Unidad Nº6: Cartografía cromosómica Prof. Dra. Natalia Corbalan mail: ncorbalan@fbqf.unt.edu.ar Ligamiento y recombinación en bacterias
La reproducción bacteriana se realiza mediante bipartición. Este mecanismo de reproducción asexual solo permite a la bacteria la posibilidad de aumentar su variabilidad genética por mutación.
Pero las bacterias también presentan unos mecanismos de transferencia genética horizontal, que pueden ser calificados de parasexuales. Las bacterias poseen tres mecanismos de intercambio genético que les ha permitido aumentar la variabilidad genética: Transformación Conjugación Transducción
Transformación: en determinadas condiciones fragmentos de ADN exógeno pueden entrar en el interior de las bacterias. El ADN exógeno puede intercambiar segmentos con el ADN del cromosoma principal bacteriano. Desarrollo de la competencia y unión del DNA transformante Procesado y toma del DNA exógeno Se requiere un doble entrecruzamiento para la transformación Proteí nas especí ficas se unen y protegen al DNA exógeno monocatenario El DNA exógeno se integra al cromosoma bacteriano en regiones homólogas por medio de la proteí na RecA
Conjugación: es un proceso de transferencia de material genético, en el cual el genoma de un plásmido o del cromosoma bacteriano es transferido a otra célula, este proceso tiene como condición esencial el contacto celular. A la célula que aporta el material genético se le llama donadora y aquélla que lo recibe receptora. Para que se produzca la conjugacion la célula donadora debe tener un factor de fertilidada llamado Factor F
En relación al factor F, existen tres tipos de bacterias: (F-) Célula bacteriana que no posee factor F, actúa como célula femenina o receptora en la conjugación. (Hfr) Bacteria que posee factor F integrado a su cromosoma, actúa como célula masculinas o donadora, transfiriendo genes bacterianos. Al termino de la comjugación la célula receptora permanece como F-. (F+) Célula bacteriana que posee un factor F independiente del cromosoma bacteriano, actúa como célula masculina o donadora en la conjugación, transfiere el factor F a la célula receptora transformandola en célula F+.
TIPO BACTERIANO FACTOR SEXUAL F COMPORTAMIENTO EN LA CONJUGACION F- Ausente Receptora F+ Hfr Presente autónomo Presente integrado Donadora Donadora
Transducción: no necesita del contacto físico entre dos estirpes bacterianas. El vehículo o vector que transporta ADN de una bacteria a otra es un virus. La transducción se puede definir como el proceso de transferencia genética desde una célula donadora a otra receptora mediatizado por partículas de bacteriófagos que contienen ADN genómico de la primera.
En la transducción podemos distinguir dos etapas diferenciadas: 1) Formación de la partícula fágica transductora: un trozo de material genético de la célula donadora se introduce en el interior de la cabeza de la cápsida de un fago. Las partículas transductoras son en cierta manera "subproductos" anómalos del ciclo normal del fago. 2) La partícula transductora inyecta de forma habitual el ADN que porta a la célula receptora, donde este ADN puede eventualmente recombinarse y expresar su información.
