LIGAMIENTO Y RECOMBINACIÓN

Transcripción

1 LIGAMIENTO Y RECOMBINACIÓN Los principales apartados de este tema serán: Introducción n y Estimación n de la fracción n de recombinación Ánálisis del ligamiento: Planteamiento directo Planteamiento inverso Genes ligados: genes localizados en un mismo cromosoma Genes ligados Caracteres ligados Mapas de ligamiento: posición relativa de los genes y su distancia dentro del cromosoma.

2 Mapa de ligamiento

3 Nomenclatura = Acoplamiento Repulsión A B A b A B A b a b a B a b a B AB/ab Ab/aB Gametos A B A b a B a b A b A B a b a B

4 Herencia de genes ligados 1- Recordatorio genes independientes: una planta AaBb da lugar a 4 gametos (AB, Ab, ab, ab) en una proporción de 25% cada uno de ellos. 2.- Qué ocurre si los genes están ligados? Si no hay sobrecruzamiento Si hay sobrecruzamiento Si llamamos 2p a la frecuencia en la que se da 1 sobrecruzamiento o entre cromátidas homólogas en los meiocitos de individuo diheterocigoto con alelos en fase de acoplamiento (AB/ab), entonces se forman los siguientes gametos con sus frecuencias encias características

5 Si sumamos los diferentes gametos que se forman (procedentes de meiosis con sobrecruzamiento y sin sobrecruzamiento): p = fracción de recombinación Representa la frecuencia de gametos recombinantes Ej: si en el 80% de las meiosis se da un sobrecruzamiento, entonces 2p=0.8 Si 2p = 0.8 Entonces p = % gametos recombinantes Y el resto (1-p) = % gametos parentales

6 Casos extremos 2p = 0 2p = 1 Ligamiento absoluto, no existen gametos recombinantes. Se comportan como independientes (p=0.5). Se forman los mismos gametos recombinantes que parentales. Distancia entre genes: la distancia entre los genes influye sobre la fracción de recombinación. Mayor distancia entre genes Mayor probabilidad de sobrecruzamiento Mayor valor de p Distancia (Morgan o cm) = p X 100 A B A B Menor distancia Mayor distancia

7 Análisis de ligamiento Existen dos planteamientos generales cuando se hace análisis de ligamiento 1.- Planteamiento directo: - Una vez conocida la existencia de ligamiento, permite calcular las frecuencias fenotípicas esperadas 2.- Planteamiento inverso: - A partir de unas proporciones fenotípicas, permite saber si los fenotipos (genes que los controlan) están ligados, su fase y distancia.

8 Planteamiento directo

9 Análisis de ligamiento > Planteamiento directo La mejor manera de entender el planteamiento directo es mediante realización de un ejercicio. la Suponiendo que en el 80% de las meiosis de las líneas germinales de una especie se da un sobrecruzamiento entre los loci A,a y B,b, calcular las frecuencias fenotípicas obtenidas en los descendientes de: Apartado 1.- Un cruzamiento prueba de una planta diheterocigota con genes en fase de acoplamiento. Apartado 2.- Una F 2

10 Ejercicio, Apartado 1: Cruzamiento prueba Planteamiento directo Si en el 80% de las meiosis se da sobrecruzamiento, entonces su frecuencia es 0.8 (2p=0.8) y existen por tanto un 40% de gametos recombinantes (p=0.4). 2p = 0.8 p = 0.4 D = 40M El cruzamiento que plantea el problema es AaBb X aabb. Por tanto, sabiendo que ambos genes están ligados y que la proporción se recombinantes es 40% (p=0.4) A 40M B a 40M b Cruzamiento X a 40M b a 40M b Gametos A B = ½ (1-p) = 0.3 A b = ½ p=0.2 a B = ½ p=0.2 a b = ½ (1-p) = 0.3 a b = 1

11 Planteamiento directo Ejercicio, Apartado 1: Cruzamiento prueba (continuación): el resultado de llevar a cabo el cruzamiento se representa en un cuadrado de Punnet en el que se ponen en filas y columnas los genotipos de los gametos de cada planta del cruce (verde), y se combinan para dar los genotipos de la descendencia (amarillo). Gametos de la planta aabb(frec.) ab(1) Gametos de la planta AaBb (frec.) AB(0.3) Ab(0.2) ab(0.2) ab(0.3) AaBb Aabb aabb aabb (0.3x1) (0.2x1) (0.2x1) (0.3x1) Por tanto, las frecuencias fenotípicas serían: AB = 0.3 Ab = 0.2 ab = 0.2 Ab = 0.3 Esto es lo que nos pedía el ejercicio Nota: como en el ejercicio no se han definido los fenotipos que definen cada alelo, se representan simplemente los fenotipos por las letras de los alelos que los definen (siendo A>a;B>b), es decir, por ejemplo el genotipo AaBb tendría un fenotipo AB, el genotipo aabb tendría fenotipo ab etc.

