Genetica mendeliana

La Genética y las teorías sobre la herencia
El término Genética fue acuñado en 1905 por el biólogo inglés William Bateson (1861-1926) para designar la ciencia que se ocupa del estudio de la herencia biológica, es decir la transmisión de caracteres de generación en generación, así como las variaciones en dichos caracteres y los mecanismos por los que opera.

Las teorías más destacables sobre los mecanismos de la herencia biológica son:

Teoría de la pangénesis. Charles Darwin propone que todas las células emiten unas gémulas que viajan por la sangre a las gónadas congregándose allí y contribuyendo cada una de ellas a la constitución del descendiente.

Teoría de la continuidad del plasma germinal. Friedrich Weismann postulaba la existencia de unas partículas discretas, los determinantes, localizadas en los cromosomas del cigoto, de manera que cada determinante contribuiría a la formación de una parte del cuerpo. Durante el desarrollo embrionario, los determinantes de cada célula que entrara en mitosis se repartirían entre sus células hijas. Al final, cada célula se quedaría solo con los determinantes necesarios para su diferenciación; por ejemplo, las células
intestinales recibirían exclusivamente los determinantes del intestino.
Weisman, además, acuñó los términos somático, para referirse a las células que se diferencian y originan los tejidos corporales; y germinal, para aquellas otras que se mantienen indiferenciadas, con su núcleo, al que llamó plasma germinal, portador inalterado de todos los determinantes, y cuya función sería la formación de los gametos. Según esta teoría, el cuerpo pluricelular o soma es perecedero, y solo la línea germinal se transmite de generación en generación; de ahí la expresión «continuidad del plasma germinal».

Teoría de la pangénesis intracelular. Fue elaborada por el botánico holandés Hugo Marie de Vries y es una modificación de la hipótesis de la pangénesis de Darwin.
Las gémulas, a las que llamó pangenes en homenaje a Darwin, se situarían en los cromosomas constituyendo un juego de instrucciones que determinarían cada rasgo concreto (el color de la flor, por ejemplo), no una colección de determinantes de cada parte del cuerpo.
Aventuró, además, que el núcleo de cada célula contendría todos los pangenes, aunque solo algunos se expresarían. Para que los pangenes «activos» hicieran su efecto, la información que portaban debía migrar del núcleo al citoplasma, donde induciría los procesos de diferenciación celular, pero sin que los pangenes abandonaran las células. Por esta razón llamó a su teoría, que formuló en 1889, pangénesis intracelular.

Mendelismo. Es la teoría sobre la herencia biológica del monje austriaco Gregor Johann Mendel, publicada en 1866 en su libro "Experimentos de hibridación en plantas". Para sus experimentos de hibridación, Mendel utilizó la leguminosa Pisum sativum (guisante). En su teoría establece que los caracteres que los padres transmiten a su descendencia son transportados por unidades discretas de información, denominadas factores hereditarios, producidos y transmitidos independientemente unos de otros y que se unen por parejas en la descendencia.
Los principales defensores e impulsores del mendelismo fueron el biólogo inglés William Bateson y el botánico danés Wilhelm Ludvig Johannsen. A este último se deben los términos gen (derivado del pangén de De Vries), que sustituyó al de factor hereditario usado por Mendel, genotipo (conjunto de genes del organismo) y fenotipo (expresión externa del genotipo)
Teoría cromosómica de la herencia
En 1902, el alemán Theodor Heinrich Boveri basándose en sus estudios realizados con huevos de erizo de mar, enunció el principio de individualidad de los cromosomas, según el cual cada cromosoma desempeña un papel cualitativamente diferente en el desarrollo del organismo. El estadounidense Walter Stanborough Sutton corroboró dicho principio al descubrir la existencia de cromosomas de distinta morfología.
En 1905, el botánico John Bretrand Farmer y el zoólogo John Edmond Shore Moore descubrieron y describieron la meiosis como un mecanismo de división celular reduccional formador de gametos con un juego haploide de cromosomas. La fusión de los gametos en la fecundación reúne las parejas de cromosomas homólogos, dando lugar a un cigoto diploide (2n).
Sutton, usando las leyes de Mendel, reinterpretó el significado de la meiosis y la fecundación y relacionó las observaciones citológicas sobre el comportamiento cromosómico con los factore hereditarios propuestos por Mendel. Como resultado de sus investigaciones formuló la siguiente hipótesis, conocida como hipótesis de Sutton-Boveri:

Los genes se sitúan en los cromosomas de modo tal que cada uno posee un conjunto particular de genes que lo definen como único e individual.