CONCEPTO DE LIGAMIENTO Dos genes o dos marcadores o dos loci cualesquiera se consideran como ligados cuando van juntos en el mismo segmento de ADN, es decir durante el proceso de recombinación dichos genes pueden no segregarse independientemente y su transferencia no seguiría las leyes de Mendel. En el análisis genético moderno, la prueba principal para determinar si dos genes están ligados se basa en el concepto de la recombinación
ANLICEMOS EL CONCEPTO DE LIGAMIENTO EN UN PROBLEMA SENCILLO DE TRANSFORMACION BACTERIANA. 1) Supongamos que tenemos una bacteria receptora auótrofa (a- b-), incapaz de sintetizar los compuestos a y b. 2) Supongamos que el ADN transformante o exógeno procede una una bacteria protótrofa (a+ b+) que si es capaz de sintetizar los compuestos a y b ST: simple transformante; solo se recombina un gen en la receptora DT: doble transformante ; se recombinan los dos genes
Resultados obtenidos en un experimento de transformación en Bacillus subtilis Nester y col (1963) ADN transformante Cepa receptora Clases transfromadas Nº de colonias Mezcla de trp+tyr- ST 190 trp+ tyr- y trptyr+ trp-tyr- trp-tyr+ ST trp+tyr+ DT 256 2 trp+tyr- ST 196 trp+ tyr+ trp-tyr- trp-tyr+ ST 328 trp+tyr+ DT 367
Problema de los Tres Puntos en Transformación 1) Supongamos una bacteria receptora auxotrofa para a, b y c (a- b-c-) y un ADN transformante o exógeno prototrofo para los mismos marcadores (a+ b+c+). Determinación del locus central: la clase que aparece con menos frecuencia es aquella que procede de que se hayan dado 4 entrecruzamientos (4X). Cuando se analiza la clase menos frecuente (a+ b-c+) se observa que el único marcador o locus que no ha cambiado con respecto a la cepa receptora es el central. Es decir, el
Resultados obtenidos en Bacillus subtilis al realizar un experimento de transformación con una cepa receptora auxotrofa (trp-tyr-his-) y ADN exógeno o transformante procedente de una cepa prototrofa (trp+tyr+his+). Tipo y número de colonias transformadas Trp - - - + + + + Tyr + - + - + - + His - + + - - + + 685 418 3660 2600 107 1180 11940 Clase menos frecuente, el marcador que no se modificó es his, por lo tanto podemos deducir que his es el loci central Loci considerados trp-his Clases transformadas trp+his- ST trp-his+ ST trp+his+ DT Nº de colonias 2600 + 107 418 + 3660 1180 + 11940 Distancia unidades transformación q= 6785/19905 q=0.34 en de
Ligamiento y recombinación en eucariontes
Cuando se produce la Recombinación?
Basándose en la teoría cromosómica de la herencia enunciada por Sutton y cuyos aspectos escenciales son: Los genes están ubicados en los cromosomas La ordenación de los mismos es lineal Al fenómeno genético de la recombinación le corresponde un fenómeno citológico de intercambio de segmentos cromosómicos. Morgan propuso que:. EXISTEN PAREJAS GÉNICAS SITUADAS SOBRE EL MISMO PAR DE CROMOSOMAS HOMÓLOGOS, LLAMANDO A ESTE FENÓMENO LIGAMIENTO
Por definición, se dice que dos loci están ligados cuando se encuentran situados sobre el mismo cromosoma. Todos aquellos loci que se encuentran situados sobre el mismo cromosoma forman un Grupo de Ligamiento. Cuanto más alejados están entre sí dos loci ligados ( A,a y C,c) más probable es que se dé sobrecruzamiento entre ellos, cuanto más cerca están entre sí dos loci ligados (A,a y B,b) menos probable es que se dé sobrecruzamiento entre ambos.
CARTOGRAFÍA GENÉTICA: La cartografía genética asigna el lugar cromosómico de un gen (o locus) y su relación de distancia con otros genes (o loci) en un cromosoma dado.
MAPEO DE GENES CON FRECUENCIA DE RECOMBINACIÓN Los mapas de cromosomas que se calculan por medio de las frecuencias de recombinación Los mapas de cromosomas que se basan en las distancias físicas dentro del cromosoma MAPAS GENÉTICOS MAPAS FÍSICOS Las distancias se miden en unidades de mapa (u.m.) 1 u.m. es equivalente a un 1 % de recombinación. Las u.m. también se denominan centimorgan cm. Las distancias por lo general se expresan en pares de bases
Las frecuencias de entrecruzamiento, y por tanto la frecuencia de recombinación, depende de la distancia entre genes A B C Mayor distancia entre loci --> Mayor número de entrecruzamientos Más Entrecruzamientos ---> Más Recombinación A mayor frecuencia de recombinación mayor la distancia entre loci
Ligamiento: Asociación de genes en el mismo cromosoma formando grupos de ligamientos Ligamiento total ab Genotipo F 1 AB / ab Gametos (100% gametos parentales) 50 % AB 50 % ab
SEGREGACIÓN INDEPENDIENTE (no ligamiento, 2 a ley de Mendel) 50%recombinantes Proporción 1:1:1:1
La frecuencia de gametos recombinantes (FR) debe estar entre el ligamiento total (0%) y la segregación independiente (50%) 0% FR 50%
VEAMOS UN EJEMPLO DE UN MAPA GENÉTICO CONSIDERANDO LA FRECUENCIA DE RECOMBINACION DE DOS GENES a+ b+ X a b a + b + 1339 a b 1195 a + b 151 a b + 154 2839 Proporción no 1:1:1:1. 305 FR =( 305/2839)x100 = 10,7 % a b 10,7 cm
Prueba de tres puntos
CRUZA DE PRUEBA: el genotipo de uno de los progenitores es triple homocigoto recesivo abc/abc. Sólo aporta gametas abc Genotipo del otro progenitor??? GENOTIPOS QUE ESTAN EN MAYOR PROPORCIÓN ABC/abc
Cual es el gen central? Genotipos que aparecen en menor proporción Que gen se modificó teniendo el cuenta el genotipo de los progenitores B es el gen central!!!!