12 Planteamiento directo Ejercicio, Apartado 2: F 2 De nuevo, si en el 80% de las meiosis se da sobrecruzamiento, entonces su frecuencia es 0.8 (2p=0.8) y existen por tanto un 40% de gametos recombinantes (p=0.4). La diferencia con el apartado anterior es que el genotipo de las plantas que se cruzan ha variado porque ahora es una F 2 y no un cruzamiento prueba. Por tanto, el cruzamiento al que se refiere es AaBb X AaBb. 2p = 0.8 p = 0.4 D = 40M A 40M B A 40M B Cruzamiento X a 40M b a 40M b Gametos A B = ½ (1-p) = 0.3 A b = ½ p=0.2 a B = ½ p=0.2 a b = ½ (1-p) = 0.3 A B = ½ (1-p) = 0.3 A b = ½ p=0.2 a B = ½ p=0.2 a b = ½ (1-p) = 0.3

13 Planteamiento directo Ejercicio, Apartado 2: F 2 (continuación): El resultado de llevar a cabo el cruzamiento se representa, de nuevo, en un cuadrado de Punnet en el que se ponen en filas y columnas los genotipos de los gametos de cada planta del cruce (verde), y se combinan para dar los genotipos de la descendencia (amarillo). Gametos de la planta AaBb(frec.) Ab(0.3) Ab(0.2) ab(0.2) ab(0.3) Gametos de la planta AaBb (frec.) AB(0.3) Ab(0.2) ab(0.2) ab(0.3) AaBb Aabb aabb Aabb (0.3x0.3) (0.2x0.3) (0.2x0.3) (0.3x0.3) AABb AAbb AaBb Aabb (0.3x0.2) (0.2x0.2) (0.2x0.2) (0.3x0.2) AaBB AaBb aabb aabb (0.3x0.2) (0.2x0.2) (0.2x0.2) (0.3x0.2) AaBb Aabb aabb aabb (0.3x0.3) (0.2x0.3) (0.2x0.3) (0.3x0.3) Por tanto, las frecuencias fenotípicas serían el resultado de sumar las frecuencias de todas los genotipos (celdas en amarillo) que den un cierto fenotipo: Fenotipo AB: 0.59 Fenotipo Ab : 0.16 Fenotipo ab : 0.16 Fenotipo ab : 0.09 Esto es lo que nos pedía el ejercicio

14 Planteamiento inverso

15 Análisis de ligamiento > Planteamiento inverso En este caso, para resolver estos ejercicios, hay que realizar una serie de pasos comunes a los problemas tanto de cruzamientos prueba como de F 2. Paso 1: Hipótesis de partida o Hipótesis nula (Ho) y test de chi-cuadrado para aceptar/rechazar esta Ho. Paso 2: Si se aceptara la Ho, entonces los genes son independientes y se acaba el ejercicio. Si se rechazara la Ho, se realizan dos pruebas de chi-cuadrado (una para cada gen por separado) para ver si se ajustan a las segregaciones que se esperan según las leyes de Mendel y se pasa al paso 3. Paso 3: Si los genes por separado se están heredando bien, entonces se realiza una chi-cuadrado de ligamiento para extraer el error de segregación que pueda existir por estos genes por separado (aunque por sí solos segregen bien). Si se sigue rechazando la Ho, entonces se puede decir que los genes está ligados. Paso 4: al estar ligados, es necesario conocer la distancia entre los genes y fase en la que se encuentran. Este punto es muy diferente según sea un cruzamiento prueba o una F 2 lo que plantea el problema.

