Tema 8 - Mapas genéticos (2014)

Apunte Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Genética - 1º curso
Asignatura Genética
Año del apunte 2014
Páginas 12
Fecha de subida 22/10/2014
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Apuntes de las clases de Genética de Antonio Barbadilla

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Tema 8: Mapas genéticos Vamos a explicar cómo se diseñó el primer mapa genético de la historia.
La cartografía genética asigna el lugar cromosómico de un gen (o locus) y su relación de distancia con otros genes (o loci o LOUZI como en the USA) en un cromosoma dado.
La cartografía genética, asigna genes a posiciones dentro de los cromosomas. Y además establece una relación de distancia entre ellos (tanto en distancia como en proporción de distancias relativas). Un estudiante de Morgan, Sturtevant (1913), del que ya hablamos en el anterior tema; se dio cuenta que la distribución y el orden lineal de los genes y que esta se puede establecer experimentalmente mediante el análisis genético.
Cuando tenemos dos genes ligados ello es causado por una recombinación y esta probabilidad de ligamiento, también tiene relación con su distancia ya que si están más distantes estos dos genes es más probable que se dé una recombinación. La frecuencia de recombinación de dos genes vemos que es una estima de su distancia y depende a su vez de ella. Ya vimos en el tema anterior como los gametos resultantes de un doble heterocigoto de genes no ligados daban un 50% de gametos parentales y un 50% de recombinantes. A su vez también vimos como los gametos resultantes de un doble heterocigoto de genes ligados las proporciones entre gametos parentales y recombinantes era que como máximo un 50% podrían ser recombinantes y como mínimo un 0%.
De esta forma se estableció un método muy intuitivo y básico para establecer mapas y unas unidades que ayudan a determinar estas distancias. Como la unidad de mapa (um) más adelante llamada centiMorgan.
Los mapas de cromosomas que se calculan sobre la base del fenómeno de la recombinación se denominan mapas genéticos. Por el contrario, los mapas de cromosomas que se basan en las distancias físicas dentro del cromosoma (que se suelen expresar en pares de bases) se denominan mapas físicos.
Se dicen que unos genes están a una distancia de un centiMorgan (cM) si dan a un 1% de frecuencia de recombinación.
A partir de los recombinantes que vemos entre dos genes, podemos definir el número de entrecruzamientos y a su vez esta última a mayor valor encontramos mayor distancia entre los genes.
El número de entrecruzamientos por meiosis y por cromosoma se puede representar por una distribución aleatoria de Poisson, con media lambda λ.
e − λ λi f (i ) = i! Se puede demostrar que la frecuencia de recombinantes entre dos genes que están a una distancia lambda es un medio. Por ello la Frecuencia de recombinación viene definida por la siguiente formula.
1 (1 − e −λ ) 2 λ = − ln(1 − 2 FR) FR = Mapa a partir de cruzamientos prueba de dos puntos (dos loci en el mismo cromosoma) Se determina la distancia entre dos loci y éstas se suman para estimar la distancia genética total de un cromosoma.
Si tenemos dos genes A y B, de los que suponemos vemos dos fenotipos que son recesivos ante el fenotipo salvaje, y queremos saber la distancia entre ellos. Para ello lo que hizo Morgan y su equipo fue observar los fenotipos de la F2 de los descendientes de los siguientes cruces.
Durante el experimento se siguió la siguiente metodología: Se realizó un cruce prueba entre drosophilas AB/ab y otras ab/ab. Al observar las proporciones fenotípicas de la F2 observamos que no se dan la proporción 1:1:1:1 entre los cuatro gametos (o clases) posibles del cruce, además la proporción real no es predecible a priori ya que depende de la distancia que exista entre los genes estudiados. Entre las cuatro clases observamos dos mayoritarias (pr+vg+ y pr vg) que corresponden a los gametos no recombinantes o parentales y las dos clases minoritarias que son las recombinantes o no parentales (pr+vg y pr vg+).
preguntar chi cuadrado Así realizamos el cálculo de la frecuencia de recombinación (FR).
ú 151 + 154 = · 100 = · 100 = 10,74% = 10,74 ú 2839 Se pueden ordenar tres genes si sus distancias se han medido dos a dos por separado.
Orden de los genes Se han estudiado tres pares de genes en experimentos de dos puntos como hemos hablado anteriormente y se han obtenido las siguientes distancias: Sin saber qué orden se establece entre estos tres genes sí que sabemos que al existir una correspondencia entre las distancias entre ellos las distancias deben ser aditivas y consistentes entre sí. Para descubrir el orden podemos plantear tres escenarios posibles para desentrañar en cuál de ellos se da el orden correcto.
