Tema 2: Herencia Monogénica y Multifactorial PDF

GENÉTICA Grado en Biomedicina Curso 1º Ve más allá  T2 Herencia monogenética y multifactorial © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 2 ...

GENÉTICA Grado en Biomedicina Curso 1º Ve más allá  T2 Herencia monogenética y multifactorial © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 2  Índice  Tema 2  Leyes de Mendel.  Factores que afectan al patrón de herencia monogénica.  Componentes genéticos de la herencia multifactorial  Correlación genotipo-fenotipo 3 © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  Las leyes de Mendel se aplicarán a cualquier eucariota que tenga una meiosis regular © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 4  Experimentos de Mendel Trabajos:1856 – 1868 Publicación en 1865 (pasan desapercibidos hasta 1900) Pissum sativum © Copyright Universidad Europea. 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Todos los derechos reservados 6  El éxito de Mendel se puede atribuir a varios factores Las siete características del guisante que decidió estudiar, evitando las que 1 mostraban un rango de variación: estudió CARACTERES CUALITATIVOS que existían en dos formas fácilmente distinguibles textura colores ,. · homocigatos Cruces genéticos de líneas puras: disponía de variedades de plantas de guisante 2 que diferían en varios rasgos y eran genéticamente puras (HOMOCIGOTOS) 3 Interpretó los resultados utilizando LAS MATEMÁTICAS © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 7  Caracteres Estudiados · no estudiar específicamente Cada uno tiene su base molecular: La planta es alta o baja en función de la producción de giberelina, una hormona de crecimiento vegetal, la semilla es lisa o rugosa dependiendo de la presencia o ausencia de determinadas enzimas… © Copyright Universidad Europea. 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MENDEL dedicó un tiempo a comprobar si todas las plantas de una misma cepa y la descendencia que de cada una de ellas obtenía por autofecundación eran uniformes para el carácter estudiado (monocigoticas). Una vez hecho esto, Mendel estuvo en condiciones de iniciar sus experimentos © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 10  CRUZAMIENTOS RECÍPROCOS Y RETROCRUZAMIENTOS El cruzamiento inicial lo llevaba a cabo en las dos x direcciones posibles, es decir, en un caso utilizaba como donador de polen al P2 y en otro al P1, realizó cruzamientos recíprocos: x Polen Nopolen Polen Nopolen P1 x P2 y P2 x P1 Además, llevó a cabo Retrocruzamientos, es decir, cruzamientos de los híbridos de la 1ª generación x filial (F1) por los dos parentales utilizados, en las dos direcciones posibles: F1 x P2 y P2 x F1 F1 x F1 x P1 y P1 x F1 © Copyright Universidad Europea. 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Todos los derechos reservados 14  En la primavera siguiente Mendel plantó las semillas de 253 plantas de la F1, cultivó las plantas, Medel cruzó dos dejó que se autofecundaran, lo que produjo la variedades homocigotas SEGUNDA GENERACIÓN FILIAL (F2), de donde estudió 7324 semillas. CONCLUSIÓN 1 Todas las semillas de la F1 fueron redondas. Permitió la Los rasgos de las plantas autofecundación de estas plantas parentales no se mezclan. Aunque las plantas F1 ¾ de las semillas muestran el fenotipo de un de la F2 fueron apareció de nuevo el rasgo rugoso lisas y ¼ solo padre, ambos rasgos rugosas. Proporción 3:1 aparecen en la progenie F2 en una relación 3:1 © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 15  ¿QUÉ REVELAN LOS CRUZAMIENTOS DE MONOHÍBRIDOS? Si bien las plantas de la F1 presentaban Mendel cruzó una planta homocigota para el carácter de semilla redonda (RR) con una el fenotipo de uno solo de sus planta homocigota para el carácter rugoso progenitores, debían heredar los factores (rr) genéticos de ambos porque les transmitían los dos fenotipos a la generación F2. Mendel CONCLUYÓ (2ª) que CADA PLANTA DEBÍA POSEER DOS FACTORES LOS DOS ALELOS DE CADA PLANTA SE GENÉTICOS CODIFICANTES SEPARABAN cuando se formaban los gametos, PARA UNA CARACTERÍSTICA: y CADA ALELO SE DIRIGÍA A UN GAMETO alelos © Copyright Universidad Europea. 