16 Planteamiento inverso Como en el caso del planteamiento directo, la mejor manera de entender el planteamiento inverso es mediante la realización de un ejercicio. Ejercicio 1.- Suponiendo que se realiza un cruzamiento prueba, entre dos plantas de vid, para dos caracteres de interés económico controlados por dos genes A,a y B,b (siendo A>a y B>b), y que el resultado de ese cruzamiento prueba (AaBb X aabb) es el siguiente: Datos de partida Determinar si esos dos caracteres (y por tanto los genes que los controlan) se encuentran ligados en el genoma, y si es así, determinar la distancia entre ellos en el mapa genético de la especie en estudio y si se encontraban en acoplamiento o repulsión. Nota: de nuevo, como en el ejercicio anterior, no se han definido los fenotipos que definen cada alelo. Por tanto, se representan simplemente los fenotipos por las letras de los alelos que los definen (siendo A>a;B>b).

17 Ejercicio 1: Resolución Planteamiento inverso> 1. - cruzamiento prueba Paso 1: La hipótesis de partida (Ho) siempre es, en este punto, que los genes son independientes. Por tanto, partiendo de esta hipótesis, el resultado de cruzar AaBb X aabb daría la siguiente descendencia: Gametos de la planta aabb(frec.) ab(1) Gametos de la planta AaBb (frec.) AB(0.25) Ab(0.25) ab(0.25) ab(0.25) AaBb Aabb aabb aabb (0.25x1) (0.25x1) (0.25x1) (0.25x1) Bajo la Ho, la descendencia presentaría todos los fenotipos en una proporción de ¼. Sin embargo, se ha observado otras proporciones en la realidad: Hipotesis de partida vs. datos observados Fenotipo Individuos observados Individuos esperados AB 60 1/4 146=36.5 Ab 18 1/4 146=36.5 ab 15 1/4 146=36.5 ab 53 1/4 146=36.5

18 Planteamiento inverso > 1. - cruzamiento prueba Ejercicio 1: Resolución Hipotesis de partida vs. datos observados Paso 1 Fenotipo Individuos observados Individuos esperados A B 60 1/4 146=36.5 A b 18 1/4 146=36.5 ab 15 1/4 146=36.5 ab 53 1/4 146=36.5 Obviamente, no se observan los mismos individuos que se esperan si los genes fuesen independientes (Ho). Para ver estadísticamente si estas diferencias son significativas, se aplica una prueba de chi-cuadrado. χ = ( Observado Esperado Esperado 2 2 ) Grados de libertad (g.l.)=nº fenotipos -1

19 Planteamiento inverso > 1. - cruzamiento prueba La prueba de ajuste de chi-cuadrado permite aceptar o rechazar, con un valor de probabilidad y unos grados de libertad determinados, una hipótesis de partida (H 0 ). Para ello compara los valores esperados según la hipótesis con los valores observados en el experimento. Una vez obtenido hay que mirar la tabla siguiente: Paso 1

20 Planteamiento inverso: 1. - cruzamiento prueba Paso 1 Se busca en la tabla el valor obtenido (teniendo en cuenta el grado de libertad del problema): - Si la probabilidad de ajuste es mayor a 0.05, no hay diferencias significativas entre los datos observados y los esperados, y por tanto se acepta la Ho. - Si es menor a 0.05, los datos observados no se ajustan significativamente a los esperados según la Ho y por tanto, se rechaza la Ho. En nuestro ejercicio: 2 χ = ( ) ( ) ( ) ( ) = g.l.= 4-1 = 3 El valor de X 2 es, por tanto, muy alto, con valores de probabilidad de ajuste menores a (p<0.001). Entonces se rechaza la Ho. Los genes NO se comportan en este punto como INDEPENDIENTES.

21 Planteamiento inverso: 1. - cruzamiento prueba Paso 2: La hipótesis de partida (Ho) ha sido rechazada. Ahora hay que ver si los genes A,a y B,b están segregando adecuadamente según las leyes de Mendel. Para ello, los estudiamos independientemente y vemos los fenotipos que esperaríamos encontrar para cada gen (y carácter que controla) por separado. Gen A,a: como es un cruzamiento prueba, el cruzamiento teniendo en cuenta sólo este gen (Aa X aa) daría una descendencia ½ fenotipo A, y ½ fenotipo a. Fenotipo N Observados N esperados A = /2 = 73 a = /2 = 73 X 2 =0.68 g.l.=2-1=1 NO SIGNIFICATIVO. Segrega bien Gen B,b: como es un cruzamiento prueba, el cruzamiento teniendo en cuenta sólo este gen (Bb X bb) daría una descendencia ½ fenotipo B, y ½ fenotipo b. Fenotipo N Observados N esperados B = /2 = 73 b = /2 = 73 X 2 =0.109 g.l.=2-1=1 NO SIGNIFICATIVO. Segrega bien

22 Planteamiento inverso: 1. - cruzamiento prueba Paso 3: Aunque ambos genes están segregando bien, tienen un pequeño error en su segregación (poque sus valores de X 2 no han sido 0) que debe ser substraido del valor inicial de X 2. Para ello hacemos la siguiente prueba de X 2 de ligamiento: X 2 L = = g.l. = = 1 Mirando de nuevo en la tabla de X 2 vemos que sigue siendo significativo, por tanto en este punto sí podemos decir que los genes se encuentran ligados.

