Genetica Mendeliana

1/2 A 1/2 A

AA

Principios mendelianos y extensiones 1/2 a

Aa

1/2 a Aa aa

Raz贸n genot铆pica 1/4 AA 1/2 Aa 1/4 aa

Dr. Antonio Barbadilla

1

Raz贸n fenot铆pica 3/4 A1/4 aa Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

1

Objetivos tema Principios mendelianos y extensiones Deberán quedar bien claros los siguientes puntos •El método experimental y la terminología de Mendel •Ilustrar los dos principios de la transmisión de los genes (la leyes de Mendel) –Cruce monohíbrido y principio de la segregación 1:1 –Cruce dihíbrido y principio de la transmisión independiente

•La naturaleza probabilística de los principios mendelianos •Relaciones genotipo-fenotipo

–La distinción entre dominancia incompleta, parcial y codominancia –Alelismo múltiple –Gen esencial y letal –Pleiotropía –Penetrancia y expresividad –Interacción entre genes

•Genética bioquímica: la hipótesis un gen-una enzima

Dr. Antonio Barbadilla

2

Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

2

Los experimentos de Mendel demuestran que: •La herencia se transmite por elementos particulados (no herencia de las mezclas), y •sigue normas estadísticas sencillas, resumidas en sus dos principios

Dr. Antonio Barbadilla

3

Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

3

Monje austriaco Gregor Mendel (18221884) Jardín del monasterio agustino de Santo Tomás de Brunn, actual república Checa, donde Mendel realizó sus experimentos de cruces con el guisante 4

Dr. Antonio Barbadilla

4

Mendel Web: http://www.mendelweb.org/

Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

Características del experimento de Mendel : •Elección de caracteres cualitativos (alto-bajo, verde-amarillo, rugoso-liso, ...)

•Cruces genéticos de líneas puras (línea verde x línea amarilla) •Análisis cuantitativos de los fenotipos de la descendencia (proporción de cada fenotipo en la descendencia) Dr. Antonio Barbadilla

5

Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

5

Flor de la planta del guisante, Pisum sativum estudiada por Mendel

Dr. Antonio Barbadilla

6

Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

6

Los siete caracteres estudiados por Mendel

Dr. Antonio Barbadilla

7

Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

7

Polinizaci贸n cruzada

Autofecundaci贸n

Dr. Antonio Barbadilla

8

M茅todo de cruzamiento empleado por Mendel Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

8

Resultados de todos los cruzamientos monohíbridos de Mendel Fenotipo parental 1. Semilla lisa x rugosa 2. Semilla amarilla x verde 3. Pétalos púrpuras x blancos 4. Vaina hinchada x hendida 5. Vaina verde x amarilla 6. Flores axiales x terminales 7. Tallo largo x corto

F1

F2

Relación F2

Todas lisas Todas amarillas

5474 lisas; 1850 rugosas 6022 amarillas; 2001 verdes

2,96:1 3,01:1

Todas púrpuras

705 púrpuras; 224 blancos

3,15:1

Todas hinchadas

882 hinchadas; 299 hendidas

2,95:1

Todas verdes Todas axiales

428 verdes; 152 amarillas 651 axiales; 207 terminales

2,82:1 3,14:1

Todos largos

787 largos; 277 cortos

2,84 1

Dr. Antonio Barbadilla

9

Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

9

Interpretación genética del cruce monohíbrido de Mendel

Dr. Antonio Barbadilla

10

Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

10

Primera ley de Mendel:

Segregación equitativa Los dos miembros de un par de alelos segregan en proporciones 1:1.

La mitad de los gametos lleva un alelo y la otra mitad el otro alelo Razón genotípica 1/2 A 1/2 A

AA

Aa

1/2 a

Aa

aa

Dr. Antonio Barbadilla

11

1/2 a

1/4 AA 1/2 Aa 1/4 aa Razón fenotípica 3/4 A1/4 aa Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

11

Cruce dihĂ­brido

Gen Color Y (amarillo) > y (verde) Gen textura semilla R (liso) > r (rugoso)

Dr. Antonio Barbadilla

12

Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

12

Segunda ley de Mendel: Cruce dihĂ­brido El cuadrado de Punnett ilustra los genotipos que dan lugar a las proporciones 9:3:3:1

Dr. Antonio Barbadilla

13

Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

13

Segunda ley de Mendel:

Transmisi贸n independiente Durante la formaci贸n de los gametos la segregaci贸n de alelos de un gen es independiente de la segregaci贸n de los alelos en el otro gen

