TIPOS DE ACCIÓN GÉNICA Las Leyes de Mendel han demostrado ser válidas a lo largo del espectro eucariota y constituyen la base para predecir los resultados de apareamientos simples. Pero el mundo real de los genes y de los cromosomas es mucho más complejo de lo que sugieren las Leyes de Mendel y las extensiones y excepciones son abundantes. Estas diferencias no invalidan las leyes, sino que demuestran que existen otras situaciones debidas a la complejidad génica. Como regla general, a partir de las leyes de la Segregación y de la Distribución Independiente, las proporciones fenotípicas esperadas a partir de un apareamiento entre monohíbridos y dihíbridos son respectivamente 3:1 y 9:3:3:1 así como también la proporción fenotípica esperada de la cruza de prueba a un heterocigota es 1:1 y la proporción fenotípica esperada de la cruza de prueba a un dihíbrido es 1:1:1:1. Estas proporciones provienen de la segregación de dos alelos distintos para cada uno de los pares de genes, existiendo entre ellos dominancia y recesividad. Sin embargo, además de estas proporciones, otros experimentos han puesto de manifiesto la aparición de fenotipos en proporciones nuevas que no se pueden explicar basándose en la dominancia completa. La causa de variación de las proporciones clásicas que se tratan en esta sección es la debida a las distintas formas en que pueden interactuar los genes, alelos o no alelos, influídos por los distintos tipos de acción génica: no aditiva o aditiva. SUMARIO Temas Página 1. Acción Génica no Aditiva 24 2. Acción Génica Aditiva 30 3. Expresión génica y Alelos Múltiples 31 Problemas Resueltos 35 23
1 Accion Génica no Aditiva ACCIÓN GÉNICA NO ADITIVA. Cuando un cierto efecto fenotípico resulta de la interacción de los alelos de un gen o de dos o más pares de genes pertenecientes a distintos loci se denomina Acción Génica no Aditiva. acción génica no aditiva Este tipo de acción génica es responsable de los caracteres o rasgos cualitativos, es decir, aquéllos que no pueden ser medidos y presentan una variación discontinua (se clasifican en categorías o clases); y que además son poco influenciados por el ambiente. Intralocus a) INTRALOCUS o INTRAGÉNICA Son las interacciones que ocurren entre los alelos de un locus. a.1.- DOMINANCIA COMPLETA: En este tipo de acción el heterocigota, si bien distinto genéticamente que uno de los homocigotas tiene el mismo fenotipo y la presencia del gen recesivo queda enmascarado, expresándose únicamente en estado homocigota. Par de Cromosomas homólogos Las proporciones clásicas en caso del apareamiento de dos heterocigotas son: Fenotípica : 3:1 Genotípica : 1:2:1 Aa x Aa AA A- Aa aa p.f.= ¾ : ¼ p.g.= ¼ : ½ : ¼ En el caso de una cruza de prueba a un heterocigota las proporciones son: Fenotípica: 1:1 Genotípica: 1:1 Aa x aa Aa aa p.f.= ½ : ½ p.g.= ½ : ½ 24
a.2.- DOMINANCIA INCOMPLETA: El individuo heterocigota o descendiente de dos líneas puras presenta para el carácter en estudio una intensidad intermedia. Es decir, el heterocigota presenta un fenotipo diferente al de los homocigotas. Para simbolizar los alelos con este tipo de acción génica se utiliza una letra base que será igual para ambos alelos, representándose el alelo dominante incompleto con una letra mayúscula como exponente de la letra base y la misma letra en minúscula como exponente de la letra base el alelo recesivo incompleto. Las proporciones clásicas en caso del apareamiento de dos heterocigotas son: C A C a x C A C a C A C A C A C a C a C a p.f.= ¼ : ½ : ¼ p.g.= ¼ : ½ : ¼ Fenotípica : 1:2:1 Genotípica : 1:2:1 C A C a x C a C a En el caso de una cruza de prueba a un heterocigota las proporciones son: Fenotípica: 1:1 Genotípica: 1:1 C A C a C a C a p.f.= ½ : ½ p.g.