23 Planteamiento inverso: 1. - cruzamiento prueba Paso 4: Sabiendo que los genes están ligados hay que calcular la distancia que existe entre ellos en el mapa genético. Para ello, hay que recordar que la DIstancia se define como la frecuencia de gametos recombinantes multiplicado por 100. En los ejercicios en los que se trata de cruzamientos prueba, es muy sencillo calcularlo, ya que los fenotipos de la descendencia coinciden con los gametos del individuos parental que no es el homocigoto recesivo aabb. En el caso de este problema, tenemos 4 tipos de descendientes (los 4 fenotipos de la descendencia). Como ya se ha visto, los gametos recombinantes siempre están en menor proporción que los gametos parentales, por tanto, los descendientes que se encuentren en menor proporción proceden de gametos recombinantes y podremos usarlos para calcular su frecuencia. - Los fenotipos en menor proporción en este problema fueron: Ab (N=18) y ab (N=15). Por tanto, éstos proceden de gametos recombinantes. Sólo debemos calcular ahora su frecuencia, es decir, la p (frec. de recombinación) Además, los genes estaban en acoplamiento, porque Ab y ab son recombinantes y por tanto AB y ab eran parentales (recordar definición de genes en acoplamiento y repulsión)

24 Planteamiento inverso: 2. - F 2 El siguiente ejercicio va a servir para explicar el caso de un planteamiento inverso cuando se trata de una F2. Ejercicio 2.- Suponiendo que se realiza un cruzamiento entre plantas homocigotas para dos caracteres de interés económico (AABB X aabb) y que una vez obtenida la descendencia ésta se cruza entre sí (AaBb X AaBb) dando como resultado la siguiente descendencia (F 2 ): Datos de partida Fenotipo Individuos observados AB 102 Ab 52 ab 48 ab 6 Determinar si esos dos caracteres (y por tanto los genes que los controlan) se encuentran ligados en el genoma, y si es así, determinar la distancia entre ellos en el mapa genético de la especie en estudio y si se encontraban en acoplamiento o repulsión. Nota: de nuevo, como en los ejercicios anteriores, no se han definido los fenotipos que definen cada alelo. Por tanto, se representan simplemente los fenotipos por las letras de los alelos que los definen (siendo A>a;B>b).

25 Planteamiento inverso> 2. F 2 Ejercicio 2: Resolución Paso 1: La hipótesis de partida (Ho) siempre es, en este punto, que los genes son independientes. Por tanto, partiendo de esta hipótesis, el resultado de cruzar AaBb X AaBb daría la siguiente descendencia: Gametos de la planta AaBb(frec.) Gametos de la planta AaBb (frec.) AB(0.25) Ab(0.25) ab(0.25) ab(0.25) Ab(0.25) AaBb Aabb aabb Aabb Ab(0.25) AABb AAbb AaBb Aabb ab(0.25) AaBB AaBb aabb aabb ab(0.25) AaBb Aabb aabb aabb Como se puede ver, bajo la Ho, todas las celdas están en la misma frecuencia (0.0625) y la descendencia presentaría las proporciones fenotípicas características de las F 2 cuando los dos genes son independientes (y A>a; B>b), es decir, 9:3:3:1. Fenotipo AB: 9/16 Fenotipo Ab : 3/16 Fenotipo ab : 3/16 Fenotipo ab : 1/16 Sin embargo, se han observado otras proporciones en el ejercicio.

