GENÉTICA MENDELIANA • GREGORIO MENDEL propone por primera vez el concepto de gen en 1865
• Existía el concepto de herencia mezclada: la descendencia muestra normalmente características similares a las de ambos progenitores….pero, la descendencia no siempre es una mezcla intermedia entre las características de sus parentales.
• Mendel propone la teoría de la herencia particulada: los caracteres están determinados por unidades genéticas discretas que se transmiten de forma intacta a través de las generaciones.
Carácter: propiedad específica de un organismo; característica o rasgo. Modelo de estudio: Planta de guisante Pisum sativum amplia gama de variedades, fáciles de analizar puede autopolinizarse
Antecendentes históricos
s. XVIII - XIX:
Durante este tiempo se hacen numerosos experimentos de hibridación en animales y vegetales y en alguno de estos estudios (Kolreuter, 1760; Gaertner, 1820), se había visto que los híbridos presentaban únicamente las características de uno de los progenitores o bien características intermedias entre ambos. Se creía que la herencia estaba determinada por unos “líquidos” paternos y maternos presentes en los gametos y que se mezclaban en el zigoto. Se tenía la idea que si los hijos se parecían más a un progenitor que al otro era porque el líquido de este era más “fuerte”
1866: Gregor Mendel
descubre los principios de la herencia estudiando durante 10 años Pisum sativum (guisante). Su obra no tuvo repercusión por parte de la comunidad científica de la época
CARACTERÍSTICAS DE LOS ENSAYOS DE MENDEL Elección de caracteres discretos, cualitativos (alto-bajo, verde-amarillo, rugoso-liso, ...)
Seleccionar líneas puras (*) para el carácter que quería estudiar (esto se veía
facilitado porque el guisante se autofecunda). Con estas razas puras realizaba los cruces genéticos.
Al hacer los cruzamientos sólo se fija en uno o dos caracteres a la vez Los guisantes se pueden autopolinizar pero también pueden polinizarse por fecundación cruzada, con lo que se pueden cruzar dos razas puras diferentes para uno o más caracteres
* Línea pura: líneas en las cuales un mismo carácter se mantiene constante en las sucesivas generaciones
Los siete caracteres estudiados por Mendel
Semilla lisa o rugosa
Semilla amarilla o verde
Vaina inmadura verde o amarilla
Pétalos púrpuras o blancos
Vaina hinchada o hendida
Floración axial o terminal
Tallo largo o corto
Línea pura: población que produce descendencia homogénea para el carácter particular en estudio; todos los descendientes producidos por autopolinización o fecundación cruzada, dentro de la población, muestran el carácter de la misma forma.
MĂŠtodo de cruzamiento empleado por Mendel
Flor de la planta del guisante, Pisum sativum estudiada por Mendel
Fenotipo: f ormas o variantes de un carácter. Deriv. griego: “lo que se muestra” Ej: Carácter: color de la flor, Fenotipo: púrpura o blanco 1er Exto: Generación parental (P)
CRUZAMIENTO RECÍPROCO
♀ X Fenotipo B ♂ Fenotipo B ♀ X Fenotipo A ♂ Fenotipo A
Todas púrpuras!! 1era Generación filial (F1)
EXPERIMENTOS DE MENDEL 1. Cruzó dos razas puras de guisantes, por ejemplo una con guisantes de semillas amarillas y la otra con guisantes de semillas verdes. Estas plantas constituyeron la generación progenitora (P).
2. Las flores polinizadas originaron vainas contenían solamente semillas amarillas las cuales constituyeron la generación F1. 3. Cuando las plantas de la F1 florecieron, las dejó autopolinizarse. Las vainas que se originaron de las flores autopolinizadas (generación F2) contenían tanto semillas amarillas como verdes, en una relación aproximada de 3:1
P
Semillas
F1
Experimento autofecundaci贸n de F2
X
Todas Autofecundaci贸n 3/4
F2 Autofecundaci贸n F3
3/4
y
; 1/4
;1 1/4 (3:1)
Todas
(= al parental verde)
(3:1 amarillas:verdes) Entonces:
de F2
1/3 = al parental amarillo 2/3 = F1
F2
Proporciones fenotĂpicas 3/4 amarillos 1/4 verdes
Proporciones genotĂpicas 1/4 amarillos puros 2/4 amarillos impuros 1/4 verdes puros
ProporciĂłn aparente 3:1 de F2 es 1:2:1
PRIMERA LEY DE MENDEL O DE UNIFORMIDAD DE LA F1 “ La descendencia de 2 variedades de raza pura (homocigota) origina una F1 híbrida que presenta uniformidad tanto fenotípica como genotípica ”
En este caso, en la F1 : • •
Fenotipo = 100% amarillas
(probabilidad fenotípica)
Genotipo = 100% Aa
(probabilidad genotípica)
SEGUNDA LEY DE MENDEL O PRINCIPIO DE SEGREGACIÓN DE LOS ALELOS “ Cada uno de los alelos se separa y distribuye en los gametos de manera independiente ”
En este caso, en la F2 : •
Fenotipo = 75% amarillas 25% verdes
(probabilidad fenotípica)
•
Genotipo = 25% AA 50% Aa 25% aa
(probabilidad genotípica)
Proporciones 3 : 1
