1.3: Propiedades de los Genes

Los genes están en los cromosomas

En 1902, Sutton y Boveri se dieron cuenta de manera independiente que el comportamiento de los genes en cruces mendelianos imita el movimiento de los cromosomas durante la meiosis y la fertilización. Supusieron que los dos alelos de cada gen se correlacionaban con el par homólogo de cromosomas. La segregación igual de alelos podría explicarse por la separación de cromosomas homólogos en la anafase I de la meiosis. Como se esquematiza en la Figura 1.3, el cromosoma con el alelo R iría a una célula diferente a su homólogo con el alelo r al final de la meiosis I, y de igual manera para los alelos Y e y. La reincorporación de alelos correspondió a la unión de cromosomas, uno de cada progenitor, en la fecundación. El surtido independiente de diferentes genes imita la separación independiente de homólogos de diferentes cromosomas en meiosis. Por ejemplo, la copia paterna del cromosoma 1 se puede asaltar con la copia materna del cromosoma 21 en formación de un gameto. La Figura 1.3 muestra el cromosoma azul oscuro con el alelo R surtiéndose con el cromosoma rojo claro con el alelo y, pero es igualmente probable que se asiente con el cromosoma rojo oscuro con el alelo Y. Como se muestra en la Figura 1.4, la finalización de la meiosis da como resultado 4 células germinales por cada célula que ingresó a la meiosis. Todas las combinaciones de alelos de diferentes genes esquematizadas en la Figura 1.2 se pueden formar en este proceso.

Esta correlación del comportamiento de los alelos en los apareamientos y el movimiento de los cromosomas durante la meiosis y fertilización produjo la teoría cromosómica de la herencia. Se podría pensar en los alelos discernidos en cruces genéticos como localizados en el mismo locus en los diferentes homólogos de un cromosoma.

Figura 1.3. Movimiento de los cromosomas durante la meiosis I, el primer proceso divisional de la meiosis. Los cromosomas se dibujan a partir de la síntesis de una copia de cada cromosoma homólogo, por lo que hay dos copias de cada homólogo de un par de cromosomas. Los dos dúplex de ADN para cada homólogo se unen en un solo centrómero. La meiosis es el proceso de segregar estas cuatro copias de cada cromosoma (4 alelos por cada gen) en cuatro células germinales con una copia de cada cromosoma. En este diagrama, se muestran dos pares de cromosomas diferentes con cada homólogo coloreado en un tono diferente (rojo oscuro o claro para el cromosoma más corto, azul oscuro o azul claro para el cromosoma más largo). Cada línea es una molécula de ADN dúplex. El locus R se encuentra en el cromosoma azul más largo, con alelos distintivos para cada homólogo, y el Ylocus está en el cromosoma rojo más corto, nuevamente con alelos distintivos para cada homólogo. La meiosis comienza con el leptoteno, cuando los cromosomas se hacen visibles como filamentos largos. Los dos cromosomas homólogos experimentan sinapsis durante el cigoteno, en la que se alinean a lo largo de sus longitudes. Los cromosomas se vuelven más cortos y gruesos durante el paquiteno, y se forman cruces entre cromátidas de los dos homólogos diferentes. Los cromosomas comienzan a separarse en diploteno, momento en el que los cruces en los quiasmas son visibles. Los cromosomas se acortan aún más durante la diacinesis. Durante la metafase, los cromosomas se alinean a lo largo del plano ecuatorial de la célula, es decir, el plano en el que ocurrirá la división celular. La membrana nuclear se desmonta en este punto. Los miembros de un par homólogo se mueven a polos opuestos de la célula durante la anafase. Este es el incluso citológico que da cuenta de la segregación igualitaria de los alelos. Obsérvese que los centromeros no se separan durante la anafase I, y las dos cromátidas hermanas permanecen juntas. Los crossovers también se resuelven en esta etapa. En algunos organismos, la membrana nuclear se reforma durante una telofase de meiosis I, seguida de la división celular y una interfase I.