La hipótesis de Sutton-Boveri supuso el nacimiento de la teoría cromosómica de la herencia, que se basa en tres enunciados principales:

• Los genes están situados en los cromosomas
  El zoólogo estadounidense Thomas Hunt Morgan fue el primer científico que demostró la relación existente entre un gen y un cromosoma. En sus trabajos utilizó la mosca del vinagre (o de la fruta), Drosophila melanogaster. A los genes ubicados en el mismo cromosoma los deno minó genes ligados, y consideró que, por el hecho de estar unidos físicamente sobre el mismo cromosoma, debían transmitirse en bloque a la descendencia.
  Sin embargo, Morgan también observó que en algunos gametos los genes paternos y los maternos aparecían mezclados en el mismo cromosoma. Aunque no pudo explicar las razones de este hecho, fue el primero en describir, desde una perspectiva teórica, la recombinación genética.
• La ordenación de los genes en los cromosomas es lineal
  Este hecho fue demostrado por el genetista americano Alfred Henry Sturtevant en 1913. Al mapear los cromosomas de Drosophila, observó que las distancias entre dos genes era la suma de distancias entre cada uno de ellos con otro intermedio, lo que demostraba que los genes estaban situados uno detrás de otro a lo largo del cromosoma.
• El fenómeno citológico del sobrecruzamiento e intercambio de segmentos cromosómicos es la causa del fenómeno genético de la recombinación
  Este hecho fue demostrado en 1931 por los genetistas norteamericanos Harriet Baldwin Creighton y Bárbara McClintock a partir de sus trabajos con el maíz.

La teoría cromosómica de la herencia define a los genes como fragmentos de cromosomas ubicados de forma lineal y en posiciones fijas (llamadas loci, plural de locus), capaces de duplicarse, recombinarse y transmitirse de generación en generación. El genetista estadounidense Hermann Joseph Muller, alumno de Morgan, comprobó en 1919 que en descendientes de moscas expuestas a rayos X se producían frecuentemente alteraciones fenotípicas observables y heredables. Tales cambios, a los que denominó mutaciones, debían tener su origen en alteraciones en los genes, lo que llevó a considerar el gen como la unidad de mutación; es decir, cada gen puede experimentar cambios capaces de alterar su expresión fenotípica. Así se descubrió uno de los aspectos más importantes de la teoría cromosómica de la herencia: la capacidad de los genes para experimentar mutación.
El mecanismo por el cual los genes producían los fenotipos observados, o la cuestión de cómo las mutaciones, consistentes en un cambio en un gen, podían traducirse en alteraciones fenotípicas a escala macroscópica, no pudieron ser explicados por Morgan ni por sus colaboradores.

La

hipótesis un gen, una enzima fue postulada en 1941 por los genetistas estadounidenses Wells Beadle y Edward Lawrie Tatum. Ambos realizaron una serie de experimentos con el moho rojo del pan Neurospora crassa, gracias a los cuales pudieron demostrar la relación entre genes y proteínas: cada gen controla la síntesis de una enzima específica, y una mutación supone una modificación del gen, lo que origina una enzima defectuosa.

El biólogo estadounidense Seymour Benzer observó, en 1955, que una misma enzima podía ser afectada por mutaciones ocurridas en distintos segmentos cromosómicos, incluso en cromosomas diferentes. La razón es que una enzima o, en general, una proteína, puede constar de varias cadenas polipeptídicas, y la síntesis de cada una de ellas está controlada por diferentes genes. De esta forma,

la hipótesis de Beadle y Tatum fue reemplazada por la de un gen, un polipéptido.
Conceptos básicos en Genética
Los genes son las unidades que determinan los distintos caracteres génicos o hereditarios. Cada gen ocupa una posición fija en su cromosoma conocida con el nombre de locus (plural loci).

