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8.1: Experimentos de Mendel

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    Johann Gregor Mendel (1822—1884) (Figura\(\PageIndex{1}\)) fue un aprendiz permanente, maestro, científico y hombre de fe. De adulto joven, se unió a la abadía agustiniana de Santo Tomás en Brno en lo que hoy es la República Checa. Apoyado por el monasterio, impartió cursos de física, botánica y ciencias naturales en los niveles secundario y universitario. En 1856, inició una investigación de una década que involucra patrones de herencia en abejas y plantas, y finalmente se asienta en las plantas de guisante como su sistema modelo primario (un sistema con características convenientes que se utiliza para estudiar un fenómeno biológico específico para obtener comprensión para ser aplicado a otros sistemas). En 1865, Mendel presentó los resultados de sus experimentos con casi 30 mil plantas de guisantes a la sociedad local de historia natural. Demostró que los rasgos se transmiten fielmente de padres a hijos en patrones específicos. En 1866, publicó su obra, Experimentos en hibridación de plantas, 1 en las actas de la Sociedad de Historia Natural de Brünn.

    La imagen es un boceto de Johann Gregor Mendel.
    Figura\(\PageIndex{1}\): Johann Gregor Mendel estableció el marco para el estudio de la genética.

    El trabajo de Mendel pasó prácticamente desapercibido para la comunidad científica, que incorrectamente creía que el proceso de herencia implicaba una mezcla de rasgos parentales que producían una apariencia física intermedia en la descendencia. Este proceso hipotético parecía ser correcto por lo que ahora conocemos como variación continua. La variación continua es el rango de pequeñas diferencias que vemos entre individuos en una característica como la altura humana. Parece que la descendencia es una “mezcla” de los rasgos de sus padres cuando observamos características que exhiben variación continua. Mendel trabajó en cambio con rasgos que muestran variación discontinua. La variación discontinua es la variación observada entre individuos cuando cada individuo muestra uno de dos, o muy pocos, rasgos fácilmente distinguibles, como flores violetas o blancas. La elección de Mendel de este tipo de rasgos le permitió ver experimentalmente que los rasgos no se mezclaban en la descendencia como se hubiera esperado en su momento, sino que se heredaban como rasgos distintos. En 1868, Mendel se convirtió en abad del monasterio e intercambió sus actividades científicas por sus deberes pastorales. No fue reconocido por sus extraordinarias contribuciones científicas durante su vida; de hecho, no fue hasta 1900 que su obra fue redescubierta, reproducida y revitalizada por científicos a punto de descubrir las bases cromosómicas de la herencia.

    Cruces de Mendel

    El trabajo seminal de Mendel se realizó utilizando el guisante de jardín, Pisum sativum, para estudiar la herencia. Esta especie se autofertiliza naturalmente, lo que significa que el polen encuentra óvulos dentro de la misma flor. Los pétalos de las flores permanecen sellados herméticamente hasta que se completa la polinización para evitar la polinización de otras plantas. El resultado son plantas de guisante altamente endogámicas o de “reproducción verdadera”. Se trata de plantas que siempre producen descendencia que se parece al progenitor. Al experimentar con plantas de guisante de reproducción real, Mendel evitó la aparición de rasgos inesperados en la descendencia que podrían ocurrir si las plantas no fueran verdaderas reproductoras. El guisante de jardín también crece hasta la madurez dentro de una temporada, lo que significa que varias generaciones podrían evaluarse en un tiempo relativamente corto. Por último, se pudieron cultivar simultáneamente grandes cantidades de guisantes de jardín, lo que permitió a Mendel concluir que sus resultados no llegaron simplemente por casualidad.

    Mendel realizó hibridaciones, las cuales implican el apareamiento de dos individuos de reproducción real que tienen rasgos diferentes. En el guisante, que es naturalmente autopolinizador, esto se hace transfiriendo manualmente el polen de la antera de una planta de guisante madura de una variedad al estigma de una planta de guisante madura separada de la segunda variedad.

