6.1: Teoría de un gen - una enzima

Neurospora crassa

Neurospora crassa es un ascomiceto, el molde de pan rojo. Como todos los hongos, se reproduce por esporas. Produce dos tipos de esporas:

• Los conidios son esporas producidas por reproducción asexual. La mitosis de los núcleos haploides del hongo activo en crecimiento genera los conidios.
• Las ascosporas, en cambio, se forman siguiendo la reproducción sexual. Si se permite que dos tipos de apareamiento diferentes (“sexos”) crezcan juntos, se fusionarán para formar un cigoto diploide. La meiosis de este cigoto da lugar entonces a las ascosporas haploides.

Neurospora es particularmente adecuada para estudios genéticos porque

• Se puede cultivar rápidamente en medio de cultivo simple.
• Pasa la mayor parte de su ciclo de vida en la condición haploide por lo que cualquier mutación recesiva se manifestará en su fenotipo.
• Cuando el cigoto diploide sufre meiosis, los núcleos producidos por
  • Meiosis I, seguida de
  • Meiosis II, seguida de
  • una división mitótica
  están confinados a un tubo estrecho, el ascus.
• Porque los núcleos no pueden deslizarse unos tras otros, si
  • el núcleo cigoto es heterocigoto para un gen (mostrado aquí como a y A) y
  • no se produce cruce cerca de ese locus durante la meiosis I,
  el ascus finalmente tendrá cuatro esporas en un extremo que contienen un alelo y cuatro esporas en el otro extremo que contienen el otro alelo.

El gen único - teoría de una enzima

La sacarosa, algunas sales y una vitamina —la biotina— proporcionan los nutrientes que Neurospora necesita para sintetizar todas las macromoléculas de sus células.

Figura 6.1.1 Experimento Beadle - Tatum en Neurospora

Los genetistas George W. Beadle y E. L. Tatum expusieron algunos de los conidios de un tipo de apareamiento de Neurospora a rayos ultravioleta para inducir mutaciones.

• Después, las esporas irradiadas individuales se dejaron germinar en un medio “completo”; es decir, uno enriquecido con diversas vitaminas y aminoácidos.
• Una vez que cada uno había desarrollado un micelio, se permitió aparearse con el otro tipo de apareamiento.
• Las ascosporas producidas se diseccionaron individualmente y cada una se colocó en medio completo.
• Después de haber ocurrido el crecimiento, porciones de cada cultivo se subcultivaron en medio mínimo.
• A veces el crecimiento continuaba; a veces no lo hacía.
• Cuando no lo hizo (“1ª” en la figura), a la cepa particular se le suministró entonces una mezcla de vitaminas, aminoácidos, etc. hasta que se produjo el crecimiento (“2da”).
• Finalmente, se encontró que cada cepa mutada había adquirido la necesidad de un nutriente; en el ejemplo ilustrado aquí, la vitamina tiamina (“3rd”).

Beadle y Tatum razonaron que la radiación había provocado un gen que permite la síntesis de tiamina a partir de los ingredientes simples en medio mínimo para mutar a un alelo que no lo hace. La síntesis de tiamina a partir de sacarosa requiere de una serie de reacciones químicas, cada una catalizada por una enzima específica.

Al agregar, uno a la vez, los diferentes precursores de tiamina al medio en el que se colocó su moho mutante, pudieron estrechar el defecto a la ausencia de una sola enzima.

• Si agregaban al medio mínimo algún precursor más adelante en el proceso, se producía el crecimiento.
• Cualquier precursor antes del paso bloqueado no pudo soportar el crecimiento.

Así, en este ejemplo, la conversión del precursor C en precursor D se bloqueó debido a la ausencia de la enzima necesaria (c).

Esto los llevó a postular la teoría de un gen - una enzima: cada gen en un organismo controla la producción de una enzima específica. Son estas enzimas las que catalizan las reacciones que conducen al fenotipo del organismo.

Hoy en día, sabemos que, de hecho, no sólo las enzimas, sino todas las demás proteínas a partir de las cuales se construye el organismo están codificadas por genes.

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