GENÉTICA MENDELIANA. C. Morgan. Drosophila melanogaster. Mutación. Alelos. Fenotipogenotipo.

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1 GENÉTICA MENDELIANA Mendel utilizando guisantes desveló los principios de la transmisión genética. Otros demostraron que los genes están en los cromosomas y que las cepas mutantes se pueden utilizar para cartografiar genes. A. Mendel (1866)- 10 años: Los caracteres, controlados por unidades discretas, llamados genes, pasan de padres a hijos de forma predecible. Estos genes están en parejas, y se separan durante la formación de los gametos. B.Teoría cromosómica de la herencia. Número diploide (2n = 46 en el hombre); cromosomas homólogos. Sutton y Boveri relacionaron genes-cromosomas C. Morgan. Drosophila melanogaster. Mutación. Alelos. Fenotipogenotipo. Cartografía.

2 ÉXITO DE GREGOR MENDEL 1866 Publicación. Se redescubre a principios del siglo XX. El éxito de Mendel se puede atribuir, al menos en parte, a su elegante modelo de diseño experimental y analítico - Organismo fácil de cultivar: Pisum sativum = Guisante de jardín - Se autofecunda, pero puede hibridarse manualmente - Llega a adulto en una estación (10 años) - 7 caracteres, con dos formas - Líneas puras invariantes - Cada análisis: uno o muy pocos caracteres - Registró los resultados cuantitativamente Dedujo ciertos postulados que se han convertido en los principios de la genética de la transmisión.

3 Semillas Liso vs rugoso Amarillo vs verde Vainas hinchado vs arrugado Verde vs amarilla Color de la flor Violeta vs blanco Posición de la flor Axial vs terminal Longitud del tallo Alto vs enano

4 CRUCE MONOHÍBRIDO Reveló cómo se transmite un carácter de generación en generación Procedimiento: Se cruzan dos variedades paternas (P 1 y P 2 ) puras, cada una de las cuales presenta una forma alternativa del carácter en estudio. Se obtiene la 1ª generación (F 1 ) que se autofecunda para obtener la F 2 = segunda generación filial. P 1 x P 2 F 1 F 2

5 CRUCE MONOHÍBRIDO F1 F2 Lisas 2,96:1 Amarillas 3,01:1 Hinchadas 2,95:1 Verdes 2,82:1 Violetas 3,15:1 Axiales 3,14:1 Altos 2,84:1 Resultados: F 1 homogéneas e igual a uno de los padres F 2 : aparecieron las dos formas: ¾ como la F 1 y ¼ como el otro parental (3:1)

6 CRUCE MONOHÍBRIDO Cruces recíprocos: (se invierte el sexo de los padres: A x B y luego B x A) se obtuvieron los mismos resultados no dependía del sexo Mendel propuso la existencia de factores discretos para cada carácter, que pasaban, sin cambio, de generación en generación, determinando los distintos caracteres que expresaba la planta en base a esto emitió hipótesis 3 primeros postulados de Mendel 1) FACTORES EN PAREJAS: Los caracteres genéticos están controlados por factores que se encuentran a pares en cada organismo. Ej: (Alto Alto), (Alto enano) y (enano enano). 2) DOMINANCIA/RECESIVIDAD: Cuando dos factores distintos, responsables de un carácter dado, se encuentran en un individuo, uno de los factores (dominante) domina sobre el otro, que se denomina recesivo. En la F 1, aunque están ambos, sólo se expresa el dominante. 3) SEGREGACIÓN: En la formación de los gametos, los factores emparejados se separan o segregan al azar, de tal manera que cada gameto recibe uno u otro con igual probabilidad.