    Las plantas utilizadas en los cruces de primera generación se denominaron plantas P, o de generación parental (Figura\(\PageIndex{2}\)). Mendel recolectó las semillas producidas por las plantas P que resultaron de cada cruce y las cultivó la siguiente temporada. A estas crías se les llamó la generación F 1, o la primera filial (filial = hija o hijo). Una vez que Mendel examinó las características en la generación F 1 de plantas, permitió que se autofertilizaran de forma natural. Luego recolectó y cultivó las semillas de las plantas F 1 para producir la generación F 2, o segunda filial. Los experimentos de Mendel se extendieron más allá de la generación F 2 a la generación F 3, la generación F 4, etc., pero fue la relación de características en las generaciones P, F 1 y F 2 las que fueron las más intrigantes y se convirtieron en la base de la postulados.

    El diagrama muestra un cruce entre plantas de guisante que son verdaderas de reproducción para el color de la flor púrpura y plantas que son verdaderas de reproducción para el color de la flor blanca. Esta fertilización cruzada de la generación P resultó en una generación F_ {1} con todas las flores violetas. La autofertilización de la generación F_ {1} resultó en una generación F_ {2} que consistió en 705 plantas con flores violetas y 224 plantas con flores blancas.
    Figura\(\PageIndex{2}\): El proceso de Mendel para realizar cruces incluyó examinar el color de la flor.

    Características del guisante de jardín revelaron los fundamentos de la herencia

    En su publicación de 1865, Mendel reportó los resultados de sus cruces que involucran siete características diferentes, cada una con dos rasgos contrastantes. Un rasgo se define como una variación en la apariencia física de una característica heredable. Las características incluyeron altura de planta, textura de semilla, color de semilla, color de flor, tamaño de vaina de guisante, color de vaina de guisante y posición de la flor. Para la característica del color de la flor, por ejemplo, los dos rasgos contrastantes fueron blanco versus violeta. Para examinar completamente cada característica, Mendel generó grandes cantidades de plantas F 1 y F 2 y reportó resultados de miles de plantas F 2.

    ¿Qué resultados encontró Mendel en sus cruces para el color de la flor? Primero, Mendel confirmó que estaba usando plantas que se criaban verdaderas para el color de la flor blanca o violeta. Independientemente del número de generaciones que Mendel examinó, todas las crías autocruzadas de padres con flores blancas tenían flores blancas, y todas las crías autocruzadas de padres con flores violetas tenían flores violetas. Además, Mendel confirmó que, aparte del color de la flor, las plantas de guisante eran físicamente idénticas. Esta fue una comprobación importante para asegurarse de que las dos variedades de plantas de guisante solo difieran con respecto a un rasgo, el color de la flor.

    Una vez completadas estas validaciones, Mendel aplicó el polen de una planta con flores violetas al estigma de una planta con flores blancas. Después de recolectar y sembrar las semillas que resultaron de este cruce, Mendel encontró que el 100 por ciento de la generación híbrida F 1 tenía flores violetas. La sabiduría convencional en ese momento habría predicho que las flores híbridas serían violetas pálidas o que las plantas híbridas tuvieran igual número de flores blancas y violetas. En otras palabras, se esperaba que los rasgos parentales contrastantes se mezclaran en la descendencia. En cambio, los resultados de Mendel demostraron que el rasgo de flor blanca había desaparecido por completo en la generación F 1.

    Es importante destacar que Mendel no detuvo allí su experimentación. Permitió que las plantas F 1 se autofertilizaran y encontró que 705 plantas de la generación F 2 tenían flores violetas y 224 flores blancas. Esta fue una relación de 3.15 flores violetas a una flor blanca, o aproximadamente 3:1. Cuando Mendel transfirió polen de una planta con flores violetas al estigma de una planta con flores blancas y viceversa, obtuvo aproximadamente la misma proporción independientemente de qué progenitor, macho o hembra, aportó qué rasgo. Esto se llama cruz recíproca, una cruz pareada en la que los rasgos respectivos del macho y la hembra en una cruz se convierten en los rasgos respectivos de la hembra y del macho en la otra cruz. Para las otras seis características que Mendel examinó, las generaciones F 1 y F 2 se comportaron de la misma manera que se comportaron para el color de la flor. Uno de los dos rasgos desaparecería completamente de la generación F 1, solo para reaparecer en la generación F 2 en una proporción de aproximadamente 3:1 (Figura\(\PageIndex{3}\)).