Dr. Antonio Barbadilla

14

Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

14

Segunda ley de Mendel: 1/4 AB 1/4 Ab 1/4 aB 1/4 ab 1/4 AB

AABB AAbB AaBB

AaBb

1/4 Ab

AABb

AAbb AabB

Aabb

1/4 aB

AaBB

AaBb

aaBB

aaBb

1/4 ab

AaBb

Aabb

aaBb

aabb

Dr. Antonio Barbadilla

15

Raz贸n genot铆pica AABB Aabb aaBB 1/16:1/16:1/16: aabb AaBb AABb 1/16:4/16:2/16: aaBb AaBB Aabb 2/16:2/16:2/16

Raz贸n fenot铆pica 9/16 A-B- 3/16 A-bb 3/16 aaB- 1/16 aabb Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

15

Segunda ley de Mendel: Cruce trihíbrido P

AABBCC x aabbcc

F1

AaBbCc x AaBbCc

ABC

ABc

AbC

Abc

aBC

aBc

abC

abc

ABC

AABBCC

AABBCc

AABbCC

AABbCc

AaBBCC

AaBBCc

AaBbCC

AaBbCc

ABc

AABBCc

AABBcc

AABbCc

AABbcc

AaBBCc

AaBBcc

AaBbCc

AaBbcc

AbC

AABbCC

AABbCc

AAbbCC

AAbbCc

AaBbCC

AaBbCc

AabbCC

AabbCc

Abc

AABbCc

AABbcc

AAbbCc

AAbbcc

AaBbCc

AaBbcc

AabbCc

Aabbcc

aBC

AaBBCC

AaBBCc

AaBbCC

AaBbCc

aaBBCC

aaBBCc

aaBbCC

aaBbCc

aBc

AaBBCc

AaBBcc

AaBbCc

AaBbcc

aaBBCc

aaBBcc

aaBbCc

aaBbcc

abC

AaBbCC

AaBbCc

AabbCC

AabbCc

aaBbCC

aaBbCc

aabbCC

aabbCc

abc

AaBbCc

AaBbcc

AabbCc

Aabbcc

aaBbCc

aaBbcc

aabbCc

aabbcc

Dr. Antonio Barbadilla

16

Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

16

Segunda ley de Mendel: Cruce trihíbrido P

AABBCC x aabbcc

F1

AaBbCc x AaBbCc

ABC

ABc

AbC

Abc

aBC

aBc

abC

abc

ABC

AABBCC

AABBCc

AABbCC

AABbCc

AaBBCC

AaBBCc

AaBbCC

AaBbCc

ABc

AABBCc

AABBcc

AABbCc

AABbcc

AaBBCc

AaBBcc

AaBbCc

AaBbcc

AbC

AABbCC

AABbCc

AAbbCC

AAbbCc

AaBbCC

AaBbCc

AabbCC

AabbCc

Abc

AABbCc

AABbcc

AAbbCc

AAbbcc

AaBbCc

AaBbcc

AabbCc

Aabbcc

aBC

AaBBCC

AaBBCc

AaBbCC

AaBbCc

aaBBCC

aaBBCc

aaBbCC

aaBbCc

aBc

AaBBCc

AaBBcc

AaBbCc

AaBbcc

aaBBCc

aaBBcc

aaBbCc

aaBbcc

abC

AaBbCC

AaBbCc

AabbCC

AabbCc

aaBbCC

aaBbCc

aabbCC

aabbCc

abc

AaBbCc

AaBbcc

AabbCc

Aabbcc

aaBbCc

aaBbcc

aabbCc

aabbcc

3

3

Razón fenotípica

Dr. Antonio Barbadilla

27 17

9

9

9

3

Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

17 1

Naturaleza probabilística de las leyes Mendel: Las leyes son probabilísticas

(como si los

alelos de los genes se cogieran al azar de urnas),

deterministas

no

•Permiten predecir la probabilidad de los distintos genotipos y fenotipos que resultan de un cruce •Permiten inferir el número de genes que influyen sobre un carácter Dr. Antonio Barbadilla

18

Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

18

Caracteres mendelianos en humanos: •Capacidad de sentir el sabor de la feniltiocarbamida •Albinismo •Tipo sanguíneo •Braquidactilia (dedos de manos y pies cortos) •Hoyuelos de la mejilla •Lóbulos oreja sueltos o adosados •Pecas en la cara •Pulgar hiperlaxo •Polidactilia OMIM - Online Mendelian Inheritance in Man Dr. Antonio Barbadilla

19

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?db=OMIM Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

19

Caracteres mendelianos Albinismo

Dr. Antonio Barbadilla

20

Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

20

Alelismo múltiple

• Grupos AB0 •A=B>0 •Fenotipo ABAB 0

Genotipo AA ó A0 BB ó B0 AB 00

•Color pelaje conejo C+ > Cch > Ch > c

C+

Cch

Salvaje

Chinchilla

Ch Himalaya

c albino

Dr. Antonio Barbadilla

21

Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

21

Alelismo múltiple

A nivel de secuencia nucleotídica prácticamente cada copia de un gen es diferente en algún nucleótido de su secuencia.

