4.1 Genética Mendeliana

1. 4.1 Genética Mendeliana

                 GENÉTICA MENDELIANA

1. Introducción

La genética es el campo de la biología que estudia la herencia biológica que se transmite de generación en generación. Dentro de ella, la genética mendeliana estudia los modelos de transmisión de la información independientemente de la naturaleza química del gen.

2. Conceptos Fundamentales

Gen. Unidad de la herencia que produce la expresión característica observable en un ser vivo o en sus descendientes. Los genes se disponen a lo largo de las cromátidas de los cromosomas ocupando una posición determinada llamada locus.

Carácter. Cada uno de los rasgos que se usan en la descripción de los seres vivos. Por ejemplo: color del iris de los ojos, color del pelo, altura,… Algunos de ellos vienen determinados genéticamente.

Alelo. Cada una de las variantes génicas que determinan un carácter. Se les representa con letras mayúsculas o minúsculas, por ejemplo: A o a

Alelo dominante. Aquel que transmite un carácter que se manifiesta siempre. Se le representa con una letra mayúscula, por ejemplo: A (carácter color amarillo).

Alelo recesivo. Aquel que transmite un carácter que solamente se manifiesta si no está presente el alelo dominante. Se le representa con una letra minúscula correspondiente a la del dominante, por ejemplo: a (carácter color verde). 

Genotipo. Dotación genética del individuo para un determinado carácter o conjunto total de genes que tiene un individuo. Por ejemplo: AA, Aa, aa 

Fenotipo. Expresión observable determinada por el genotipo, es decir, cada una de las formas posibles del carácter, “lo que se ve”. Por ejemplo: semilla amarilla (genotipos AA y Aa), semilla verde (genotipo aa). 

Homocigótico. Individuo que porta en el genotipo dos alelos idénticos para un determinado carácter. Por ejemplo: AA o aa 

Heterocigótico. Individuo que porta en el genotipo dos alelos distintos para un determinado carácter. Por ejemplo: Aa 

Genoma. Conjunto de genes de una especie, y por lo tanto, de los cromosomas que lo componen.

3. Leyes de Mendel

A mediados del siglo XIX, Mendel realizó una serie de experimentos con el guisante (Pisum sativum). Los guisantes presentaban una serie de ventajas: eran baratos y fáciles de obtener y almacenar, existían muchas variedades distintas y se podían autofecundar o cruzar obteniendo una gran cantidad de descendientes.

Primera ley de Mendel: ley de la uniformidad

En primer lugar, Mendel obtuvo, por autofecundación de varias generaciones, líneas puras, que eran aquellas en las que un carácter (semillas amarillas, semillas verdes, flores rojas, etc.,…) se conserva a lo largo de varias generaciones sin variación alguna. Estas líneas puras constituyeron la generación parental (P). 

Cruzó entonces, por fecundación cruzada, dos líneas puras que diferían en un carácter. El cruzamiento dio lugar a híbridos que eran todos iguales para el carácter en estudio (color de la semilla en el ejemplo), pero que eran además iguales a uno de los progenitores. Estos híbridos constituyeron la primera generación filial (F1).

Mendel explicó este resultado diciendo que una característica (color amarillo) predominaba sobre la otra (color verde), y propuso el término dominante para designar el factor que se manifestaba en el híbrido, y recesivo para referirse al de la variante que permanecía oculto. Y enunció la primera ley o ley de la uniformidad:

 “Si se cruzan dos líneas puras que difieren en un carácter, la primera generación filial es uniforme; y está formada por individuos idénticos que presentan sólo uno de los caracteres alternativos paternos”.

Si bien Mendel no podía saber qué eran exactamente los factores hereditarios, hoy podemos explicar la primera ley a la luz de la genética moderna: tomamos el alelo A como alelo dominante (color amarillo) y el alelo a como recesivo (color verde). Sabiendo que cada individuo diploide dispone de dos alelos en cada uno de sus cromosomas homólogos, y que estos se separan se separan tras la formación de los gametos en la meiosis, se deducen tales resultados.

Segunda ley de Mendel: ley de la segregación

A continuación Mendel autofecundó plantas de la F1 y observó que la descendencia, la segunda generación filial (F2), no era uniforme, y que la variante del carácter que no aparecía en la primera generación (el recesivo parental: color verde) reaparecía en la segunda; y siempre en una relación numérica sencilla: un individuo recesivo (color verde) por cada tres individuos dominantes (color amarillo).

Y enunció la segunda ley de Mendel o ley de la segregación independiente de los caracteres:

“Los factores que se transmiten de generación en generación se separan (segregan) en los parentales y se unen al azar en los descendientes para definir las características de los nuevos individuos”.