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Lisas × Rugosas 2,96:1 Lisas 1.850 rugosas Todas 6022 amarillas 2. Amarillas × Verdes 3,01:1 Amarillas 2001 verdes Todas 705 púrpura 3. Púrpura × Blancas 3,15:1 Púrpuras 224 blancas 4. Hinchadas × Todas 882 hinchadas 2,95:1 Hendidas Hinchadas 299 hendidas Todas 428 verdes 5. Verdes × Amarillas 2,82:1 Verdes 152 amarillas Todas 651 axiales 6. Axiales × Terminales 3,14:1 Axiales 207 terminales Todas 787 altas 7. Altas × Bajas 2,84:1 Altas 277 bajas En F1 nunca se observaba el carácter recesivo. ¿Por qué? Eran heterocigotas © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 26  CRUZAMIENTO PRUEBA Y RETROCRUZAMIENTO Un CRUZAMIENTO DE PRUEBA es un retrocruzamiento donde se utiliza un parental homocigótico recesivo aa. Este tipo de retrocruzamiento nos sirve para diferenciar individuos homocigóticos de heterocigóticos. Ejemplo: tenemos una planta de guisantes alta sin ninguna información sobre sus progenitoras. Dado que el fenotipo “alto” (T) es dominante sobre “bajo” (t), el genotipo de nuestra planta podría ser TT o bien Tt. gametos Conclusión: este resultado sólo es posible gametos si la planta alta tiene un genotipo Tt TT? Tt? tt © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 27  Se cruza el heterocigoto con el homocigoto recesivo Cruzamiento Prueba Permite distinguir entre el genotipo de 2 plantas fenotípicamente iguales, y saber si es homocigoto dominante o heterocigoto ¿AA ó Aa? x x © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 28  Se cruza el heterocigoto con el homocigoto recesivo Cruzamiento Prueba Permite distinguir entre el genotipo de 2 plantas fenotípicamente iguales, y saber si es homocigoto dominante o heterocigoto ¿AA ó Aa? x x Si la descendencia es 1 : 1 Será heterocigoto © Copyright Universidad Europea. 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Todos los derechos reservados 30  El principio de segregación indica que los alelos de cada locus se separan y que un alelo de cada locus pasa a cada gameto Al unirse estos dos tipos de gametos se produce una F1 en que todos los individuos poseen genotipo Rr Yy. Dado que el liso es dominante sobre el rugoso, y el amarillo sobre el verde, el fenotipo de toda la F1 será liso y amarillo © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 31  9 2 3 H Cada par de alelos puede separarse de dos maneras: 1- R se separa junto con Y, y r se separa junto Cuadro de Punnet con y, dando lugar a los gametos RY y ry 2- R se separa junto con y y r se separa junto con Y, dando lugar a los gametos Ry y rY 5 El principio de la segregación independiente dice que los alelos de cada locus se separan en forma independiente; es decir, ambos tipos de separación pueden ocurrir igualmente y los 4 tipos de gametos pueden producirse: RY, ry, Ry, rY © Copyright Universidad Europea. 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Excepto en el caso de la Dominancia completa en el que la segregación en F2 es 3/4 A y 1/4 a, en las demás situaciones (Dominancia intermedia y codominancia) la segregación es 1/4 AA, 1/2 Aa y 1/4 aa y en la F2, el genotipo y fenotipo coinciden © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 39  DOMINANCIA INTERACCION ENTRE LOS GENES DE UN MISMO LOCUS Tipo de dominancia Definición Dominancia completa El fenotipo del heterocigoto es igual a de uno de los homocigotos Dominancia incompleta El fenotipo del heterocigoto es intermedio (cae dentro del espectro) entre los fenotipos de los dos homocigotos Codominancia El fenotipo del heterocigoto incluye los fenotipos de ambos homocigotos © Copyright Universidad Europea. 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Grave anomalía en el almacenamiento de lípidos (hexosaminidasa) no degradan correctamente los gangliósidos que se acumulan y degeneran el SNC. Homocigotos recesivos—recién nacidos mueren del primer al tercer año de vida Homocigotos dominantes : individuos normales Heterozigotos-sólo tienen una copia del gen son fenotípicamente normales. Expresan aproximadamente el 50% de actividad con respecto a los homocigotos pero suficiente para mantener una función bioquímica normal. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 43  Codominancia (se expresan los dos alelos) El fenotipo del heterocigoto expresa simultáneamente los fenotipos de los dos homocigotos. Ejemplo: sistema ABO de grupos sanguíneos. Las personas heterocigóticas con sangre del tipo AB presentan simultáneamente los antígenos A y B, de manera que ambos alelos se están expresando en el heterocigoto Para algunos loci existen más de dos alelos dentro de un grupo de individuos, el locus tiene alelos Los alelos múltiples en un locus producen una múltiples. Sin embargo, el genotipo de cada mayor variedad de genotipos y fenotipos que dos individuo diploide consiste en sólo dos alelos alelos Un sistema de alelos múltiples es el correspondiente al locus que determina el grupo sanguíneo y codifica antígenos eritrocíticos. Los tres alelos comunes para el locus AB0 son: IA = IB; IA: codifica el antígeno A Relaciones de dominancia IA > i; IB: codifica el antígeno B IB > i i: codifica la ausencia de antígeno (0) Los alelos A y B son dominantes sobre el alelo i y codominantes entre sí © Copyright Universidad Europea. 