2.3: Pleiotropía y alelos letales

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Introducción

A partir de los experimentos de Mendel, podrías imaginar que todos los genes controlan una sola característica y afectan algún aspecto inofensivo de la apariencia de un organismo (como el color, la altura o la forma). Esas predicciones son ciertas para algunos genes, ¡pero definitivamente no todos! Por ejemplo:

Un trastorno genético humano llamado síndrome de Marfan es causado por una mutación en un gen, sin embargo, afecta muchos aspectos del crecimiento y desarrollo, incluyendo la altura, la visión y la función cardíaca. Este es un ejemplo de pleiotropía, o un gen que afecta múltiples características.
Un cruce entre dos ratones amarillos heterocigotos produce ratones amarillos y marrones en una proporción de 2:1, no 3:1. Este es un ejemplo de letalidad, en el que un genotipo particular hace que un organismo sea incapaz de sobrevivir.

En este artículo, analizaremos más de cerca los genes pleiotrópicos y los alelos letales, viendo cómo estas variaciones en las reglas de Mendel encajan en nuestra comprensión moderna de la herencia.

Pleiotropía

Cuando mencionamos los experimentos de Mendel con plantas de flores moradas y blancas, no discutimos ningún otro fenotipo asociado con los dos colores de flores. Sin embargo, Mendel notó que los colores de las flores siempre estuvieron correlacionados con otras dos características: el color de la capa de la semilla (cobertura de la semilla) y el color de las axilas (uniones donde las hojas se encontraron con el tallo) ^1,2.

En plantas con flores blancas, las capas de semillas y las axilas fueron incoloras. En las plantas con flores moradas, por otro lado, las capas de las semillas fueron de color marrón grisáceo y las axilas rojizas. Así, en lugar de afectar a una sola característica, el gen del color de la flor afectó realmente a tres.

Se dice que genes como este, que controlan múltiples características aparentemente no relacionadas, son pleiotrópicos (pleio - = muchos, - trópico = efectos) ¹. Ahora sabemos que el gen del color de la flor de Mendel especifica una proteína que hace que las partículas coloreadas, o pigmentos, se hagan ². Esta proteína funciona en varias partes diferentes de la planta de guisante (flores, pelaje de semillas y axilas foliares). De esta manera, los fenotipos aparentemente no relacionados se pueden rastrear hasta un defecto en un gen con varios trabajos.

Esquema simple que ilustra la pleiotropía. En la pleiotropía, un gen afecta múltiples características (característica 1, característica 2, característica 3). Leyenda: Un gen afecta múltiples características. — *Basado en diagrama similar de Ingrid Lobo* ¹.

Es importante destacar que los alelos de genes pleiotrópicos se transmiten de la misma manera que los alelos de genes que afectan rasgos individuales. Aunque el fenotipo tiene múltiples elementos, estos elementos se especifican como un paquete, y las versiones dominante y recesiva del paquete aparecerían en la descendencia de dos heterocigotos en una proporción de 3:1.

Pleiotropía en trastornos genéticos humanos

Los genes afectados en los trastornos genéticos humanos suelen ser pleiotrópicos. Por ejemplo, las personas con un trastorno hereditario llamado síndrome de Marfan pueden tener un conjunto de síntomas aparentemente no relacionados, incluyendo los siguientes ^1,3:

Altura inusualmente alta
Dedos de manos y pies delgados
Dislocación de la lente del ojo
Problemas cardíacos (en los que la aorta, el vaso sanguíneo grande que transporta la sangre lejos del corazón, se abulta o se rompe).

Estos síntomas no parecen estar directamente relacionados, pero resulta que todos se remontan a la mutación de un solo gen. Este gen codifica una proteína que se ensambla en cadenas, haciendo fibrillas elásticas que dan fuerza y flexibilidad a los tejidos conectivos del cuerpo ⁴. Las mutaciones que causan el síndrome de Marfan reducen la cantidad de proteína funcional producida por el organismo, resultando en menos fibrillas.

¿Cómo explica la identidad de este gen el rango de síntomas? Nuestros ojos y las aortas normalmente contienen muchas fibrillas que ayudan a mantener la estructura, razón por la cual estos dos órganos se ven afectados en el síndrome de Marfan ⁵. Además, las fibrillas sirven como “estantes de almacenamiento” para factores de crecimiento. Cuando hay menos de ellos en el síndrome de Marfan, los factores de crecimiento no pueden ser archivados y por lo tanto provocan un crecimiento excesivo (lo que lleva a la característica construcción alta y delgada de Marfan) ⁴.

Letalidad

Para los alelos que Mendel estudió, fue igualmente posible obtener genotipos homocigotos dominantes, homocigóticos recesivos y heterocigóticos. Es decir, ninguno de estos genotipos afectó la supervivencia de las plantas de guisante. Sin embargo, este no es el caso de todos los genes y todos los alelos.