Retrocruzamiento o cruzamiento prueba

Si el gen dominante impide la expresión del recesivo ¿cómo se podrá averiguar por medio de cruzamientos si un individuo cuyo fenotipo corresponde al gen dominante es homocigótico o heterocigótico? Es decir ¿cómo sabremos si una planta de guisantes amarillos es AA o Aa?

Para ello se realiza un cruce entre un homocigótico recesivo (aa) con el individuo a desenmascarar (A_). Si aparecen fenotipos determinados por genes recesivos el individuo problema es heterocigótico. En caso contrario, es homocigótico.

Tercera ley de Mendel: ley de la segregación independiente

Mendel había estudiado como se transmite un carácter y se preguntó si la herencia de uno influiría en la de otro carácter. Cruzó dihíbridos, es decir, progenitores que se diferenciaban en dos caracteres: semillas amarillas y lisas (AABB) con semillas verdes y rugosas (aabb) y obtuvo los siguientes resultados.

Al sumar las proporciones de los caracteres por separado se mantenía la segregación fenotípica para un solo carácter (3:1)

Por lo que Mendel concluyó que no hay interferencias entre la herencia de ambos y enunció la tercera ley de Mendel o ley de la segregación independiente: 

“Si se consideran dos caracteres simultáneamente, las segregaciones de los factores genéticos no interfieren entre sí; es decir, los factores que determinan un carácter se heredan independientemente de los que determinan el otro”.

4. Mendelismo complejo

La herencia de muchos caracteres es muy compleja y no es posible explicarla con la aplicación directa del principio “un gen, un carácter”. En muchos casos existe una interacción génica en virtud de la cual ciertos genes interfieren o afectan la expresión de otros, alterando las proporciones fenotípicas esperadas según las leyes de Mendel. Al conjunto de variaciones del modelo mendeliano, pero que se basan en él, se le denomina mendelismo complejo.

Herencia intermedia (dominancia intermedia)

Los individuos heterocigóticos presentan un fenotipo intermedio de los fenotipos parentales. Por ejemplo, el cruzamiento de una planta que presente dos líneas puras de flores rojas y flores blancas con herencia intermedia dará lugar a una descendencia F1 de flores rosas. En la F2 la proporción fenotípica será 1:2:1 (rojas, rosas y blancas, respectivamente).

Codominancia

Los dos alelos se manifiestan puesto que ninguno es dominante sobre el otro. El fenotipo del heterocigótico presenta características de ambos parentales. Por ejemplo, en el grupo sanguíneo AB0 existen 3 alelos distintos: I A , I B e i. Los individuos del grupo AB son I A I B ya que ambos alelos son codominantes.

Alelismo múltiple

En la población de una especie existen más de 2 variantes alélicas para un determinado locus de un gen. Al conjunto de alelos se le denomina serie alélica. Por ejemplo, nuevamente, el grupo sanguíneo AB0. Existen 3 alelos distintos: I A , I B e i. Los individuos del grupo A son homocigóticos I A I A o heterocigóticos I A i; los individuos del grupo B son homocigóticos I B I B o heterocigóticos I B i; los individuos AB son heterocigóticos I A I B y los individuos 0 son homocigóticos ii.

Letalidad

Un alelo es letal cuando su presencia en el genotipo provoca la muerte del individuo antes de la madurez sexual, o sea, antes de la posibilidad de reproducción y consiguiente transmisión genética. Un ejemplo es el alelo que determina el color del pelo amarillo (A) en los ratones. Este alelo es dominante sobre el que determina el color oscuro (a). Al cruzar dos ratones heterocigóticos amarillos (Aa) las proporciones fenotípicas de F1 son 2:1 (amarillos y oscuros, respectivamente). Se debe a que el alelo A es letal en homocigosis (AA) y estos individuos mueren, alterando la proporción fenotípica mendeliana 3:1 esperada.

Epistasia

Consiste en el enmascaramiento del fenotipo correspondiente a un gen, llamado gen hipostático, por el fenotipo de otro, no alelo del primero, llamado gen epistático. Por ejemplo, una planta contiene un gen que determina la ausencia de pétalos, cuyo alelo P domina sobre p, que determina su presencia (P > p). Otro gen determina el color, con un alelo dominante (R), rojo, y otro alelo recesivo (r), blanco. La proporción fenotípica del cruzamiento PpRr será 12:3:1, alterando las proporciones del principio de combinación independiente (9:3:3:1) de la tercera ley de Mendel dado que no hay pétalos sobre los que pueda actuar el gen del color. El gen epistático (Pp) enmascara al gen hipostático (Rr).