25 u.m
Mapeos Físicos Mapeo Físico Asigna los genes a localizaciones particulares a lo largo de los cromosomas Usa medidas que son el reflejo de la distancia física entre genes Baja resolución: Ubica los genes según las bandas citogenéticas Alta resolución: los ubica en distancias físicas: pb 40
MAPEO FÍSICO DE GENES Si bien los MAPAS GENÉTICOS nos indican las POSICIONES RELATIVAS de los genes, no nos permiten ubicar a los genes ligados en un determinado cromosoma. Por esta razón se han desarrollado distintos métodos que permiten la construcción de mapas FÍSICOS MAPEO POR DELECIÓN MAPEO POR HIBRIDACIÓN DE CÉLULAS SOMÁTICAS
MAPEO POR DELECIÓN Se han desarrollado métodos de tinción que permiten la identificación de patrones de bandas características en los cromosomas
Ej.: bandas G pálidas DNA rico en GC Replicación temprana Muchos genes bandas G oscuras DNA rico en AT Replicación tardía Pocos genes MAPEO POR DELECIÓN Se asignan genes a determinadas regiones del cromosoma mediante el estudio de la asociación de fenotipos y ciertas deleciones cromosómicas
Hibridización de células somáticas Se produce la fusión de líneas celulares diferentes Se forma una célula con dos núcleos : HETEROCARIÓN Los núcleos del heterocarión se fusionan: CELULA HIBRIDA Con las sucesivas divisiones las células híbridas tiene a perder cromosomas de un tipo de especie tiene a perderse. Híbrido HOMBRE-RATÓN Se generan distintas lineas celulares las cuales contiene distintos cromosomas humanos Tienden a perderse
Unidad Nº7: Alteraciones de los cromosomas
Una vez definida la constancia en el número y la morfología de los cromosomas de una especie, los casos en los que se modifica esta constancia se agrupan bajo el nombre de: -VARIACIONES CROMOSÓMICAS -ANOMALÍAS CROMOSÓMICAS -MUTACIONES CROMOSÓMICAS -CROMOSOMOPATÍAS, EN HUMANOS.
Cualquier alteración en el número y/o en la morfología de los cromosomas constituye una alteración cromosómica Las anomalías cromosómicas se clasifican en: VARIACIONES ESTRUCTURALES VARIACIONES NUMÉRICAS Se definen como cualquier cambio en la disposición de los genes o fragmentos cromosómicos Las variaciones respecto al número de cromosomas de la especie, un cambio en el número de cromosomas del individuo analizado
TIPOS DE VARIACIONES ESTRUCTURALES: Para establecer una clasificación de las anomalías estructurales se atiende normalmente a la combinación de dos criterios diferentes: Número de cromosomas implicados Existencia de pérdida o ganancia de material cromatínico
VARIACIONES ESTRUCTURALES EN LAS QUE SE PRODUCEN PÉRDIDA O GANANACIA DE MATERIAL GENÉTICO DELECIONES: variaciones estructurales que suponen pérdida de material cromosómico y afectan a un cromosoma. En las roturas y reparaciones de los cromosomas, pueden perderse parte de los mismos.si la parte perdida es muy grande, la situación es incompatible con la vida. Los fenotipos dependen del cromosoma y de la región afectada Cuando Por ejemplo se producen el roturas caso del a síndrome ambos lados por del maullido centrómero de gato, en el que se y ha posteriormente producido una se deleción unen los del extremos, cromosoma se 5 forma se caracteriza un por retraso cromosoma mental y cara en anillo de media luna que se va alargando con la edad. Ej: El síndrome de cromosoma 15 en anillo, que resulta de la deleción de la parte del brazo corto del cromosoma 15 se caracteriza por crecimiento retartado, estatura corta y anomalías faciales