Figura 1.4. Movimiento de los cromosomas durante la meiosis II, el segundo proceso divisional de la meiosis. Los cromosomas, cada uno con dos cromátidas hermanas unidas en el centrómero, se contraen y se hacen visibles durante la profase II. La membrana nuclear se desmonta y los cromosomas se alinean a lo largo del plano ecuatorial durante la metafase II. Los centrómeros se dividen y los cromosomas se separan durante la anafase II. Las reformas de la membrana nuclear durante la telofase II, y después de la división celular, se produce una tétrada con uno de cada cromosoma. Si el cromosoma azul oscuro hubiera surtido con el cromosoma rojo oscuro durante la anafase I, las esporas resultantes serían R y r y.

Los genes enlazados se encuentran a lo largo de los cromosomas en una matriz lineal

Los defensores de la teoría cromosómica de la herencia se dieron cuenta de que el número de genes probablemente superaría en gran medida el número de cromosomas. Sin embargo, muchos estudios genéticos tempranos mostraron un surtido independiente entre genes sin evidencia de vinculación. Esto llevó a una propuesta de que un cromosoma se descomponía durante la meiosis en partes más pequeñas consistentes únicamente en genes individuales, pero tal desmontaje de cromosomas durante la meiosis nunca se observó. La evidencia de vinculación finalmente vino de una demostración de la ausencia de surtido independiente entre diferentes genes. En trabajos complementarios, McClintock y Creighton demostraron una asociación entre diferentes genes y un cromosoma particular en 1931.

El comportamiento de dos genes portados en un mismo cromosoma puede desviarse de las predicciones de la 2da ley de Mendel. La proporción de genotipos parentales en el F2 puede ser mayor de lo esperado debido a una reducción en los genotipos no parentales. Esta propensión de algunos personajes a permanecer asociados en lugar de surtir independientemente se llama vinculación. Cuando se deduce de estudios de una población, se denomina desequilibrio de ligamiento. La Figura 1.5. ilustra un cruce que muestra el enlace.

Figura 1.5.Vinculación y recombinación entre genes en un mismo cromosoma.

Un heterocigoto F1 (AAbB) se elabora cruzando un progenitor homocigótico dominante (AABB) con un progenitor homocigótico recesivo (aabb). Luego se realiza un retrocruzamiento entre el heterocigoto F1 (aAbB) y un homocigoto recesivo (aabb), de manera que los alelos del progenitor recesivo no contribuyen al fenotipo de la progenie. (Este es un cruce bastante común en genética, ya que el genotipo de un individuo se puede determinar cruzando con dicho individuo, homocigótico recesivo en ambos loci).

1. Como se muestra en la parte A de la Figura 1.5, si no hay enlace, se espera 50% de fenotipos parentales (de los genotipos AAbB y aabb) y 50% de fenotipos no parentales (de los genotipos Aabb y AAbB). Esto encaja con las expectativas de la ley de Mendel de surtido independiente de diferentes genes para este retrocruzamiento. (A veces los fenotipos no parentales se llaman “recombinantes” pero eso confunde este reordenamiento con eventos que involucran cruces en el ADN).
2. Si los dos genes están unidos y no hay recombinación entre ellos, entonces toda la progenie tendrá un fenotipo parental. En particular, si los genes A y B están unidos, entonces el retrocruzamiento Ab/ab x ab/ab produce progenie ab/ab 50% del tiempo y progenie ab/ab 50% del tiempo, en ausencia de recombinación. [En esta notación, los alelos a la izquierda de la raya (/) están enlazados en un cromosoma y los alelos a la derecha del corte están unidos en el cromosoma homólogo.] Así, solo los fenotipos parentales se encuentran en la progenie de este cruce (es decir, la progenie mostrará los caracteres dominantes en cada locus o los caracteres recesivos en cada locus). Otra forma de ver esto es que, en ausencia de recombinación entre los cromosomas homólogos, toda la progenie de este cruce será uno de los dos primeros tipos mostrados en el panel B de la Figura 1.5.
3. Obsérvese que los alelos dominantes pueden estar en la fase opuesta, con el alelo A dominante ligado al alelo b recesivo. Por ejemplo, el heterocigoto F1 podría estar formado por un cruce entre los padres Ab/ Ab y Ab/ Ab para generar Ab/Ab. En este caso, el retrocruzamiento Ab/ aB x ab/ab seguirá generando solo progenie con tipos de fenotipos parentales pero un nuevo tipo geno no parental (es decir, Ab/ ab y Ab/ab; estos se parecen a los padres Ab/ Ab y AB/AB). La fase con ambos alelos dominantes en el mismo cromosoma se llama la “conformación de acoplamiento”, mientras que la fase opuesta se llama la “conformación repulsiva”.
4. Pero en la mayoría de los casos, la recombinación puede ocurrir entre genes enlazados. En la parte B de la Figura 1.5, se observa un incremento en los tipos parentales (del 50% esperado para genes no enlazados al 70% observado) y una disminución en los tipos no parentales (30%), mostrando que el alelo A tiende a permanecer con el alelo B, en contraste con la predicción del 2 nd ley. Por lo tanto, estos genes no se agrupan de forma independiente, y se concluye que existe un vínculo entre los genes A y B.