Ligamiento y recombinación

Dos genes están ligados cuando se sitúan en el mismo cromosoma. En este caso tienden a heredarse juntos, no segregan independientemente (no se cumple la tercera ley de Mendel). Por ejemplo, si en un cromosoma se sitúan los alelos AB y en su cromosoma homólogo los alelos ab, se formarán gametos AB y gametos ab como resultado de la meiosis (los dos genes están ligados y se heredan juntos). Sólo se formarán gametos Ab y aB si se produce entrecruzamiento (intercambio de fragmentos de cromosomas homólogos). El resultado del entrecruzamiento es la recombinación genética, es decir, la formación de nuevas combinaciones de alelos (Ab y aB). Los gametos que llevan estas nuevas combinaciones se llaman gametos recombinantes.

Herencia ligada al sexo

Los genes de determinación sexual se localizan en unos cromosomas especiales llamados cromosomas sexuales. En la especie humana, las hembras tienen 2 cromosomas X (XX: sexo homogamético) y los varones un cromosoma X y otro Y (XY: sexo heterogamético). En la hembra, los cromosomas X son homólogos. En el varón, solamente un pequeño fragmento del Y tiene homología con una parte del X (segmento homólogo) y el resto carece de ella (segmento diferencial). Los genes situados en el segmento diferencial de los cromosomas X o Y son genes ligados al sexo (no presentan homólogos). Estos genes representan una variación del modelo mendeliano, ya que, en el varón, se expresarán siempre, aunque su alelo sea recesivo. Existen varios tipos de herencia ligada al sexo:

Herencia dominante ligada al cromosoma X.

Todos los portadores del gen con el alelo dominante expresarán dicho fenotipo. Las diferencias se perciben en la descendencia según el transmisor de dicha variante alélica sea el padre o la madre. Un padre enfermo con una enfermedad ligada al cromosoma X transmitirá su enfermedad a todas sus hijas pero no a sus hijos.

Herencia recesiva ligada al cromosoma X

Los hombres expresarán la variante alélica recesiva del gen siempre que lo tengan puesto que sólo poseen un cromosoma X. Las mujeres solo lo harán en caso de homocigosis. Es el caso del daltonismo y de la hemofilia.

Herencia ligada al cromosoma Y

Los caracteres cuyos genes se encuentren situados en el cromosoma Y sólo se transmiten de varón a varón, es decir, la herencia es holándrica. Es el caso de la ictiosis (enfermedad cutánea en que la piel se vuelve seca y escamosa) y de la presencia de pelos en las orejas.

Herencia influida por el sexo

La expresión fenotípica de los genes depende del sexo del portador. En el caso de la calvicie en el ser humano, el gen actúa como dominante en el varón y como recesivo en la hembra, es decir, la calvicie está determinada por un par de alelos con variación en la dominancia.

5. Mutaciones

El material genético puede sufrir cambios de todo tipo, desde la modificación de un solo eslabón de la cadena de ADN hasta variaciones en el número de juegos cromosómicos. Se llama mutación, en un sentido amplio, a cualquier cambio genético. Las mutaciones constituyen la fuente primaria de variabilidad genética que es la base de la evolución. Según el material genético afectado, las mutaciones se pueden clasificar en dos grupos:

Mutación génica

Un gen cambia por la aparición de un nuevo alelo. Las variantes alélicas han aparecido precisamente por mutación y afectan como mínimo a un par de nucleótidos (bases nitrogenadas). Se suelen denominar mutaciones puntuales.

Mutación cromosómica

El cambio se produce en el cromosoma. Si los cromosomas afectados son sexuales, se llaman mutaciones gonosómicas, y si afectan a resto, mutaciones autosómicas. Existen dos tipos de mutaciones cromosómicas:

Mutaciones cromosómicas estructurales. El cambio se produce en la estructura del cromosoma

Mutaciones cromosómicas numéricas. El cambio se produce en el número de cromosomas

El número de cromosomas de un juego se denomina número monoploide . Un organismo diploide dispone de 2 juegos cromosómicos (2n). La euploidía es una variación que afecta a todo el juego cromosómico. Un individuo que en lugar de tener 2n cromosomas (diploide) tiene 3n cromosomas es triploide y sufre de euploidía (poliploidía). Existen casos de tetraploidía (4n). 

Los organismos diploides disponen de un par de cromosomas homólogos, cada uno procedente de uno de los dos progenitores. La aneuploidía es una variación que afecta al número de cromosomas. La eliminación de un par de cromosomas homólogos produce nulisomía (2n-2); si desaparece sólo uno de los cromosomas homólogos produce monosomía (2n-1), y si aparece un cromosoma extra produce trisomía (2n+1). Existen casos de tetrasomía (2n+2) y pentasomía (2n+3).