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En cada locus existen dos alelos codominantes y se pueden observar individuos heterocigotos (Aa) con dos isoenzimas en el locus A,a, e individuos homocigotos (AA y aa) con una sola isoenzima. Lo mismo para B,b. Por tanto, hay individuos que pueden presentar cuatro isoenzimas distintas al mismo tiempo, como los diheterocigotos AaBb © Copyright Universidad Europea. 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Ocurre a menudo cuando los genes afectan una serie de pasos en una ruta bioquímica - Alelo Epistático: Alelo que evita o anula la expresión de otro/s en otro/s locus/i. - Alelo Hipostático: Alelo/s enmascarado/s © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 48  · generación parental Ejemplo: interacción génica en la que los genes de dos · Ruta Metabólica loci (Y y C) interaccionan para producir una única El locus Y codifica la característica: color del fruto enzima que cataliza Vía bioquímica de síntesis de carotenoides del pimiento Capsicum este paso en la vía · gen annuum epistaties El locus C controla La interacción génica surge este paso como consecuencia de que el producto de una enzima La cantidad de pigmento determina el afecta al sustrato de otra variedad de colores color del pimiento enzima © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 49  x Y+ y y Y+y yy ½ Y+y y Y+y yy ½ yy C+ c c C+c cc ½C+c c C+c cc ½ cc © Copyright Universidad Europea. 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Una mutación patogénica en un gen tiene un solo efecto primario: produce una alteración en el ARN o en la proteína resultante. Pero este defecto primario puede originar diversas consecuencias. Suele ser muy frecuente © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 53  PLEIOTROPÍA: anemia falciforme Cambio de un nucleótido en el DNA del gen de ADN hemoglobina ADN hemoglobina la hemoglobina normal mutante Insuficiencia cardíaca transportar oxígeno & Producción de hemoglobina S Disminución del número de en lugar de la A hematíes, debido a su extrema fragilidad. mRNA mRNA Anoxia de tejidos, Bajos niveles de Oxígeno provocada por el esfuerzo. Obstrucción y desgarro de Agregación de la hemoglobina S para Hemoglobina Hemoglobina venas normal falciforme formar estructuras casi cristalinas en Disminución de aguja en los glóbulos rojos hemoglobina. media luna Crisis vaso-oclusivas Distorsión de los glóbulos rojos, adquieren forma de hoz (falciforme) © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 54  PLEIOTROPÍA: síndrome de Marfan ↳> fibrilina. (proteinal El Síndrome de Marfan, gen FBN1-cromosoma 15, que determina la producción de una proteína denominada fibrilina. Hay gran variedad de cambios (mutaciones) en este gen que puede causar el síndrome, lo que explicaría la gran variabilidad de afectación de las personas. La fibrilina está distribuida en muchos tejidos del organismo, por lo que se esperarían efectos múltiples (cristalino - dislocación, huesos – huesos largos, muy largos, revestimiento de vasos sanguíneos – aneurisma aórtico) © Copyright Universidad Europea. 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Genes deletéreos: genes que no producen la muerte pero sí una disminución en la capacidad de supervivencia o de reproducción. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 59  HERENCIA POLIGÉNICA O MULTIFACTORIAL © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 60  REPASANDO: HERENCIA MONOGÉNICA o Mendeliana: gen hererads por un sols gen. - La herencia de una característica está controlada por un gen en particular. - Para cada enfermedad monogénica hay una mutación. escor, altura del tallo & de una. noja - Los caracteres son de naturaleza cualitativa, es decir, caracteres de fácil clasificación en diferentes categorías fenotípicas (variabilidad discontinua). © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 61  HERENCIA POLIGENICA - Los rasgos de un organismo están determinados por varios genes. - Su fenotipo se debe al efecto aditivo de los genes que determinan la característica. - Los rasgos de herencia poligénica son llamados también caracteres cuantitativos. - Se distribuyen según una curva en forma de campana de Gauss llamada distribución normal, en donde se encuentran individuos con características extremas y una gran cantidad en el centro, con características intermedias entre los dos progenitores. - El ambiente