La frecuencia de los tipos parentales no es tan alta como se esperaba para el enlace sin recombinación (que habría sido del 100%, como se discutió anteriormente). De hecho, los tipos no parentales en este experimento son el resultado de un cruce físico (ruptura y reunión) entre los dos cromosomas homólogos durante la meiosis en el progenitor AB/Ab. Este es un evento de recombinación en el ADN.

(5) Concluimos que los genes A y B están vinculados, y tienen una frecuencia de recombinación del 30%.

distancia del mapa = x 100

1 unidad de mapa = 1 Centimorgan = 1% recombinación

1 Centimórgano= 1 cM = aproximadamente 1 Mb para cromosomas humanos

Ejercicio\(\PageIndex{1}\)

En sus estudios genéticos de la mosca de la fruta Drosophila melanogaster, Thomas Hunt Morgan y sus compañeros de trabajo encontraron muchos ejemplos de genes que se asociaban juntos en grupos. Un ejemplo es el gen para el color de ojos púrpura (el alelo mutante se abrevia pr) que es recesivo al alelo para ojos rojos normales (pr +) y el gen para alas vestigiales o acortadas (el alelo mutante se abrevia vg) que es recesivo al alelo normal para alas largas (vg +). Cuando una mosca vestigial púrpura homocigótica se cruza con una mosca homocigótica de alas largas de ojos rojos, la generación heterocigótica F1 muestra un fenotipo normal. Cuando los heterocigotos machos son retrocruzados con hembras que son vestigiales morados homocigóticos (es decir, homocigóticos recesivos en ambos loci), solo aparecen dos fenotipos en la progenie: las moscas vestigiales moradas homocigóticas recesivas y las moscas normales.

1. ¿Cuáles son las predicciones del retrocruzamiento si los dos genes no están vinculados?
2. ¿Qué te dicen los resultados del backcross?
3. Si los heterocigotos F1 en el retrocruzamiento son hembras, entonces aparecen en la progenie moscas vestigiales moradas de alas largas y ojos rojos. La frecuencia combinada de estos tipos recombinantes es de 15.2%. ¿Qué te dice esto sobre la disposición de los genes?

Contestar

TBA

La pregunta 1.5 proporciona cierta práctica en el cálculo de frecuencias de recombinación.

Las distancias individuales del mapa son (aproximadamente) aditivas

A‑10 ‑B ‑5‑ C

‑‑‑-‑‑‑‑‑15‑‑‑‑‑‑‑

Las distancias de recombinación no son estrictamente aditivas si pueden ocurrir múltiples cruces (ver preguntas 1.6 y 1.7.) La recombinación entre genes ligados ocurre por el proceso de cruce entre cromosomas, en el quiasma durante la meiosis. El mecanismo de recombinación se considera en el Capítulo 8.

Colaboradores y Atribuciones

• Template:ContribHardison