= ½ : ½ Ejemplo 12: el color de pelaje en el gato Burmese, así como en el Siamés resulta de la acción de dos alelos en homocigosis. El Tonquinés resulta del genotipo heterocigota Burmese: C b C b Siamés: C a C a Tonquinés: C b C a c b c b Burmese c s c s Siames c b c s Tonquines a.3.- CODOMINANCIA: En este tipo de acción génica el heterocigota muestra los efectos fenotípicos de ambos alelos. Para simbolizarlo se utiliza una letra base que será igual para ambos alelos con una letra mayúscula diferente como exponente de la letra base. Las proporciones clásicas en caso del apareamiento de dos heterocigotas son: C A C B x C A C B C A C A C A C B C B C B p.f.= ¼ : ½ : ¼ p.g.= ¼ : ½ : ¼ Fenotípica : 1:2:1 Genotípica : 1:2:1 25
En el caso de una cruza de prueba a un heterocigota ( en este caso será con cualquiera de los dos genotipos homocigóticos) las proporciones son: Genotípica: 1:1 Fenotípica: 1:1 C A C B x C B C B C A C B C B C B p.f.= ½ : ½ p.g.= ½ : ½ a.4.- SOBREDOMINANCIA: En los casos en que existe esta interacción, la manifestación fenotípica del individuo heterocigota medido cuantitativamente no es igual o intermedia a las homocigotas. En ocasiones el heterocigota es superior al promedio fenotípico entre ambas líneas homocigotas progenitoras. Esta superioridad se manifiesta fundamentalmente en caracteres cuantificables: la sobredominancia es una de las bases del denominado vigor híbrido. AA Aa aa b) INTERLOCI O INTERGÉNICA Este tipo de interacciones son las que ocurren entre genes noalelos (de distintos loci), que pueden estar situados en un mismo o en distintos grupos de ligamiento. I b.1) INTERACCIONES EPISTÁTICAS: Es la interacción que se produce entre dos o más pares de genes que no son alelos y en la cual los alelos de un locus o gen enmascaran o inhiben la acción de los alelos de otro locus o gen. nterloci interloci interloci Se denomina epistático al gen que modifica la expresión del gen del otro locus y se denomina hipostático al gen que es modificado. La proporción clásica de 9:3:3:1 observada en la descendencia de progenitores dihíbridos se modifica cuando opera la epístasis, el número de fenotipos que aparecen en la descendencia a partir de progenitores dihíbridos será menor de cuatro y puede presentar tres o dos fenotipos. Los interacciones epistáticas más comunes son: SIMPLE DOMINANTE RECESIVA EPíSTASIS DOBLE DOMINANTE RECESIVA DOMINANTE / RECESIVA 26
b.1.1.- EPÍSTASIS SIMPLE DOMINANTE: Cuando el alelo dominante de una pareja suprime la acción de otra pareja alélica. Ejemplo 13 : En los perros hay más de un gen para el color del pelaje: ( A ): color negro. ( a ): color marrón. ( B ): inhibe la expresión de color (blanco). ( b ): no inhibe la expresión de color (negro o marrón). 12:3:1 Si se aparean machos y hembras blancos con genotipo AaBb, la descendencia presentará una relación fenotípica de: 12 blancos : 3 negros : 1 marrón Esto ocurre porque el gen B es epistático sobre los alelos A y a, en consecuencia todos los individuos con genotipo A-B- y aabserán blancos. b.1.2.- EPÍSTASIS SIMPLE RECESIVA: Cuando el alelo recesivo de una pareja alélica inhibe o suprime la acción de la otra. Ejemplo 14: en el caso de las ratas un gen recesivo a bloquea la síntesis de la melanina y produce albinismo, de esta forma tenemos: ( A ): necesario para producir color ( a ): inhibe la producción de color. ( B ): color gris ( b ): amarillo 9:3:4 A partir del apareamiento entre individuos dihíbridos grises (AaBb) se obtendrá en la descendencia la siguiente proporción fenotípica: 9 grises : 3 amarillos : 4 blancos. Esto ocurre porque el gen (a) es epistático sobre los alelos (B) y (b), en consecuencia todos los individuos con genotipo A-Bserán grises, los individuos con genotipo A-bb serán amarillos y los individuos con genotipo aab- y aabb serán blancos. b.1.3.- EPÍSTASIS DOBLE RECESIVA: (genes complementarios) Para que se manifieste un carácter determinado es necesaria la presencia de los dos miembros dominantes de cada pareja alélica. 27