7 Cruce parental P 1 Alto /Alto x P 2 enano/enano alto x enano EE ee Gametos Alto enano E e Generación F1 Cruce F1 generación F2 F 1 Ee todos Alto/enano (todos iguales = altos) Gametos ½ Alto: ½ enano E : e F 2 : Alto/Alto Alto/enano enano/alto enano/enano alto alto alto enano EE Ee ee ee 1 EE : 2Ee : 1 ee F 2 : Alto/alto: 2 alto/enano: 1 enano/enano 3 altos : 1 enano Nomenclatura alelos Genotipo-Fenotipo

8 TERMINOLOGÍA ACTUAL Fenotipo = apariencia física de un carácter en un individuo Genes = factores de Mendel = unidades de herencia Alelos = formas alternativas de un solo gen Se usa la 1ª letra del fenotipo mutante para indicar el alelo, en minúscula si es recesivo y en mayúscula si es dominante(normalmente en cursiva). Ej: E (alto) y e (enano). Genotipo = constitución genética de un individuo (haploide o diploide). Si nos referimos a un solo carácter, como por ej altura, tenemos 3 genotipos: EE, Ee y ee Homozigoto: los dos alelos que porta son iguales (EE y ee) Heterozigoto: porta alelos diferentes. (Ee) Si conocemos la relación de dominancia/recesividad, conocido el genotipo, conoceremos el fenotipo: EE y Ee = altos; ee = enano

9 CUADRADO DE PUNNET Alelos Machos ½ A ½ a Genotipos: ¼ AA : ½ Aa : ¼ aa Hembras ½ A ½ a ¼ AA ¼ Aa A A ¼ Aa ¼ aa A a 1AA : 2 Aa : 1 aa Fenotipos: ¾ A : ¼ a 3A : 1a CRUCE de PRUEBA Fue propuesto por Mendel para conocer el genotipo de una planta que tiene fenotipo dominante Consiste en cruzarlo con un individuo homocigótico recesivo

10 Homocigótico: todos dominantes Heterocigótico: ½ dominantes y ½ recesivos

11 La longitud del tallo de una planta de guisantes está controlada por un solo gen. Suponga que una variedad pura de tallo largo se cruza con otra variedad pura de tallo corto, siendo el tallo largo un rasgo completamente dominante. a. Se examinan 120 plantas F 1 Cuántas de ellas cabe esperar que tengan tallo largo? Y cuántas tallo corto? b. Indique los genotipos de las variedades P 1 y de todos los fenotipos citados en (a). c. Se autorreproduce una planta F 1 de tallo largo. De las 300 plantas de la generación F 2 cuántas deberían tener el tallo largo? Y cuántas el tallo corto? c. Para las plantas F 2 mencionadas en (c) cuál es la proporción genotípica esperada?

12 9. Se estudia en los guisantes un carácter inespecífico controlado por un solo gen. No hay mas que dos estados fenotípicos de ese rasgo. Un estado fenotípico es completamente dominante con respecto al otro. Un heterocigótico se auto fecunda. Qué proporción de plantas de la descendencia que presenten el fenotipo dominante serán homocigóticas?

13 Qué genotipo presentan los individuos 1, 2, 3 y 4? Y cuál es el de sus descendientes?

14 CRUCE DIHÍBRIDO Condujo a Mendel a su 4º postulado: Transmisión independiente Examinamos simultáneamente dos caracteres Amarilla, lisa x verde, rugosa amarilla, rugosa x verde, rugosa lisa F1 Todas amarilla, lisa F1 x F1 amarilla, lisa x amarilla, lisa F2 9/16 amarilla, lisa 3/16 verdes, lisa 3/16 amarilla, rugosa 1/16 verde, rugosa Fenotipos F 2 = 9/16 D D: 3/16 D r : 3/16 r D : 1/16 r r Independiente de cómo estuviesen repartidos los caracteres en los padres (acoplamiento) D D x r r ó D r x r D (repulsión)

15 CRUCE DIHÍBRIDO Mendel observó que si consideraba las probabilidades de cada cruce monohíbrido independientemente y las combinaba, obtenía estos resultados Ejemplo: Probabilidad de amarilla: ¾ Probabilidad de lisa: ¾ Probabilidad de amarilla y lisa = ¾ * ¾ = 9/16 Principio de la transmisión independiente: en la formación de los gametos, los pares de factores que segregan se transmiten independientemente unos de otros. Proporción mendeliana del dihibridismo: 9:3:3:1

16 Segregación independiente CRUCES: acoplamiento repulsión Interfase Profase I VR vr Vr vr AB Metafase I Ab ab ab Cada doble homocigótico produce un solo tipo de gametos Cada tipo de doble heterocigótico produce cuatro tipo de gametos en la proporción ¼ : ¼ : ¼ : ¼ 1 : 1 : 1 : 1 AB AB ab ab ½ ½ Ab Ab ab ab