Muchos genes en el genoma de un organismo son necesarios para la supervivencia. Si un alelo hace que uno de estos genes no sea funcional, o hace que tome una actividad anormal y dañina, puede ser imposible obtener un organismo vivo con un genotipo homocigótico (o, en algunos casos, incluso heterocigótico).

Ejemplo: El ratón amarillo

Un ejemplo clásico de un alelo que afecta la supervivencia es el alelo amarillo letal, una mutación espontánea en ratones que hace que sus pelajes sean amarillos. Este alelo fue descubierto a principios del siglo XX por el genetista francés Lucien Cuenót, quien notó que se heredó en un patrón inusual ^6,7.

Cuando los ratones amarillos se cruzaron con ratones agouti normales (marrones), produjeron descendencia mitad amarilla y mitad marrón. Esto sugirió que los ratones amarillos eran heterocigotos, y que el alelo amarillo$A^Y$,, era dominante al alelo agutí,$A$. Pero cuando dos ratones amarillos se cruzaron entre sí, produjeron descendencia amarilla y marrón en una proporción de 2:1, y la descendencia amarilla no se reproducía verdadera (eran heterocigotos). ¿Por qué fue este el caso?

Dos ratones amarillos (genotipo $A^YA$) se cruzan entre sí. El cuadrado Punnett para la cruz es: ||$A^Y$|$A$-|-|-|-|-$A^Y$||$A^Y$A^Y$ (muere como embrión) |$A^Y$$A$ (amarillo) $A$||$A^Y$A$ (amarillo) |$A$A$ A$ (agouti/marrón) Hay un relación fenotípica de 2:1 amarillo:marrón entre los ratones que sobreviven hasta el nacimiento.

Al final resultó que esta inusual proporción reflejó que algunos de los embriones de ratón ($A^YA^Y$genotipo homocigótico) murieron muy temprano en el desarrollo, mucho antes del nacimiento. Es decir, a nivel de óvulos, espermatozoides y fertilización, el gen de color se segregó normalmente, dando como resultado embriones con una relación 1:2:1 de$A^YA^Y$$A^YA$, y$AA$ genotipos. Sin embargo, los$A^YA^Y$ ratones murieron como embriones diminutos, dejando una relación de genotipo y fenotipo 2:1 entre los ratones supervivientes ^7,8.

Los alelos como$A^Y$, que son letales cuando son homocigotos pero no cuando son heterocigotos, se llaman alelos letales recesivos.

[Espera, ¿no es dominante el color amarillo?]

El$A^Y$ alelo letal recesivo también da un fenotipo dominante, no letal en el heterocigoto (coloración amarilla, junto con problemas de salud como obesidad, diabetes y formación de tumores). El truco es que la letalidad es recesiva, aunque el fenotipo de color es dominante.

El color del heterocigoto amarillo de ratón es útil porque nos permite realizar un seguimiento de los genotipos, pero en muchos otros casos, los genes letales recesivos no tienen un fenotipo dominante en el heterocigoto. En cambio, son puramente recesivos al alelo normal, dando como resultado un fenotipo normal para el heterocigoto y un fenotipo letal embrionario para el homocigoto.

Alelos letales y trastornos genéticos humanos

Algunos alelos asociados con trastornos genéticos humanos son letales recesivos. Por ejemplo, esto es cierto para el alelo que causa acondroplasia, una forma de enanismo. Una persona heterocigótica para este alelo tendrá extremidades acortadas y baja estatura (acondroplasia), condición que no es letal. Sin embargo, la homocigosidad para el mismo alelo provoca la muerte durante el desarrollo embrionario o los primeros meses de vida, ejemplo de letalidad recesiva ^7,9.

Algunos trastornos humanos también son causados por alelos letales dominantes. Se trata de alelos que causan la muerte cuando están presentes en un solo ejemplar. Si un alelo lleva a la muerte de heterocigotos antes del nacimiento, nunca veremos ese alelo en la población humana viva (sino más bien, como un fracaso de implantación o aborto espontáneo). Sin embargo, si un alelo letal dominante permite que los heterocigotos sobrevivan después del nacimiento, se puede ver en la población como un trastorno genético.

De hecho, si un alelo letal dominante permite que una persona sobreviva hasta la edad reproductiva, incluso puede transmitirse a los niños. Este es el caso de la enfermedad de Huntington, un trastorno genético fatal que afecta al sistema nervioso. Las personas con un alelo de Huntington inevitablemente desarrollan la enfermedad, pero es posible que no muestren ningún síntoma hasta los 40 años y, sin saberlo, pueden transmitir el alelo a sus hijos.

Colaboradores y Atribuciones

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[Atribución y referencias]

Atribución:

Este artículo es un derivado modificado de “Características y rasgos”, por OpenStax College, Biology (CC BY 3.0). Descarga gratis el artículo original en http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@9.85.

El artículo modificado está licenciado bajo una licencia CC BY-NC-SA 4.0.

Obras citadas:

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Referencias adicionales:

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