En realidad si midiéramos la distancia entre los genes del extremo en una medición de tres veríamos que no son en realidad aditivas. Ello es debido a que los entrecruzamientos dobles entre dos genes pasan inadvertidos, las distancias de mapa serán subestimadas cada vez que ocurran estos entrecruzamientos. Los entrecruzamientos dobles se producen con mayor frecuencia entre genes que están alejados; por consiguiente, los mapas genéticos que se realizan sobre la base de distancias cortas siempre son más precisos que los que se basan en distancias mayores.
Relación entre frecuencia de recombinación y entrecruzamiento (o distancia real de mapa) Las distancias de mapa no son completamente aditivas porque los dobles recombinantes entre dos marcadores A y C no se detectan en un cruce de dos puntos, subestimándose la distancia A y C.
La relación entre la distancia real de mapa (número de entrecruzamientos) y la frecuencia de recombinación entre dos marcadores o loci no es lineal. Cuanto más lejos están los marcadores peor es la estima.
La frecuencia de recombinación (FR) entre dos marcadores no puede superar el 50% como ya vimos en el tema anterior.
FR ≤ 0,5 Función de mapa Es una función que permite estimar la distancia de mapa mejor que empleando solamente la frecuencia de recombinación, pues corrige los intercambios (entrecruzamientos) no detectados.
En realidad la distancia real medida como distancia genética es el número de entrecruzamientos que haya. El problema que el número de entrecruzamientos no se puede medir pero si se puede observar y contar a mano.
¿Por qué la frecuencia de recombinación (FR) entre dos marcadores no puede superar el 50%? Demostración 1: Muchos entrecruzamientos entre a y b Es igual de probable cualquier combinación, ++, ab, a+, +b, es como si segregaran independientemente ambos loci. Luego, la FR máxima es 50% ya que si tienes que elegir entre que se de un entrecruzamiento (cosa que daría un resultado) o que se de doble entrecruzamiento (cosa que daría el otro resultado posible) o sus múltiplos (dando o uno o el otro resultado posible); la tendencia de todos ellos es que se dé o un resultado o el otro en una proporción del 50%.
Mapa a partir de cruzamientos prueba de tres puntos (tres loci en el mismo cromosoma) Metodología 1. Cruce del Triple heterocigoto con el triple homocigoto recesivo (cruzamiento prueba).
ABC/abc X abc/abc 2. Si hay ligamiento (si están en el mismo cromosoma), no se observa en la F2 la proporción fenotípica 1/8 para cada tipo de gameto (que es lo que esperaríamos al haber segregación independiente).
3. Se agrupan las clases recíprocas (aquellas que tienen un fenotipo mutante en el par recíproco, como el par de fenotipos ABC/abc ó Abc/aBC). Las clases recíprocas deben ser de frecuencia parecida. En cada clase recíproca deben aparecer todos las formas genéticas de los alelos (en estos ejemplos en la primera clase vemos que ABCabc están ABC/abc distribuidos así y en la otra Abc/aBC).
4. Orden de los genes: • Los fenotipos no recombinantes (parentales) son los más frecuentes y los comparas con los menos frecuentes.
• Los fenotipos menos frecuentes resultan de un doble entrecruzamiento • Al comparar los fenotipos no recombinantes con los doble entrecruzados, el gen del medio es el que está cambiado 5. Distancias de mapa: a la distancia entre genes consecutivos debe sumarse las frecuencias de los dobles entrecruzamientos.
Ejemplo: Imaginamos que tenemos tres marcadores mutantes para Drosophila.
1. Triple heterocigoto X homocigoto recesivo (cruzamiento prueba).
ABC/abc X abc/abc 2. Si hay ligamiento, no se observa en la F2 la proporción fenotípica 1/8 para cada tipo de gameto Tres mutantes marcadores: pr = Ojos Púrpura b = Cuerpo negro c = curved, alas curvadas Los tres alelos son recesivos respecto al salvaje.
Resultados del cruzamiento prueba, F2 3. Se agrupan las clases recíprocas (aquellas que tienen un fenotipo mutante en el par recíproco, como el par de fenotipos ABC- abc ó Abc-aBC). Las clases recíprocas deben ser de frecuencia parecida.
Salvaje y el triple recesivo son clases reciprocas porque tienen todos los fenotipos distintos.
4. Orden de los genes: • Los fenotipos no recombinantes (parentales) son los más frecuentes y los comparas con los menos frecuentes.
• Los fenotipos menos frecuentes resultan de un doble entrecruzamiento.
• Al comparar los fenotipos no recombinantes con los doble entrecruzados, el gen del medio es el que está cambiado.
Cuando comparas los gametos parentales con los dobles recombinantes (el más frecuente con el menos frecuente) lo que observamos es que solo hay un gen que se diferencie de ello y este es el del medio.
Así vemos que el gen pr es el que está en medio.
5. Distancias de mapa: a la distancia entre genes consecutivos debe sumarse las frecuencias de los dobles entrecruzamientos.