El alelismo múltiple es ubicuo.

BRCA2

Individual Individual Individual Individual Individual Individual Individual Individual Individual

1 2 3 4 5 6 7 8 9

acgtagcatcgtatgcgttagacgggggggtagcaccagtacag acgtagcatcgtatgcgttagacggggtggtagcaccagtacag acgtagcatcgtatgcgttagacggcggggtagcaccagtacag acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacag acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacag acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag

Dr. Antonio Barbadilla

22

Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

22

Se usa la notación AA, Aa y aa para denominar a los genotipos

¿Cómo explicamos los mendelianos que determinan un fenotipo, pero en realidad éstos son genotipos mendelianos si en internamente heterogéneos en el nivel de DNA. Su asignación como genotipo AA ó aa se debe generalmente a que todas las secuencias el nivel del DNA cada alelo que pertenecen al genotipo AA comparten un fenotipo distinto de las que pertenecen al genotipo aa y esta diferencia fenotípica se suele ser distinto? debe posiblemente a un nucleótido (o a unos pocos) que sería el verdadero genotipo que causa los diferentes fenotipos

Secuencia nucleotídica de una región del gen A en distintos individuos

Indiv1Secuencia Indiv1Secuencia 11 acgtagcatcgtatgcgttagacgggggggtagcaccagtacag acgtagcatcgtatgcgttagacgggggggtagcaccagtacag Indiv1Secuencia Indiv1Secuencia 22 acgtagcatcgtatgcgttagacggggtggtagcaccagtacag acgtagcatcgtatgcgttagacggggtggtagcaccagtacag Genotipo AA = aa -> Fenotipo A Alelo A = a Alelo a = t Indiv2Secuencia Indiv2Secuencia 11 acgtagcatcgtatgcgttagacgggggggtagcaccagtacag acgtagcatcgtatgcgttagacgggggggtagcaccagtacag

Indiv2Secuencia Indiv2Secuencia 22 acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacag acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacag Genotipo Aa = at -> Fenotipo A

Indiv3 Indiv3 Secuencia Secuencia 11acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag Indiv3 Indiv3 Secuencia Secuencia 22acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag Genotipo aa = at -> Fenotipo a

Dr. Antonio Barbadilla

24

Tema 8: Extensiones del análisis mendeliano

24

•Gen letal y esencial •Un gen que cuando está alterado es letal, es un gen esencial •Gen y del ratón doméstico es un ejemplo Alelo y es dominante para el color amarillo, letal en homocigosis. Alteración proporciones mendelianas de la F2 es 2:1

Dr. Antonio Barbadilla

25

Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

25

•Edad de aparición de un fenotipo

Aparición tardía de la enfermedad de Huntington

•Temprana •Tardía

•Impronta parental

•Ejemplo Factor crecimiento II tipo insulina (Igf2) en ratón.

Mutante homocigoto -> enano.

El fenotipo del heterocigoto depende del origen del alelo Dr. Antonio Barbadilla Alelo salvaje es paterno -> fenotipo salvaje Alelo salvaje es materno -> fenotipo enano 26

Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

26

Relaciones genotipo-fenotipo

Ausencia de dominancia en el Dondiego de noche (Mirabilis jalapa)

P1

F1

F2

Dr. Antonio Barbadilla

27

Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

27

Cruce dihíbrido con ausencia de dominancia 1/4 A1B1 1/4 A1B2 1/4 A2B1 1/4 A2B2

Razón genotípica ?

1/4 A1B1 A1A1B1B1 1/4 A1B2

1/4 A2B1

1/4 A1B2

Número fenotipos distintos? Razón fenotípica ?

