
• Normalmente se hibridan células humanas con células de ratón o hámster.
o Los cromosomas humanos se van perdiendo hasta que la línea celular se estabiliza (quedan muy pocos cromosomas humanos).
o Las distintas líneas celulares se usan en conjunto para ver qué proteínas humanas se expresan y relacionar el resultado con los cromosomas humanos que aun estén presentes.
o Ejemplo: En base a los resultados obtenidos en la tabla, asignar el gen en cuestión a algún cromosoma.
4 4 .4C 4 4 • Se basa en la capacidad de apareamiento entre las secuencias complementarias del ADN.
• Es necesario disponer de una sonda marcada.
• La sonda puede ser un gen previamente clonado o cualquier fragmento de ácido nucleico.
• Permite localizar dicha secuencia en el cromosoma correspondiente.
• Actualmente las sondas son marcadas con fluorescencia (FISH). Esto permite combinar varias sondas conjuntamente.
2 A 4.
2 4 3 5 4 Es posible el análisis de meiosis individuales en levaduras, hongos y algas unicelulares. Eucariotas haploides Dos células haploides se fusionan para dar meiocitos diploides (ascas) Los productos meióticos (esporas) quedan temporalmente retenidos juntos.
• Tétradas u Octadas • Ordenadas o Desordenadas Tema 6: Ligamiento, recombinación y mapeo de genes eucariotas 45 Noelia Joya, 2º Biotecnología 54 4 Genética A Ej: Neurospora crassa A y B: formas sexuales • Tras el apareamiento de sus conidias se generará un zigoto diploide (2n) incluido en un asca.
• Dicho zigoto sufrirá un proceso de meiosis seguido de una división mitótica.
• Al final 8 conidias haploides y ordenadas en el asca Los caracteres que se suelen estudiar suelen ser bioquímicos (raramente morfológicos).
Ejemplos de mutantes bioquímicos: 1. Los que requieren un determinado aminoácido para crecer (leu, arg, etc.) 5. Los que requieren un determinado nucleótido 6. Los que requieren una determinada vitamina (ej.: biotina) 7. Los que pueden crecer en presencia de algún antibiótico Cálculo de la distancia al centrómero Sólo con esporas ordenadas.
El entrecruzamiento no cambia las proporciones, pero sí la disposición de las ascosporas en el asca: • Si las del mismo tipo están en una mitad del asca, significa que no ha habido entrecruzamiento • Si las del mismo tipo se disponen en las dos mitades del asca, significa que ha habido entrecruzamiento D\R]^_`a. = 1b ascas SDS (recombinantes) 2 ascas totales · 100 En el caso de que no haya entrecuzamiento, los alelos se separan en la primera división. Es la forma de saber que se ha producido un entrecruzamiento, y saber que se separan en la segunda división meiótica (SDS: second division).
Segregación de un gen con dos alelos en un organismo con tétradas ordenadas: Se cruzan + x a y se obtiene una descendencia: Hallar la posición del locus respecto al centrómero: 1) Clasificar ascas.
2)Calcular distancia entre el locus a y el centrómero: D\R]^_`a. = 46 1b (40 + 46 + 38 + 44) 2 1000 · 100 = 8,4 u. m. Tema 6: Ligamiento, recombinación y mapeo de genes Noelia Joya, 2º Biotecnología Genética Cruzamos ab x ++ ¿Cuáles serán las tétradas más abundantes en la descendencia? • Cálculo de la distancia entre 2 genes ligados: D\Rf = 54 4 1b TT + DNP 2 ascas totales · 100 A No se puede calcular la distancia al centrómero o Ej: Saccharomyces cerevisiae Cualquier cruzamiento dihíbrido, dará lugar a tres tipos de tétradas Al igual que pasaba con las ordenadas: D\Rf = Tema 6: Ligamiento, recombinación y mapeo de genes eucariotas 1b TT + DNP 2 ascas totales · 100 47 ...

Tags:
Comprar Previsualizar