Relación de carácteres en F2 siempre es 3:1!! El fenotipo blanco está completamente ausente en la F1, pero reaparece (en su forma original) en la cuarta parte de las plantas F2 difícil de explicar por herencia mezclada. Mendel: la capacidad para producir tanto el fenotipo púrpura como el blanco se mantiene y transmite a través de las generaciones sin modificaciones. Entonces…¿por qué no se expresa el fenotipo blanco en la F1? Fenotipo dominante: aquel que aparece en la F1, tras el cruzamiento de 2 líneas puras. Fenotipo púrpura es dominante sobre el blanco Fenotipo blanco es recesivo sobre el púrpura
Fenotipo parental
Cruza
F1
F2
Relación en F2
Lisa
Semilla lisa x rugosa
Todas lisas
5474 lisas;1850 rugosas
2,96:1
Amarilla
Semilla amarilla x verde
Todas amarillas
6022 amarillas;2001 verdes
3,01:1
Púrpura
Pétalos púpuras x blancos
Todos púrpuras
705 púrpuras;224 blancos
3,15:1
Hinchada
Vaina hinchada x hendida
Todas hinchadas
882 hinchadas;299 hendidas
2,95:1
Verde
Vaina verde x amarilla
Todas verdes
428 verdes;152 amarillas
2,82: 1
Axial
Flores axiales x terminales
Todas axiales
651 axiales;207 terminales
3,14: 1
Largo
Tallo largo x corto
Todos largos
787 largos;277 cortos
2,84: 1
Resultados de todos los cruzamientos de Mendel en los que los parentales difieren en un solo carácter (autofecundación de F1)
TERCERA LEY DE MENDEL O PRINCIPIO DE COMBINACIÓN INDEPENDIENTE “ Los diferentes caracteres mendelianos se heredan independientemente unos de otros, combinándose entre sí al azar” Una vez visto como se heredaban los caracteres de manera individual, Mendel empezó a estudiar como se heredaban dos caracteres. Para ello cruzó plantas homocigotas de semillas lisas y de color amarillo (ambos caracteres dominantes) con plantas de semillas rugosas y verdes …
Forma : lisa ( R ) > rugosa ( r ) Color : amarillo ( A ) > verde ( a )
La F1 obtenida era: Fenotipo = 100% de semilla lisa y amarillas • Genotipo = 100% Rr Aa •
Al autofecundar la F1, los gametos producidos son RA ; Ra ; rA ; ra, todos en proporci贸n 1/4 Las combinaciones de gametos totales de esta F2 son 16 , pero solamente hay 9 genotipos: 1/16 RR AA 2/16 RR Aa 1/16 RR aa rr aa
2/16 Rr AA 1/16 rr AA 4/16 Rr Aa 2/16 rr Aa 2/16 Rr aa 1/16
Estos genotipos originan una F2 con 4 fenotipos, en las siguientes proporciones: 9/16 semillas lisa y amarillas 3/16 semillas rugosas y amarillas 3/16 semillas rugosas y verdes 1/16 semillas rugosas y verde
Proporciones 9 : 3 : 3 : 1
CUADRÍCULAS GENOTÍPICAS Y FENOTÍPICAS En los cruzamientos dihíbridos existen métodos más rápidos para determinar las frecuencias fenotípicas y genotípicas. Se obtienen mediante las cuadrículas fenotípicas y genotípicas. Utilizando el caso anterior,…
Forma : lisa ( R ) > rugosa ( r ) Color : amarillo ( A ) > verde ( a )
Cuadrícula genotípica (F1 , Rr Aa )
Para elaborar esta cuadrícula nos fijaremos en como se heredan por separado los genotipos de los caracteres. Forma: Rr x Rr rr • Color: Aa x Aa aa •
Forma
color
g
¼
RR
, ½
Rr ,
¼
g
¼
AA ,
½
Aa ,
¼
¼ AA
½ Aa
¼ aa
¼ RR
1/16 RR AA
1/8 RR Aa
1/16 RR aa
½ Rr
1/8 Rr AA
¼ Rr Aa
1/8 Rr aa
¼ rr
1/16 rr AA
1/8 rr Aa
1/16 rr aa
Cuadrícula fenotípica (F1 , Rr Aa , semillas lisas y amarillas) Para elaborar esta cuadrícula nos fijaremos en como se heredan por separado los fenotipos de los caracteres.
Forma
color
¾ lisa ¼ rugosa
¾
•
Forma: Rr x Rr
•
Color: verdes
Aa x Aa
amarillas
g g
¾ lisa , ¼ rugosas ¾ amarillas , ¼
¼ verdes
3/16
3/16
lisas - amarillas 3/16
Lisas - verdes 1/16
rugosas – amarillas
rugosas - verdes
Retrocruzamientos
En casos de herencia de dominancia completa, un fenotipo puede deberse a dos genotipos posibles, el homozigoto y el heterozigoto. Para poder descubrir el genotipo responsable, se realizan un cruzamiento denominado RETROCRUZAMIENTO o CRUZAMIENTO PRUEBA entre el individuo problema y un individuo con un genotipo conocido (normalmente el homozigoto recesivo) y se analiza la descendencia
Monohibridismo Carácter: color de las semillas en guisante : Alelos: amarillo ( A )
> verde ( a )
Tenemos una caso de semillas de color amarillo y queremos saber el genotipo de la planta Los genotipos posibles son AA o Aa. Para descubrirlo, cruzaremos la planta problema con una planta de semillas verdes ( aa ) Si el genotipo es Aa …
P: amarillas
x
P: Aa x aa
F1: 50% Aa = amarillas 50% aa = verdes
verdes
Si el genotipo es AA …
P: AA x aa
F1: 100% Aa = amarillas
Caracteres a mejorar Rendimiento (aumento en la productividad), resistencia a enfermedades, precocidad, tolerancia a sequias o inundaciones, a volcamientos, a condiciones desfavorables de condiciones del suelo.
Métodos de mejoramiento genético Variabilidad genética Selección Es un proceso Discriminatorio en una población para escoger progenitores Procedimiento de mejora muy antiguo y constituye la base del fitomejoramiento
Cruzamientos Cultivos transgénicos