    Se ilustran siete características de las plantas de guisante de Mendel. Las flores pueden ser moradas o blancas. Los guisantes pueden ser amarillos o verdes, o lisos o arrugados. Las vainas de guisantes pueden ser infladas o constreñidas, o amarillas o verdes. La posición de la flor puede ser axial o terminal. La longitud del tallo puede ser alta o enana.
    Figura\(\PageIndex{3}\): Mendel identificó siete características de plantas de guisante.

    Al compilar sus resultados para miles de plantas, Mendel concluyó que las características podrían dividirse en rasgos expresados y latentes. Llamó a estos rasgos dominantes y recesivos, respectivamente. Los rasgos dominantes son aquellos que se heredan sin cambios en una hibridación. Los rasgos recesivos se vuelven latentes, o desaparecen en la descendencia de una hibridación. El rasgo recesivo, sin embargo, reaparece en la progenie de la descendencia híbrida. Un ejemplo de un rasgo dominante es el rasgo floral de color violeta. Por esta misma característica (color de la flor), las flores de color blanco son un rasgo recesivo. El hecho de que el rasgo recesivo reapareciera en la generación F 2 significó que los rasgos permanecieron separados (y no se mezclaron) en las plantas de la generación F 1. Mendel propuso que esto se debía a que las plantas poseían dos copias del rasgo por la característica flor-color, y que cada progenitor transmitió una de sus dos copias a su descendencia, donde se juntaron. Además, la observación física de un rasgo dominante podría significar que la composición genética del organismo incluyera dos versiones dominantes de la característica, o que incluyera una versión dominante y otra recesiva. Por el contrario, la observación de un rasgo recesivo significó que el organismo carecía de cualquier versión dominante de esta característica.

    Resumen de la Sección

    Trabajando con plantas de guisantes de jardín, Mendel encontró que los cruces entre padres que diferían para un rasgo produjeron descendencia F 1 que expresaba los rasgos de uno de los padres. Los rasgos que fueron visibles en la generación F 1 se denominan dominantes, y los rasgos que desaparecen en la generación F 1 se describen como recesivos. Cuando las plantas F 1 en el experimento de Mendel se autocruzaron, las crías F 2 exhibieron el rasgo dominante o el rasgo recesivo en una proporción 3:1, confirmando que el rasgo recesivo se había transmitido fielmente desde el progenitor P original. Los cruces recíprocos generaron proporciones idénticas de descendencia F 1 y F 2. Al examinar los tamaños de las muestras, Mendel mostró que los rasgos se heredaron como eventos independientes.

    Notas al pie

    1. 1 Johann Gregor Mendel, “Versuche über Pflanzenhybriden”. Verhandlungen des naturforschenden Vereines en Brünn, Bd. IV für das Jahr, 1865 Abhandlungen (1866) :3—47. [para traducción al inglés, consulte www.MendelWeb.org/Mendel.Plain.html]

    Glosario

    variación continua
    una variación en una característica en la que los individuos muestran un rango de rasgos con pequeñas diferencias entre ellos
    variación discontinua
    una variación en una característica en la que los individuos muestran dos, o algunos, rasgos con grandes diferencias entre ellos
    dominante
    describe un rasgo que enmascara la expresión de otro rasgo cuando ambas versiones del gen están presentes en un individuo
    F 1
    la primera generación filial en una cruz; la descendencia de la generación parental
    F 2
    la segunda generación filial producida cuando los individuos F 1 son autocruzados o fertilizados entre sí
    hibridación
    el proceso de apareamiento de dos individuos que difieren, con el objetivo de lograr una cierta característica en su descendencia
    sistema modelo
    una especie o sistema biológico utilizado para estudiar un fenómeno biológico específico para obtener comprensión que se aplicará a otras especies
    P
    la generación parental en una cruz
    recesivo
    describe un rasgo cuya expresión está enmascarada por otro rasgo cuando los alelos para ambos rasgos están presentes en un individuo
    cruz recíproca
    una cruz pareada en la que los rasgos respectivos del macho y la hembra en una cruz se convierten en los rasgos respectivos de la hembra y del macho en la otra cruz
    rasgo
    una variación en una característica heredada

    Colaboradores y Atribuciones


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