Se denomina acción complementaria ya que necesita de la acción de dos genes, uno en cada locus para la expresión del carácter. Ejemplo 15: en los cerdos la presencia de remolinos en el pelaje, depende de dos genes complementarios (A y B), los cuales deben estar presentes en forma dominante para la expresión del carácter 9:7 Cualquier combinación que involucre a ambos (A-B-) producirá remolinos, mientras que la ausencia de uno o de ambos dominantes (A-bb, aab- y aabb) producirá ausencia de remolino. A partir del apareamiento entre individuos dihíbridos con remolino (AaBb) se obtendrá en la descendencia la siguiente proporción fenotípica: 9 con remolino : 7 sin remolino. Esto sucede porque el gen (A) y el (B) son complementarios, en consecuencia todos los individuos con genotipo A-B- tendrán remolinos y los individuos A-bb, aab- y aabb no tendrán remolinos. b.1.4.- EPÍSTASIS DOBLE DOMINANTE: Cuando uno de los miembros dominantes cualquiera es suficiente por sí mismo para originar un producto final. Ejemplo 16: La presencia o no de patas emplumadas en las aves de corral. El gen (A) y el gen (B) son epistáticos sobre BB, Bb, bb y AA, Aa y aa respectivamente, dando el fenotipo patas con plumas. En consecuencia sólo el genotipo aabb tiene patas desnudas. A partir del apareamiento entre individuos dihíbridos de patas con plumas (AaBb) se obtendrá en la descendencia la siguiente proporción fenotípica: 15 patas con plumas : 1 sin plumas. 28
15:1 b.1.5.- EPÍSTASIS DOBLE DOMINANTE RECESIVA: Cuando el miembro dominante de una pareja alélica y el recesivo de la otra suprimen respectivamente la acción de los otros dos miembros. 13:3 Ejemplo 17: En las gallinas existen 2 parejas alélicas A, a y B, b tales que el gen dominante (A) factor cromógeno, es necesario para que se produzca pigmentación. El recesivo (a) determinante por lo tanto del albinismo, y el otro dominante (B) es inhibidor de la pigmentación, y el recesivo (b), permite la manifestación de color. b.2.- INTERACCIONES NO EPISTÁTICAS: Puede Usted deducir cuáles serán los genotipos que presentarán albinismo y cuáles color? Este tipo de interacción resulta cuando los productos finales de dos o más loci aportan cada una para el mismo carácter. Ejemplo 18: el ejemplo típico de esta interacción es el tipo de cresta en las gallinas. En la determinación de este carácter intervienen dos pares de genes no alélicos, (R, r) y (G, g). La acción génica intralocus es de dominancia-recesividad y de acuerdo a las distintas combinaciones alélicas surgirán los distintos tipos de cresta. Loci A Loci B Roseta (R-pp) Guisante (RrP-) Una característica Simple (rrpp) Nuez (R-P-) 29
2 Acción Génica Aditiva ACCIÓN GÉNICA ADITIVA La acción génica aditiva es responsable de las características cuantitativas o métricas ya que su estudio depende de la medición en lugar de la enumeración y presenta variación continua, es decir, los individuos para una característica dada presentan una serie gradual de valores entre un valor extremo y el otro. No pertenecen a clases claramente demarcadas. Así, la producción de leche de una vaca en 305 días puede de 0 a 10000 litros o más. En general, los caracteres de mayor importancia económica en producción animal, como cantidad y calidad de leche en bovinos y ovinos, el peso de la canal en bovinos, la prolificidad en porcinos y ovinos, el número de huevos puestos en gallinas, etc., responden a este tipo de acción génica. Estos caracteres están regidos por un gran número de genes (muchos loci involucrados) cuyos efectos no son diferenciables individualmente