también influye en la variabilidad fenotípica que podemos observar © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 62  HERENCIA CUALITATIVA vs HERENCIA CUANTITATIVA  CARACTERES CUANTITATIVOS:  CARACTERES CUALITATIVOS: Variación continua Variación discontinua Muchos fenotipos posibles 1 genotipo → 1 fenotipo Herencia poligénica aditiva excepciones: penetrancia, expresividad, pleiotropía, epistasias… Herencia multifactorial FENOTIPO = GENOTIPO + AMBIENTE © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 63  HERENCIA POLIGENICA Experimento de Nilsson-Ehle (1909) Se cruzaron dos variedades de trigo puras (Triticum aestivum) que diferían en el color de los granos de trigo: rojo y blanco. La F1 era intermedia en color y al cruzarla entre sí obtuvo al menos 7 clases de color en la F2. ¿Cómo explicarlo sobre una base mendeliana? Rojo X Blanco P AA aa Hipótesis más simple F1 Color intermedio Supongamos control del carácter por un gen Aa con dos alelos sin dominancia F2 Rojo : Intermedio : Blanco AA Aa aa A = añade color rojo a = no añade color rojo 1: 2: 1 El fenotipo (color) lo determina el nº de alelos dominantes en el genotipo © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 64  HERENCIA POLIGENICA Experimento de Nilsson-Ehle (1909) Se cruzaron dos variedades de trigo puras (Triticum aestivum) que diferían en el color de los granos de trigo: rojo y blanco. La F1 era intermedia en color y al cruzarla entre sí obtuvo al menos 7 clases de color en la F2.  Supongamos dos genes con dos alelos cada uno: el número de alelos dominantes es el que condiciona la cantidad de color  La intensidad del color rojo depende del número de alelos mayúsculas (que son los que producen el pigmento rojo) Rojo Blanco P AABB x aabb Color intermedio F1 (Rojo medio) AaBb Rojo oscuro : Rojo medio oscuro : Rojo medio : Rojo claro : Blanco F2 (4 mayúsc.) : (3 mayúsculas) : (2 mayúsc.) : (1 mayúsc): (0 mayúsculas) © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 65  HERENCIA POLIGENICA Experimento de Nilsson-Ehle (1909) Se cruzaron dos variedades de trigo puras (Triticum aestivum) que diferían en el color de los granos de trigo: rojo y blanco. La F1 era intermedia en color y al cruzarla entre sí obtuvo al menos 7 clases de color en la F2.  Supongamos dos genes con dos alelos cada uno: el número de alelos dominantes es el que condiciona la cantidad de color  La intensidad del color rojo depende del número de alelos mayúsculas (que son los que producen el pigmento rojo) Rojo Blanco P AABB x aabb Color intermedio F1 (Rojo medio) AaBb Rojo oscuro : Rojo medio oscuro : Rojo medio : Rojo claro : Blanco F2 AABB AaBB AaBb Aabb aabb AABb AAbb aaBb aaBB © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 66  HERENCIA POLIGENICA Experimento de Nilsson-Ehle (1909) Se cruzaron dos variedades de trigo puras (Triticum aestivum) que diferían en el color de los granos de trigo: rojo y blanco. La F1 era intermedia en color y al cruzarla entre sí obtuvo al menos 7 clases de color en la F2.  Supongamos dos genes con dos alelos cada uno: el número de alelos dominantes es el que condiciona la cantidad de color  La intensidad del color rojo depende del número de alelos mayúsculas (que son los que producen el pigmento rojo) Rojo Blanco P AABB x aabb Color intermedio F1 (Rojo medio) AaBb F2 © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 67  HERENCIA POLIGENICA Experimento de Nilsson-Ehle (1909) frecuencia frecuencia color color 1 gen 2 genes 1:2:1 1:4:6:4:1 F2 (3 fenotipos) (5 fenotipos) © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 68  HERENCIA POLIGENICA Experimento de Nilsson-Ehle (1909) ¿Y si fueran 3 genes? P AABBCC x aabbcc F1 AaBbCc x AaBbCc 8 gametos: 8 gametos: ABC ABC ABc ABc AbC AbC aBC aBC Abc Abc aBc aBc abC abC abc abc 64 combinaciones posibles © Copyright Universidad Europea. 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Todos los derechos reservados 71  HERENCIA POLIGENICA Estos experimentos demuestran que varios genes distintos pueden codificar un mismo carácter, cuyo fenotipo depende de la suma de los genes que lo codifican POLIGENES Conjunto de genes que codifican un carácter. No presentan dominancia completa entre sí; el fenotipo depende del nº de genes de efecto pequeño que añaden valores + al carácter. Así, en un carácter determinado por 5 loci cuantitativos (poligenes)  genotipos respecto al nº de alelos + (de 10 alelos (+) a 0 alelos (+)). Los poligenes pueden estar en el mismo o en diferentes cromosomas © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 72 © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 73