17 F2 ¼ VR ¼ Vr ¼ VR ¼ Vr ¼ vr ¼ vr ¼ vr ¼ vr 9 : 3 : 3 : 1 9 : 3 : 3 : 1

18 CRUCE de PRUEBA : 2 CARACTERES Se lo aplicamos a dobles dominantes de genotipo desconocido Analizando las proporciones fenotípicas de la descendencia, determinadas por los gametos generados por el doble dominante, deduciremos su genotipo CRUCE TRIHÍBRIDOS El proceso de segregación y transmisión independiente a tres pares de caracteres alternativos La F1 produce 2 3 = 8 tipos de gametos Cuál es la manera más sencilla de conocer cuáles son y en qué frecuencias se presentan?

19 MÉTODO DE LA BIFURCACIÓN Se calculan las probabilidades para cada marcador independiente, separadamente, y luego se combinan ½ A ½ a ½ B ½ b ½ B ½ b ½ C ½ * ½ * ½ = 1/8 gameto ABC ½ c ½ C ½ * ½ * ½ = 1/8 gameto AbC ½ c ½ C ½ c ½ C ½ c

20 Cuántos fenotipos, y con qué frecuencias obtendríamos tras autofecundar a un triheterocigótico? ¾ A ¼ a B b B b C ¼ c C c C c C c * * = /64 con fenotipo ABC * * = / con fenotipo AbC Pauta denominadores: monohíbrido = 4 (¼), dihíbrido = 4 2 = 16 (1/16) trihíbrido = 4 3 = 64 (1/64)

21 Correlación de los postulados de Mendel con el comportamiento de los cromosomas - Fleming (1879) descubre el comportamiento de los cromosomas en la división celular : DeVries, Correns y von Tschermak redescubren los trabajos de Mendel Sutton y Boveri relacionan el comportamiento de los cromosomas en la meiosis con los principios mendelianos de la segregación y transmisión independiente Morgan: estudios en Drosophila: aceptación de la teoría cromosómica. - Los gametos no sólo reciben la mitad de cromosomas que tiene la célula madre, sino que reciben uno de cada par de homólogos. - En anafase I se separan paternos de maternos para cada par de homólogos. La migración de paternos y maternos es al azar entre los polos. - Cada cromosoma porta muchísimos genes. El lugar que ocupa cada gen se denomina LOCUS (pl = loci). Las formas alélicas, o alelos, tienen pequeñas diferencias en su información, pero todos determinan el mismo carácter (por ejemplo, color de la semilla). Por lo tanto, los alelos son formas alternativas del mismo gen. - Cuándo consideramos que dos cromosomas son homólogos?: a) En la división nuclear, ambos tienen el mismo tamaño y su centrómero se localiza en el mismo sitio. b) Al inicio de la meiosis, se emparejan y establecen sinapsis c) Tiene la misma ordenación lineal de loci génicos Siempre se cumplen las 3 condiciones? Veremos que algunas mutaciones cromosómicas cambian estos hechos.

22

23 Transmisión independiente gran variación genética Cuántos gametos diferentes puede producir un individuo? - Si nos fijamos en los cromosomas, siendo n el nº haploide = 2 n - Si nos fijamos en los alelos que porta, sólo los heterócigóticos producen variación: Nº de genes para los que es heterocigótico = h produce 2 h gametos Cuántos genotipos diferentes pueden producir un determinado nº de genes (n), cada uno con 2 alelos difentes? 3 genotipos (AA, AB, BB) Produce 3 n genotipos diferentes Si hay dominancia completa en todos los genes, Cuántos fenotipos diferentes pueden producirse tras la autofecundación? Nº de genes heterocigóticos = h; Cada gen heterocigótico produce 2 fenotipos Produce fenotipos diferentes 2 h y tras un cruce de prueba? Como produce 2 tipos de gametos por cada gen heterocigótico Produce 2 h fenotipos diferentes

24 Si un individuo tiene 4 pares de cromosomas, Cuántos gametos diferentes puede formar? Si estamos analizando 8 genes, cada uno de ellos con dos alelos y dominancia completa, a. Cuántos genotipos diferentes podemos encontrar para estos 8 genes? b. Cuántos fenotipos diferentes podemos encontrar? Si un individuo de genotipo AaBbCCDdeeFfGg se autofecunda: a. Cuántos tipos de gametos diferentes puede formar?