Dr. Antonio Barbadilla

28

Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

28

Los número esperados de cruces mendelianos Monohíbrido Dihíbrido Trihíbrido Regla general n=1

n=2

n=3

n

Tipos de gametos en la F1

2

4

8

2n

Proporción de homocigotos recesivos en la F2

1/4

1/16

1/64

(¼) n

Número de fenotipos distintos de la F2 suponiendo dominancia completa

2

4

8

2n

3

9

27

Número de genotipos distintos de la F2 (o fenotipos si no hay dominancia)

3n

Dr. Antonio Barbadilla

29

Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

29

Relaci贸n genotipo-fenotipo: Variaci贸n en la dominancia

Dr. Antonio Barbadilla

30

Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

30

Relación genotipo-fenotipo: Codominancia

•Presencia de ambos fenotipos paternos en el heterocigoto •Grupo AB

•Heterocigoto proteína detectada por electroforesis en hemoglobina

Dr. Antonio Barbadilla

31

Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

31

Relaci贸n genotipo-fenotipo: Niveles de dominancia

HbAHbA: Normal.

HbSHbS: Anemia grave.

HbAHbS: No anemia

Dr. Antonio Barbadilla

32

Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

32

Relaci贸n genotipo-fenotipo: Retinoblastoma hereditario

Dr. Antonio Barbadilla

33

R > r en el nivel celular pero r > R en el nivel del organismo Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

33

Pleiotropía

Ejemplo anemia falciforme Cambio de un nucleótido en el DNA del gen de la hemoglobina Rápida destrucción de los glóbulos rojos

Problemas circulatorios

Acumulación de células falciformes en el bazo

Producción de hemoglobina S en lugar de la A Baja concentración de oxígeno en lo tejidos

Daño cerebral

Anemia

Daños en otros órganos

Daño en el bazo

Agregación de la hemoglobina S para formar estructuras casi cristalinas en aguja en los glóbulos rojos Debilidad física Distorsión de los glóbulos rojos, adquieren forma de hoz (falciforme)

Fallo cardiaco

Función mental disminuida

Parálisis

Neumonía

Reumatismo

Fallo renal

Dr. Antonio Barbadilla

34

Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

34

Penetrancia y expresividad

Ambos conceptos se refieren a la expresión fenotípica variable de ciertos genes

Penetrancia: Proporción de individuos en una población que presentan el fenotipo correspondiente a su genotipo. Si P < 1 se habla de penetrancia incompleta

Expresividad: El grado de expresión individual de un fenotipo para un genotipo dado

Dr. Antonio Barbadilla

35

Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

35

Expresividad

La polidactilia se manifiesta en grados distintos

Dr. Antonio Barbadilla

36

Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

36

Expresividad

Dr. Antonio Barbadilla

37

10 grados de expresividad variable en el carรกcter piel manchada en perros.

Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

37

Caracteres determinados por mรกs de un gen

Dr. Antonio Barbadilla

38

Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

38

Caracteres determinados por mรกs de un gen

Dr. Antonio Barbadilla

39

Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

39

Interacci贸n entre genes:

dos o m谩s genes determinan el fenotipo de un modo que alteran las proporciones mendelianas esperadas

Dr. Antonio Barbadilla

40

Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

40

Tipos de interacción genética según la modificación de las proporciones mendelianas 9 3 3 1 13:3 9:7 9:3:4 12:3:1 15:1 A-B-

Dr. Antonio Barbadilla

41

A-bb

aaB- aabb

•Mutación supresora 13:3 •Duplicación génica recesiva 9:7 •Epistasia recesiva 9:3:4 •Epistasia dominante 12:3:1 •Duplicación génica dominante 15:1 Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

41

Genética bioquímica: estudio de la relación entre genes y enzimas Hipótesis un gen - una enzima (Beadle y Tatum 1941) -> Estudio de la ruta biosintética de la niacina (vitamina B3 en el hongo del pan Neurospora crassa)

Dr. Antonio Barbadilla

42

Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

42

GenĂŠtica bioquĂ­mica:

muchos genes

cooperan en el producto final

Dr. Antonio Barbadilla

43

Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

43

Explicación bioquímica de la proporción 9:7 en el color de la aleurona del maíz Precursor blanco

Dr. Antonio Barbadilla

44

Intermediario blanco

Producto final púrpura

Enzima A

Enzima B

Gen A

Gen B

Para obtener el producto final púrpura necesitamos que tanto el gen A como el B produzcan una enzima funcional. Si uno de los dos genes falla (genotipo aa ó bb), el producto final será blanco 44 Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

Gen茅tica bioqu铆mica:

Relaci贸n concentraci贸n enzima y producto final

Dr. Antonio Barbadilla

45

Tema 3: Principios mendelianos y extensiones

45