y posibles de modificar por efectos no genéticos o ambientales. Consecuentemente las diferencias cuantitativas no exhiben relaciones mendelianas, por lo que los métodos de análisis mendeliano no resultan apropiados en estos casos. Los métodos de estudio de la Genética Cuantitativa difieren de los empleados en la Genética Mendeliana en dos aspectos: a) la unidad de estudio debe ser extendida a las poblaciones, grupos grandes de individuos que comprenden muchas progenies. b) la naturaleza de las diferencias cuantitativas, para ser estudiadas, requiere la medición y no sólo la clasificación de los individuos. Es la Genética Cuantitativa la que se encarga de su estudio, sin embargo una premisa básica de la Genética Cuantitativa es que la herencia de las características cuantitativas depende de genes gobernados por las mismas leyes de la transmisión y con las mismas propiedades generales que aquéllos cuya transmisión y propiedades se muestran a través de las diferencias cualitativas. La Genética Cuantitativa tiene por objeto el estudio de las diferencias de grado entre los individuos y conocer la herencia de estas diferencias es fundamental para la aplicación de la genética al Mejoramiento Animal. El objetivo del Mejoramiento Animal es utilizar la variación genética mencionada para el incremento de la producción, modificando genéticamente la población en una dirección que generalmente está determinada por condiciones económicas. 30
3 Expresión génica y Alelos múltiples El fenotipo es la resultante de dos tipos de interacciones: a) La interacción que ocurre entre los genes y el ambiente. b) La interacción entre genes. entre genes y ambiente. Un aspecto parcial de esta última interacción está dada por la penetrancia y la expresividad de los genes. Muchos genes se mantienen invariables en lo que respecta a su manifestación fenotípica, pero individuos con un mismo genotipo pueden presentar variación fenotípica para un determinado carácter. PENETRANCIA: es el porcentaje de individuos con un genotipo determinado que muestran o exhiben el fenotipo asociado a ese genotipo. El siguiente diagrama representa los fenómenos de penetrancia y expresividad en el carácter pigmentación. Todos los individuos de una línea tienen el mismo genotipo que les confiere el mismo potencial fenotípico para producir pigmento. Sin embargo, la acción del resto del genoma y del ambiente puede suprimir o modificar la producción individual de pigmento. Así, un gen con penetrancia completa o del 100% es aquel que presente en un genotipo y dependiendo de su tipo de acción siempre se expresa fenotípicamente. EXPRESIVIDAD: describe el grado de intensidad con que se expresa un genotipo determinado en un individuo. Penetrancia variable Expresividad variable Penetrancia y expresividad Tanto la falta de expresión como de penetrancia completa pueden deberse al resto del genomio como la presencia de genes modificadores, supresores, epistáticos, etc. y el ambiente. Un individuo puede presentar un genotipo y no manifestar el fenotipo correspondiente (penetrancia incompleta) y también, un mismo genotipo puede presentar intensidades fenotípicas distintas. entre genes Además de las interacciones intragénicas e intergénicas descriptas en la primera parte de esta guía encontramos las siguientes causales de variación: 31