25 Qué probabilidad tenemos, en una pareja humana, de que dos de sus hijos tengan las mismas combinaciones de cromosomas? Dotación haploide del hombre = n = 23 Nº de gametos diferentes que puede formar cada padre 2 n = = unos 8 millones Nº de cigotos diferentes que pueden originarse = Excepción:

26 LEYES DE LA PROBABILIDAD Supongamos dos sucesos independientes. Probabilidad de que: - Ocurra uno u otro ( A ó B) = SUMA = p(a) + p(b) - Ocurra ambos a la vez (A y B) = PRODUCTO = p(a) * p(b) - Probabilidad dentro de un grupo = probabilidad condicionada p(a) = probabilidad de suceso en la muestra ó población p(b) = probabilidad del grupo en la muestra ó población p(c) = probabilidad condicionada (ocurra A en el grupo B)= p(c) = p(a)/p(b) cuántas plantas altas (dominantes) de la F 2 son heterocigóticas en un cruce monohíbrido?: p(a) = probabilidad de que una planta de la F 2 sea heterocigótica = ½ p(b) = probabilidad de que una planta de la F 2 sea dominante = ¾ p(c) = p(a)/p(b) = ½ : ¾ = 4/6 = 2/3

27 TEOREMA BINOMIAL: Qué probabilidad tiene una familia de tener 2 hijos y 2 hijas? (a + b) n = 1 n = nº de hijos a = probabilidad de que un hijo sea varón = ½ b = probabilidad de que un hijo sea hembra = ½ Exponentes (a + b) 4 = a 4 + 4a 3 b + 6a 2 b 2 + 4ab 3 + b 4 coeficientes Exponentes: (a + b) n = a n, a n-1 b 1, a n-2 b 2,., a 1 b n-1, b n Coeficientes: n = nº de casos s = veces en que se presenta a t = nº de veces en que se presenta b Coeficiente = n! / (s! * t!) 4! / (2! * 2!) = 4*3*2*1/(2*1 * 2*1) = 6 2 clases 6a 2 b 2 = 6 * (½) 2 * (½) 2 s + t = n

28 Se cruzan 2 plantas puras, que difieren en dos caracteres, una alta de flores blancas y otra enana de flores rojas. La F 1 son todas altas y rojas. Se permite que las plantas de la F 1 se crucen entre sí para producir la F 2. Si sembramos 10 semillas, qué espero encontrar en la F 2? a) Probabilidad de tener 3 altas y 7 enanas b) Probabilidad de que todas sean altas y rojas Qué probabilidad tengo, dentro de las altas y rojas, de encontrar una planta doble heterocigótica?

29 En el hombre, algunas personas son incapaces de gustar determinados sabores (no gustadores), siendo éste carácter recesivo frente al alelo de gustador (G). En un matrimonio en el que ambos padres son heterocigóticos para este locus se han tenido 7 descendientes. Determine las probabilidades de las siguientes descendencias: a) Sólo 4 descendientes sean gustadores. b) Todos son no gustadores c) Que al menos uno sea gustador. d) Todos gustadores, excepto los dos pequeños. e) Sólo uno de los descendientes es gustador.

30 En el laboratorio, una estudiante de genética cruzó moscas con alas largas normales con moscas con alas dumpy (regordetas) mutantes, que creía era una carácter recesivo. En la F 1 todas las moscas tenían alas largas. En la F 2 se obtuvieron los siguientes resultados: 1 er cruce: 750 moscas con alas largas 250 moscas con alas dumpy 2º cruce: 765 moscas con alas largas 235 moscas con alas dumpy 3 er cruce: 775 moscas con alas largas 225 moscas con alas dumpy Por qué observamos diferentes resultados? Muestras finitas Errores de muestreo Cómo podemos determinar el tipo de herencia? Prueba de 2