Los

alelos o alelomorfos son cada una de las variantes de un gen surgidas por mutación. Todos los alelos de un gen controlan un mismo carácter y, por tanto, se localizan en el mismo locus cromosómico.

Los

caracteres o rasgos genéticos son aquellas características que resultan de la expresión de los genes.
Se pueden distinguir dos tipos de caracteres genéticos:
·Los caracteres cualitativos se caracterizan porque:
olos individuos se pueden encuadrar inequívocamente en una categoría discreta, entre varias, sin que exista una gama de valores continua.
oser caracteres monogénicos, es decir, están regulados por un único gen, para el que pueden existir diferentes alternativas génicas
oson muy poco sensibles a las variaciones ambientales.
·Los caracteres cuantitativos se caracterizan porque:
ose manifiestan a través de fenotipos cuya clasificación en uno u otro grupo resulta bastante ambigua, puesto que se trata de caracteres que se pueden medir; como por ejemplo el peso, la talla.... La frontera entre un fenotipo y el siguiente está mal definida, ya que las variaciones fenotípicas se producen de forma gradual y continua.
oser caracteres poligénicos, es decir están controlados por varios genes simultáneamente, para cada uno de los cuales existen dos alternativas alélicas. El efecto individual de cada poligén es pequeño y equivalente; sin embargo, la expresión fenotípica final para el carácter considerado es la suma de todos los efectos individuales más la desviación producida por el ambiente. Esta interacción aditiva se llama polimería.
oser muy sensibles a las variaciones ambientales

El acierto de Mendel fue haber elegido para sus estudios caracteres cualitativos

El genotipo es el conjunto de genes de un organismo.

El fenotipo es la totalidad de rasgos observables del organismo y depende del genotipo y del ambiente (FENOTIPO=GENOTIPO+AMBIENTE).

Individuo homocigótico (raza pura) para un carácter es aquel que tiene los dos alelos para ese carácter iguales, es decir, AA (homocigótico dominante) o aa (homocigótico recesivo).

Individuo heterocigótico (híbrido) para un carácter es aquel que tiene los dos alelos diferentes, es decir, Aa o aA (heterocigótico).

Cuando los genotipos AA y Aa producen el mismo fenotipo se habla de herencia dominante; el alelo A es dominante y el a recesivo, lo que se expresa como A > a o a < A. Cuando el heterocigoto Aa presenta un fenotipo intermedio o suma de los fenotipos de ambos homocigotos (AA; aa) se habla de herencia intermedia o codominancia, y entonces los alelos A y a son codominantes, lo que se designa como A = a.

Generación parental (P) es la primera generación en la que todos sus miembros son «líneas puras», ya que se reproducen por autofecundación durante bastante tiempo.

Primera generación filial (F1) son los individuos obtenidos por cruzamiento de los individuos de la generación P, los híbridos de la F1 presentan siempre uno de los dos caracteres contrapuestos, al que Mendel calificó de dominante; el otro, designado como recesivo, aparentemente se desvanece.

Segunda generación filial (F2) son los individuos obtenidos por autofecundación de los individuos de la F1. En los híbridos de la F2 reaparece el carácter recesivo, por lo que este no había desaparecido, sino que permanecía oculto o latente en los híbridos de la F1.