Para el cálculo de la distancia entre genes consecutivos debemos establecer los valores de su clase recíproca y además sumarle los valores de los dobles entrecruzamientos ya que estos enmascaran resultados. Esta suma como ya hemos visto anteriormente la dividimos por el número total de sujetos en estudio y la multiplicamos por cien obteniendo el porcentaje de las frecuencias de recombinación en unidades de cM.
Así al realizar todos los cálculos obtenemos el siguiente mapa genético de los marcadores.
Coeficiente de coincidencia (CC): mide si los entrecruzamientos son independientes entre sí. Si los múltiples entrecruzamientos suceden independientemente los unos de los otros, la frecuencia de los dobles entrecruzamientos será al producto de la frecuencia de los intercambios sencillos.
!! = ú ú "# "# $ % - Si CC < 1, dobles disminuidos. Que los esperados son más que los observados.
- Si CC > 1, dobles incrementados. Hay más dobles entrecruzamientos de los esperados Coeficiente de Interferencia (CI): es lo contrario que el CC y por lo tanto.
!& = 1 − !! - Si obtenemos un valor de CI positivo significa que existe una interferencia y por ello tenemos menos dobles entrecruzamientos de los esperados.
Si tenemos un CI positivo significa que esta interferencia facilita a que existan más dobles entrecruzamientos de los esperados.
Este mapa demuestra que los genes estaban ordenados en los cromosomas y que se respetaban unas distancias relativas entre ellos.
Importancia mapas de recombinación • • • • • Describir las tasas de recombinación a lo largo del genoma.
Predecir la transmisión genética de un gameto.
Localización de genes que influyen el fenotipo (QTLs).
Marco de referencia para cartografía física.
Marco de referencia para la cartografía de genes asociados a enfermedades.
Diversos ejemplos de mapas genéticos y de frecuencia de recombinación por unidad de DNA Hay zonas que tienen más probabilidad de tener más recombinación que otras. A mayor tamaño del genoma hay menos entrecruzamientos entre nucleótidos. O también se puede decir que se necesita más distancia para que se den entrecruzamientos.
Cartografía genética en humanos Clásicamente la cartografía en humanos los primeros genes cartografiados son los que estaban ligados al cromosoma X porque eran los más fácil de analizar ya que recombinan poco. En los años 70 teníamos estos genes localizados del cromosoma X.
Existen una serie de enfermedades asociadas al cromosoma X que son recesivas pero que se expresan más habitualmente en hombres (hecho habitual ya que los hombres solo tienen un cromosoma X). Esta expresión mayor se ve a su vez incrementada ya que tal y como vemos en el emparejamiento anterior de dos padres sanos obtenemos una F1 heterocigota. Esta madre heterocigota puede a su vez emparejarse con un macho sano (ya que estas enfermedades son poco frecuentes). El hecho de que la madre heterocigota pueda sufrir recombinantes en su cromosoma X hace aumentar proporcionalmente las probabilidades de que un hijo varón de la F2 posea alguna de estas enfermedades ya que al producirse el entrecruzamiento es mucho más fácil para él heredar uno de los genes recesivos que le provocarán la enfermedad. Por ello era muy importante el estudio y mapeado de los cromosomas para llegar a hoy en día que es muchos más fácil detectar todo este tipo de casos y alteraciones.
Después con el tiempo las cosas son mucho más sencillas y hemos obtenidos mapas del genoma humano con miles de marcadores. Esto se ha conseguido con diversos estudios.
• Estudios de familia. Se usaban marcadores clásicos de herencia ligada al cromosoma X y otra serie de marcadores también denominados clásicos para los cromosomas autosómicos. Cogemos una serie de familias y estudiamos las variables genéticas de los padres y después de cada generación para ver si en ellas observamos patrones alterados de herencia.
Vemos como un padre doble heterocigoto Ab/aB x AB/AB. Al observar el hijo de estos padres si no hay recombinación veremos que el hijo será o Ab/AB o aB/AB. Pero si existe esta recombinación observaremos AB/AB o ab/AB. Para esos marcadores tenemos muchas familias y muchas generaciones y así podemos buscar esas posibles recombinaciones o no y así podemos ir calculando las distancias de cada uno de ellos y así podemos ir dibujando ese mapa genético.
• • La gran idea de estos autores fue coger les células de las familias y crearon un banco de células de estas familias y al ir probando o estudiando nuevos marcadores utilizaban esas mismas células. Así el mapa genético se fue completando y siendo más preciso posible.
Cartografía marcador – enfermedad (estudios de asociación). Se utilizan marcadores genéticos para hacer mapas genéticos cuando buscábamos determinar o encontrar genes asociados a enfermedades.
Cartografía marcador – marcador Utilizaban marcadores polimórficos asignados a colecciones de familias (CEPH). Utilizando SNPs, microsatelites, RFLPs, RAPDs, etc (son fragmentos de genes).
El cr1 tiene una distancia genética de 393.5cM aproximadamente (recordemos que por cada recombinación hay de media 50cM).
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