31 Prueba de 2 Comparamos datos observados con datos esperados Nunca usamos frecuencias, siempre valores, pues a medida que el tamaño muestral aumenta, las desviaciones por error de muestreo son menores Clase A Clase B Clase C Observados #O 1 #O 2 #O 3 Esperados #E 1 #E 2 #E 3 #O i = #E i = tamaño muestral= T Calculamos #E i = probabilidad de esa clase * T Ejemplo: #E 1 = probabilidad de la clase A * T 2 = [ (#O i -#E i ) 2 : (#E i ) ] Hay que aplicar correcciones cuando el valor de un nº determinado de las casillas esperadas es <5 El valor de 2 por si solo no nos dice nada, pero nos va a servir para determinar la probabilidad de que lo que comparamos (observados con esperados) sean iguales

32 Probabilidad (p) de igualdad entre observados y esperados Necesitamos: valor de 2, grados de libertad (gl) y tabla de 2 Grados de libertad = (filas 1) * (columnas 1) = clases -1

33 TABLA DE 2 Probabilidad (p) g.l. 0,05 0,01 0, ,84 6,64 10,83 2 5,99 9,21 13,82 3 7,82 11,35 16,27 4 9,49 13,28 18, ,07 15,09 20, ,59 16,81 22, ,07 18,48 24, ,51 20,09 26, ,92 21,67 27, ,31 23,21 29,59 n.s. p<0,05 p<0,01 p<0,001 n.s. se acepta la hipótesis p<0,05; p<0,01 y p<0,001 se rechaza la hipótesis

34 En el laboratorio, una estudiante de genética cruzó moscas con alas largas normales con moscas con alas dumpy (regordetas) mutantes, que creía era una carácter recesivo. En la F 1 todas las moscas tenían alas largas. En la F 2 se obtuvieron los siguientes resultados: 775 moscas con alas largas 225 moscas con alas dumpy La estudiante comprobó la hipótesis de que las alas dumpy se heredan como un carácter recesivo realizando un análisis de 2 de los datos de la F 2 a) Qué proporción teórica supuso? cuáles fueron los valores esperados? b) Apoyó el análisis de 2 la hipótesis? c) Qué sugieren los datos acerca de la mutación dumpy? a) 3 largas : 1 dumpy (3 + 1 = 4) ¾ largas : ¼ dumpy; total = = = 1000 esperados ¾ * 1000 = 750 largas ; ¼ * 1000 = 250 dumpy b) largas dumpy total Observ Esperad = ( ) 2 /750 + ( ) 2 /250 = 3,33 Clases = 2 gl = 2-1 = 1

35 TABLA DE 2 Probabilidad (p) g.l. 0,05 0,01 0, ,33 3,84 6,64 10,83 2 5,99 9,21 13,82 3 7,82 11,35 16,27 4 9,49 13,28 18, ,07 15,09 20, ,59 16,81 22, ,07 18,48 24, ,51 20,09 26, ,92 21,67 27, ,31 23,21 29,59 n.s. p<0,05 p<0,01 p<0,001 p = n. s. las diferencias no son significativas, luego consideramos que O y E son iguales, es decir, la descendecnia está en la proporción 3:1 2 = 3,33 (gl = 1) n.s. El 2 apoya la hipótesis c) El alelo dumpy es recesivo respecto al alelo largas

36 En un cruce de prueba de una planta de semillas lisas y amarillas, se obtuvieron 280 plantas de semillas lisas y amarillas, 230 de semillas lisas y verdes, 260 de semillas amarillas y rugosas y 230 de semillas verdes y rugosas. Apoyan estos resultados la hipótesis de que dicha planta es doble heterocigótica? Observados Esperados LA Lv ra rv 2 = g.l.= Prob =. la apoya En un cruce de prueba de un trihíbrido, para 3 genes con dominancia completa que se cree son independientes, se obtuvieron los siguientes fenotipos: ABC (60) AbC (140) abc (135) abc (70) ABc(65) Abc (130) abc (145) y abc (55) Apoyan estos datos la hipótesis de la independencia? ABC ABc AbC Abc abc abc abc abc Observad. Esperad. 2 = g.l.= p la apoya

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