EFECTO PLEIOTRÓPICO Ejemplos en las distintas especies La pleiotropía es la condición de los genes que tienen más de un efecto fenotípico. Ejemplo 19: el gen mirlo en perros, cuya presencia en algunas razas caninas origina animales de manto casi totalmente blanco, ojos azules de reducido tamaño (microftalmia) o ausentes (anoftalmia), hipoacusia variable y a veces esterilidad. Es decir, afecta al color del manto, ojos, oído y la fertilidad. GENES LETALES Los genes letales son genes cuya presencia en el genotipo de un individuo producen la muerte de éste antes de alcanzar la madurez sexual. Cuando en lugar de la muerte del individuo sólo producen la disminución del poder adaptativo, de sobrevivir o de reproducirse, se denomina a los genes involucrados genes deletéreos. Bovinos: Acondroplasia Ictiosis congénita Contractura muscular Equinos: Hemofilia Hidrocefalia Aniridia Porcinos Hernia cerebral Cerebelar o locura Caninos y Felinos Fisura palatina Otocefalia (Beagle) Hemofilia A y B Conejos Atricosis Clasificación de la letalidad génica según Hadon (1949): A. Grado de penetrancia - Letales: Cuando producen la muerte de todos los individuos que portan el factor letal. - Semiletales: Producen la muerte a más del 50% (y a menos del 90%) de los individuos que portan dicho gen. - Subvitales: Producen la muerte de 10% - 50% de los individuos que lo portan. - Cuasi-normales: Producen una mortandad menor del 10% de los individuos portadores del gen. B. Fase de actividad - Gaméticos: Producen la muerte de los gametos que lo porten (óvulos, espermatozoides). - Cigóticos: Cuando la muerte ocurre luego de la formación del cigoto, durante su desarrollo. 32
C. Influencias ambientales: - No condicionales: Cuando la penetrancia y expresividad no pueden ser influenciadas experimentalmente. - Condicionales: Cuando su acción puede ser modificada por condiciones ambientales. D. Localización: - Autosómicos: Ubicados en los autosomas. - Alosómicos: Ubicados en los cromosomas sexuales. E. Dominancia y expresividad: - Dominantes: efecto letal en homocigosis como en heterocigosis. - Recesivos: letal en homocigosis. - Dominantes con efecto letal recesivo: aquéllos letales en homocigosis, pero que se comportan como dominantes ya que el fenotipo de los heterocigotas es diferente al de los homocigotas recesivos normales. GENES SUPRESORES: Son los que eliminan la expresión fenotípica de un alelo concreto de otro gen. ALELOS MULTIPLES: Situación que ocurre cuando existen más de dos formas alternativas, o alelos, para un gen determinado. Aunque en una célula diploide solamente pueden existir dos alelos y sólo uno en una célula haploide; el número total de posibles formas alélicas en una gran cantidad de genes es, a menudo, bastante grande. El conjunto de alelos, en este caso, se denomina serie alélica y entre uno y otro de los miembros de la serie puede darse cualquier tipo de relación de dominancia. Ejemplo 20: GRUPO AB0 DEL HOMBRE. EL GEN C DEL CONEJO. GRUPO AB0 DEL HOMBRE. 33
Los alelos del grupo sanguíneo humano AB0 constituyen un caso de alelismo múltiple. Hay cuatro grupos sanguíneos (o fenotipos) en el sistema. La serie alélica incluye tres alelos principales: (i), (I A ) e (I B ) aunque, por supuesto, cada persona lleva sólo dos de los tres alelos (o dos copias de uno de ellos). En esta serie alélica, los alelos (I A ) e (I B ) determinan cada uno un antígeno concreto; el alelo i provoca la incapacidad para producir antígeno. (I A = I B ) i En los genotipos I A i e I B i, los alelos (I A ) e (I B ) son completamente dominantes sobre el alelo (i), pero son codominantes entre ellos. EL GEN C DEL CONEJO. Otro ejemplo de alelismo múltiple corresponde a una serie alélica más numerosa que determina el color de la piel de los conejos. Los alelos de esta serie son: C c h c h c coloración oscura homogénea o uniforme chinchilla, color gris claro Himalaya, albino con las extremidades oscuras albino Nótese el empleo de superíndices para indicar un alelo de un gen determinado; ello resulta necesario al requerirse más de dos letras para describir múltiples alelos. En esta serie, el orden de dominancia es el siguiente: C > c ch > c h > c. 34