Leyes de Mendel:
1ª ley: Todos los hibridos obtenidos del cruce entre 2 homocigotos o lineas puras son inguales entre si. Las plantas de la generacion parental son homocigotos para el carácter color de la semilla: AA (amarillas) y aa (verdes). Cada una de esas plantas forma gametos haploides con el mismo alelo (A y a, respectivamente). En consecuencia, la, F1 es siempre uniforme, con identico genotipo (Aa) y fenotipo (semillas amarillas).
2ª ley: La segunda generacion filial, nacida por autofecundacion de los hibridos de la F1, no es de fenotipo uniforme y en ella reaparecen caracteres de los parentales, que habiam quedado enmascarados en la F1, en proporcion 3:1. cuando se originan los gametos de los hibridos de la F1, durante la meiosis se segregan (separan) los alelos que forman pareja (al separarse las parejas de cromosomas homologos), de modo que cada gameto puede contener un alelo u otro con la misma probabilidad. Como la fusion de gametos es aleatoria, al cruzar dos heterocigotos Aa, entre la descendencia se obtendran un 50% de individuos heterocigotos (Aa), un 25% de homocigotos dominantes (AA) y un 25% de homocigotos recesivos (aa). Esto explica la segregación fenotipica 3:1.
3ª ley: En la transmisión de dos o mas caracteres simples, cada par de alelos responsable del control de un carácter se segrega y transmite a la descendencia con independencia de los otros pares de alelos. Las plantas de la generacion parental son homocigotas (AABB, aabb), por lo que forman gametos con una unica combinación de alelos: AB y ab, respectivamente. En consecuencia, la F1, esta formada por plantas dihibridas o diheterocigotas (heterocigotos para 2 genes distintos) de identico genotipo (AaBb) y fenotipo (semillas amarillas y lisas). Cuando los dihibridos de la F1 forman sus gametos, durante la meisosis los miembros de una pareja de cromosomas homologos se separan de forma independiente a como lo hacen los miembros de las restantes parejas. De este modo, cada gameto recibira cromosomas heredados del padre y otros heredados de la madre (esto es, contendra combinaciones cromosomitas y por tanto alélicas inexistentes en los gametos que se unieron originalmente). Por tanto, un individuo dihibrido forma gametos de 4 tipos con la misma frecuencia: 2 como los producidos por sus padres (gametos parentales: AB y ab) y dos gametos nuevos recombinados (Ab y aB). Al cruzar 2 diheterocigotos, cada tipo de gameto masculino se puede unir durante la fecundación a cada uno de los cuatro tipos de gametos femeninos, lo que da lugar a 16 combinaciones genotipicas posibles, todas ellas igualmente probables. La proporcion resultante entre los cuatro fenotipos es de 9:3:3:1.
En el caso de la herencia dominante, al fenotipo dominante pueden corresponder dos posibles genotipos: AA o Aa.

Para determinar cuál de estos genotipos presenta un individuo con fenotipo dominante se emplea el cruzamiento de prueba, que consiste en estudiar la descendencia obtenida al cruzarlo con otro individuo de fenotipo recesivo y, por tanto, de genotipo conocido: aa.

Es muy habitual que en el cruzamiento de prueba se use directamente el progenitor homocigoto recesivo; este tipo de cruces con los progenitores se conocen con el nombre de retrocruzamiento.

En un cruzamiento de prueba la descendencia puede ser:

• El 100 % de fenotipo dominante, lo que significa que el parental con fenotipo dominante es homocigoto AA.
• El 50 % de fenotipo dominante y el 50 % de fenotipo recesivo, lo cual significa que el parental de fenotipo dominante es heterocigoto Aa.

Mendelismo complejo
Las proporciones mendelianas clásicas en muchas ocasiones no se pueden obtener y eso se debe a:Interacción génica alélica

La interacción génica entre alelos de un mismo gen se pone de manifiesto en los individuos heterocigotos (Aa) y puede ser de tres tipos:
>