DUPLICACIONES: Las variaciones estructurales que implican ganancia de material cromatínico por multiplicación de un segmento cromosómico son las y suelen afectar a un solo cromosoma. El síndrome de X frágil es debido a una duplicación parcial del extremo del brazo largo del cromosoma X (ocasiona retraso mental )
VARIACIONES ESTRUCTURALES EN LAS QUE SE ALTERA EL ORDEN O DISPOSICIÓN DE LOS GENES EN LOS CROMOSOMAS. INVERSIONES: Se producen como consecuencia de dos roturas dentro del mismo cromosoma: el fragmento roto se reinserta al cromosoma, pero habiendo girado 180º. El cromosoma tiene la misma forma que el original pero el orden en que se encuentra la información genética ha cambiado. Se han encontrado inversiones cromosómicas en algunas enfermedades raras como algunos desordénes del comportamiento debida a una alteración del cromosoma 4, casos de infertilidad muy parecidos al síndrome de Klinefelter con inversión en el cromosoma X, entre otras.
TRANSLOCACIÓN: Cambio cromosómico estructural caracterizado por el cambio de posición del / de los segmentos dentro del complemento cromosómico, modificando los grupos de ligamiento. Pueden ser: 1)Translocaciones intracromosómicas o translocaciones internas : en las que un segmento cromosómico cambia de posición dentro del mismo cromosoma. En la actualidad se tiende a llamarlas inserciones 2) Translocaciones intercromosómicas o simplemente translocaciones: Cambio de localización de uno o dos segmentos que pasan a situarse en otro grupo de ligamiento.
VARIACIONES NUMÉRICAS Se afecta una dotación completa de cromosomas (set haploide) y los organismos que poseen múltiplos del set haploide se denominan euploides. En otros casos los cambios sólo afectan a uno o a unos pocos pares cromosómicos. En este caso se dice que los organismos son aneuploides tanto porque les sobra algún o algunos cromosomas (hiperdiploides, 2 n+x) como porque les falta (hipodiploides, 2n-x).
ANEUPLOIDÍAS 1) LAS MONOSOMÍAS (2n-1): por lo gral. Letales en el hombre. En la especie humana, la única viable es la monosomía para el cromosoma X y da lugar a un síndrome genético llamado síndrome de Turner. Las mujeres con síndrome de Turner tienen ciertos rasgos fenotípicos característicos (talla baja, cuello corto, gónadas rudimentarias, ausencia de menstruación) y son estériles. La frecuencia del síndrome de Turner es de 1 a 2% del total de las concepciones humanas, aunque la mayoría de los embriones se pierde como aborto espontáneo.
ANEUPLOIDÍAS 2) LAS TRISOMÍAS (2n+1) son, en general, más viables que las monosomías. En la especie humana hay varios ejemplos. TRISOMÍAS AUTOSÓMICAS La trisomía para el cromosoma 21 que da lugar al síndrome de Down. Del cromosoma 13, que origina el síndrome de Patau. La trisnomía del cromosoma 18, que da lugar al síndrome de Edwards Los niños afectados con estas patologías tienen múltiples malformaciones congénitas y, en general, no sobreviven más allá del año de edad.
TRISOMÍAS DE CROMOSOMAS SEXUALES El síndrome triple X ocurre en 1 de cada 1.000 mujeres vivas y estas mujeres son fenotípicamente normales. El síndrome de Klinefelter ocurre en 1 de cada 1.000 recién nacidos varones y, en general, se detecta en la pubertad debido a los rasgos fenotípicos característicos: talla alta, brazos y piernas muy largas, valores de testosterona bajos, escaso vello, caderas anchas y distribución de la grasa corporal parecida a la de las mujeres.
El principal mecanismo por el cual se originan las células aneuploides es la no disyunción, que constituye un error en la segregación cromosómica y puede ocurrir tanto en meiosis como en mitosis.