PROBLEMAS RESUELTOS: No hay problemas resueltos, hay problemas más o menos resueltos 1) El color del pelaje en el ganado de raza Shorthorn presenta un ejemplo clásico de alelos codominantes. El color rojo está dado por el genotipo C R C R, el color roano (una mezcla de pelos rojos y blancos) por el genotipo C R C B y el color blanco por el genotipo C B C B. a) Cuando integrantes roanos de la raza Shorthorn se aparean entre sí, qué proporciones genotípicas y fenotípicas se esperan en la descendencia?, b) Si los individuos rojos de la raza Shorthorn se aparean con animales roanos y la generación F 1 se aparea entre sí para producir la generación F 2, qué porcentaje de la generación F 2 será probablemente roana? Solución: a) P ) C R C B X C R C B roano roano C R C B C R C R C R C R C B C B C R C B C B C B F 1 ) ¼ C R C R rojo : ½ C R C B roano : ¼ C B C B blanco Puesto que cada genotipo produce fenotipo único, la proporción 1 : 2 : 1 corresponde tanto a la proporción genotípica como a la fenotípica. b) P ) C R C R X C R C B rojo roano F 1 ) ½ C R C R rojo : ½ C R C B roano Para la producción de la generación F 2 hay tres tipos de apareamientos posibles y las frecuencias relativas de esos apareamientos pueden calcularse al elaborar una tabla de combinaciones. (Debe considerar que en la F 1 existen machos y hembras de los dos genotipos posibles). ½ C R C R ½ C R C B ½ C R C R ½ C R C R x ½ C R C R prob. aparean. = ¼ (1) ½ C R C B x ½ C R C R prob. apaream. = ¼ (2) ½ C R C B ½ C R C R x ½ C R C B prob. apaream. = ¼ (2) ½ C R C B x ½ C R C B prob. apaream. = ¼ (3) 35
(1) El apareamiento C R C R x C R C R (rojo x rojo) sólo produce descendencia roja (C R C R ); pero sólo una cuarta parte de los apareamientos son de este tipo. Por tanto, ¼ de toda la generación F 2 debe ser roja a partir de esos datos. (2) El apareamiento C R C B x C R C R ( hembra roana x macho rojo o macho roano x hembra roja) se espera que produzcan ½ rojo (C R C R ) y ½ roano (C R C B ). La mitad de todos los apareamientos, por lo tanto ( ½ ) ( ½ ) = ¼ de toda la generación F 2 puede ser roja y ¼ debe ser roana a partir de estos datos. (3) El apareamiento C R C B x C R C R (roano x roano) se espera que produzca una descendencia de ¼ roja (C R C R ), ½ roano (C R C B ) y ¼ blanco (C B C B ). Como este tipo de apareamiento constituye ¼ de todos los apareamientos, por tanto la fracción de toda la generación F 2 aportada por esta fuente es: ( ¼ )( ¼ ) = 1 16 C R C R ; ( ¼ )( ½ ) = 1 8 C R C B y ( ¼ )( ¼ ) = 1 16 C B C B. Las contribuciones a la F 2 esperadas a partir de estos tres tipos de apareamientos se resume en el siguiente cuadro: Tipo de combinación Frecuencia del apareamiento Descendencia F 2 rojo roano blanco (1) rojo x rojo ¼ ¼ 0 0 (2) rojo x roano ½ ¼ ¼ 0 (3) roano x roano ¼ 1 16 1 8 1 16 Totales 9 16 6 16 1 16 La fracción de progenie roana en la generación F 2 es de 6 16 o 3 8, o aproximadamente 38%. 2) Un alelo dominante (L) codifica para el pelo corto de los cobayos y su alelo recesivo (l) codifica para el pelo largo. Los alelos codominantes en un locus de distribución independiente especifican el color del pelo, de modo que C Y C Y = amarillo, C Y C W = crema y C W C W = blanco. A partir del apareamiento entre cobayos dihíbridos crema de pelo corto (Ll C Y C W ), prediga la proporción fenotípica esperada en la progenie. Solución: P) Ll C Y C W x Ll C Y C W F 1 ) ¼ C Y C Y = 3 16 L- C Y C Y corto, amarillo ¾ L- ½ C Y C W = L- C Y C W corto, crema ¼ C W C W = 3 16 L- C W C W corto, blanco 3 8 ¼ C Y C Y = 1 16 l l C Y C Y largo, amarillo ¼ l l ½ C Y C W = l l C Y C W largo, crema ¼ C W C W = 1 16 l l C W C W largo, blanco 1 8 Aparecen 6 fenotipos en la descendencia con una proporción de 3:6:3:1:2:1. 36
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