26 Planteamiento inverso> 2. F 2 Ejercicio 2: Resolución Hipotesis de partida vs. datos observados Paso 1 Fenotipo Individuos Individuos esperados observados A B 102 9/16 208=117 A b 52 3/16 208=39 ab 48 3/16 208=39 ab 6 1/16 208=13 Obviamente, no se observan los mismos individuos que se esperan si los genes fuesen independientes (Ho). Para ver estadísticamente si estas diferencias son significativas, se aplica una prueba de chi-cuadrado. χ = ( Observado Esperado Esperado 2 2 ) Grados de libertad (g.l.)=nº fenotipos -1

27 Planteamiento inverso> 2. F 2 La prueba de ajuste de chi-cuadrado permite aceptar o rechazar, con un valor de probabilidad y unos grados de libertad determinados, una hipótesis de partida (H 0 ). Para ello compara los valores esperados según la hipótesis con los valores observados en el experimento. Una vez obtenido hay que mirar la tabla siguiente: Paso 1

28 Planteamiento inverso> 2. F 2 Paso 1 Se busca en la tabla el valor obtenido (teniendo en cuenta el grado de libertad del problema): - Si la probabilidad de ajuste es mayor a 0.05, no hay diferencias significativas entre los datos observados y los esperados, y por tanto se acepta la Ho. - Si es menor a 0.05, los datos observados no se ajustan significativamente a los esperados según la Ho y por tanto, se rechaza la Ho. En nuestro ejercicio: 2 χ = ( ) (52 39) (48 39) (6 13) 13 2 = g.l.= 4-1 = 3 El valor de X 2 es, por tanto, alto, con valores de probabilidad de ajuste menores a 0.05 (p<0.05). Entonces se rechaza la Ho. Los genes NO se comportan en este punto como INDEPENDIENTES.

29 Planteamiento inverso> 2. F 2 Paso 2: La hipótesis de partida (Ho) ha sido rechazada. Ahora hay que ver si los genes A,a y B,b están segregando adecuadamente según las leyes de Mendel. Para ello, los estudiamos independientemente y vemos los fenotipos que esperaríamos encontrar para cada gen (y carácter que controla) por separado. Gen A,a: como es una F 2, el cruzamiento teniendo en cuenta sólo este gen (Aa X Aa) daría una descendencia ¾ fenotipo A, y ¼ fenotipo a. Fenotipo N Observados N esperados A = 154 ¾ 208 = 156 a 48+6 = 54 ¼ 208 = 52 X 2 =0.10 g.l.=2-1=1 NO SIGNIFICATIVO. Segrega bien Gen B,b: como es una F 2, el cruzamiento teniendo en cuenta sólo este gen (Bb X Bb) daría una descendencia ¾ fenotipo B, y ¼ fenotipo b. Fenotipo N Observados N esperados B = 150 ¾ 208 = 156 b 52+6 = 58 ¼ 208 = 52 X 2 =0.92 g.l.=2-1=1 NO SIGNIFICATIVO. Segrega bien

30 Planteamiento inverso> 2. F 2 Paso 3: Aunque ambos genes están segregando bien, tienen un pequeño error en su segregación (poque sus valores de X 2 no han sido 0) que debe ser substraido del valor inicial de X 2. Para ello hacemos la siguiente prueba de X 2 de ligamiento: X 2 L = = g.l. = = 1 Mirando de nuevo en la tabla de X 2 vemos que sigue siendo significativo, por tanto en este punto sí podemos decir que los genes se encuentran ligados.

31 Planteamiento inverso> 2. F 2 Paso 4: Sabiendo que los genes están ligados hay que calcular la distancia que existe entre ellos en el mapa genético. - Para ello, hay que recordar que la DIstancia se define como la frecuencia de gametos recombinantes multiplicado por En los ejercicios en los que se trata de F 2 no podemos conocer directamente la frecuencia de recombinación porque no conocemos el genotipo de casi ningún fenotipo observado. Sólo conocemos el genotipo de los individuos con fenotipo doble recesivo (fenotipo ab) y es aabb. A partir de su frecuencia y mediante la siguiente fórmula se puede calcular la fracción de recombinación y por tanto la Distancia entre los genes y su fase. 1.- Si el valor obtenido de esta P es > 0.5 entonces: - Los genes estaban en acoplamiento - La distancia sería D = (1-P) x Si el valor obtenido de esta P es <0.5 entonces: - Los genes estaban en repulsión - El propio valor de P sería la frec. de recombinación y la distancia sería D = P x 100

32 Planteamiento inverso> 2. F 2 Volviendo a nuestro ejercicio: Paso 4 Como el valor obtenido es <0.5 entonces: - Los genes estaban en repulsión - El propio valor de P sería la frec. de recombinación y la distancia sería D = 0.34 x 100 = 34 M