Dominancia completa, o simplemente dominancia. Es el caso descrito por Mendel en el que un alelo domina o enmascara completamente al otro. Dominancia intermedia o incompleta. Los dos alelos, A y a, tienen la misma intensidad, de forma que cuando aparecen juntos el resultado fenotípico es una mezcla de ambos. Esto es lo que ocurre, por ejemplo, en la planta dondiego de noche, cuyas flores pueden ser blancas (aa), rojas (AA) o rosas (Aa), mezcla de rojo y blanco. Codominancia. El alelo A y el a tienen la misma intensidad, de forma que cuando aparecen juntos el resultado fenotípico es la suma de ambos. Un ejemplo es el color de pelo en equinos y bovinos: existen animales de pelaje colorado, blanco y rosillo. Este último color es el resultado de la expresión conjunta de los alelos para el color blanco y colorado, ya que en los rosillos coexisten pelos blancos y pelos colorados.La epistasia La epistasia es un tipo de interacción génica no alélica que se produce en ciertos caracteres controlados por una pareja de genes no alelos, de forma que la expresión de uno de los genes suprime o enmascara el fenotipo correspondiente al otro gen, con lo que se modifica la relación 9:3:3:1.
El gen que ejerce el efecto supresor se denomina gen epistático y el que queda enmascarado se denomina gen hipostático.
La epistasia es muy frecuente en genes de vías metabólicas, que ocurren secuencialmente, de forma que el bloqueo de la ruta en un punto bloquea automáticamente las restantes reacciones que se encuentran situadas a continuación del punto de bloqueo. Genes letales Genes letales son aquellos que, por alguno de sus alelos, originan la muerte del organismo.
Por mutación pueden surgir alelos letales de dos tipos diferentes:
·Genes letales dominantes. Su aparición ocasiona la muerte del organismo en el período prenatal o postnatal temprano, sin que el individuo llegue a alcanzar la madurez sexual. Los alelos letales dominantes son eliminados, por tanto, en la misma generación en la que aparecen, ya que el individuo que los porta no llega a reproducirse y no deja descendencia.
·Genes letales recesivos. Solo manifiestan su efecto letal en homocigosis, de forma que los individuos heterocigotos son portadores del alelo letal, pero no mueren a causa del alelo que llevan en su genotipo. En un cruzamiento entre estos heterocigotos la cuarta parte de los descendientes morirá, con lo que se obtendrá una segregación 2:1.
Los genes letales suelen ser pleiotrópicos, es decir, poseen más de un efecto fenotípico. Un ejemplo de gen pleiotrópico es el que controla el color del pelaje en ratones, que posee dos alelos: el alelo A, que produce el color agouti normal, y el alelo A^y, que produce el color amarillo, además de obesidad y diabetes. Los ratones con genotipo AA poseen pelaje agouti, los AA^y presentan pelaje amarillo, obesidad y diabetes, y los A^yA^y mueren durante la etapa embrionaria. Por tanto, el alelo A^y es un alelo letal recesivo que produce la muerte en homocigosis, pero que además se comporta de forma dominante sobre el alelo normal A en el control del color del pelo.
Alelismo múltiple
El alelismo múltiple se produce cuando para un mismo gen existen más de dos alternativasalélicas. Al conjunto de alelos de un mismo gen se le denomina serie alélica.
Los alelos múltiples de una serie alélica se localizan en el mismo locus y controlan un mismo carácter; pueden presentar entre ellos relaciones de dominancia, dominancia intermedia o codominancia; asimismo obedecen a las mismas reglas de transmisión establecidas por Mendel.
Un ejemplo de serie alélica es la del gen que determina el color del pelaje en los conejos, para el que existen cuatro alelos diferentes:
C, color agouti (oscuro); c^ch, color chinchilla (gris claro); c^h, color himalaya (blanco con orejas, hocico y patas negras); c^a, color albino (blanco). Entre estos alelos existe la siguiente relación de dominancia: C > c^ch > c^h > c^a.

Genes ligados
Dos genes 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.

Para que se cumpla la tercera ley de Mendel es necesario que al formarse los gametos de los dihíbridos se den dos condiciones:
·Que se obtengan todas las posibles combinaciones entre los miembros de las dos parejas de alelos.
·Que todas las combinaciones se formen con la misma probabilidad.
Esto solo es posible si los loci de los caracteres en estudio se sitúan en cromosomas diferentes.
Cuando los loci están situados en el mismo cromosoma, la posibilidad de formar en los gametos combinaciones alélicas diferentes a las que existen en los padres está determinada por la probabilidad de recombinación genética entre las cromátidas homólogas durante la profase I. Estas nuevas combinaciones son los gametos recombinantes y, lógicamente, aparecen en un porcentaje inferior al de los gametos parentales. Cuando los loci se encuentran tan juntos que es imposible que se produzca sobrecruzamiento entre ellos se habla de ligamento total o absoluto.
A la probabilidad con la que ocurre sobrecruzamiento entre los dos genes ligados se la denomina fracción de recombinación, p (se calcula como el cociente entre el número de fenotipos recombinantes que aparecen y el total de descendientes).
·Si p = 0 no hay sobrecruzamiento, hay ligamiento absoluto y, por tanto, solo se obtienen los gametos parentales, cada uno de ellos con una frecuencia 1/2.
·Si p = 0,5 siempre hay sobrecruzamiento, por tanto los gametos parentales y los recombinantes se obtienen con la misma frecuencia de 1/4 cada uno; en este caso los loci se encuentran tan alejados que se comportan como si fueran independientes.