12 A AA Principios mendelianos y extensiones Aa

1/2 A AA Principios mendelianos y extensiones Aa 1/2 a Aa aa Razón genotípica 1/4 AA 1/2 Aa 1/4 aa Dr. Antonio Barbadilla 1 Razón fenotípica 3/4 A 1/4 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 (altobajo, 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

Polinización cruzada Dr. Antonio Barbadilla 8 Autofecundación Método de cruzamiento empleado por Mendel Tema 3: Principios mendelianos y extensiones 8

Resultados de todos los cruzamientos monohíbridos de Mendel 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 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 A 1/4 aa Tema 3: Principios mendelianos y extensiones 11

Cruce dihíbrido 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 dihíbrido 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: Transmisión independiente Durante la formación de los gametos la segregación de alelos de un gen es independiente de la segregación 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 a. B 1/4 ab 1/4 AB AABB AAb. B Aa. Bb 1/4 Ab AABb AAbb Aab. B Aabb 1/4 a. B Aa. Bb aa. BB aa. Bb 1/4 ab Aa. Bb Aabb aa. Bb aabb Dr. Antonio Barbadilla 15 Razón genotípica AABB Aabb aa. BB 1/16: aabb Aa. Bb AABb 1/16: 4/16: 2/16: aa. Bb Aa. BB Aabb 2/16: 2/16 Razón fenotípica 9/16 A-B- 3/16 A-bb 3/16 aa. B- 1/16 aabb Tema 3: Principios mendelianos y extensiones 15

Segunda ley de Mendel: Cruce trihíbrido P AABBCC x aabbcc F 1 Aa. Bb. Cc x Aa. Bb. Cc ABC ABc Ab. C Abc a. BC a. Bc ab. C abc ABC AABBCc AABb. CC AABb. Cc Aa. BBCC Aa. BBCc Aa. Bb. CC Aa. Bb. Cc ABc AABBCc AABBcc AABb. Cc AABbcc Aa. BBCc Aa. BBcc Aa. Bb. Cc Aa. Bbcc Ab. C AABb. Cc AAbb. CC AAbb. Cc Aa. Bb. CC Aa. Bb. Cc Aabb. CC Aabb. Cc Abc AABb. Cc AABbcc AAbb. Cc AAbbcc Aa. Bb. Cc Aa. Bbcc Aabb. Cc Aabbcc a. BC Aa. BBCc Aa. Bb. CC Aa. Bb. Cc aa. BBCC aa. BBCc aa. Bb. CC aa. Bb. Cc a. Bc Aa. BBCc Aa. BBcc Aa. Bb. Cc Aa. Bbcc aa. BBCc aa. BBcc aa. Bb. Cc aa. Bbcc ab. C Aa. Bb. Cc Aabb. CC Aabb. Cc aa. Bb. CC aa. Bb. Cc aabb. CC aabb. Cc abc Aa. Bb. Cc Aa. Bbcc Aabb. Cc Aabbcc aa. Bb. Cc aa. Bbcc aabb. Cc aabbcc Dr. Antonio Barbadilla 16 Tema 3: Principios mendelianos y extensiones 16

Segunda ley de Mendel: Cruce trihíbrido P AABBCC x aabbcc F 1 Aa. Bb. Cc x Aa. Bb. Cc ABC ABc Ab. C Abc a. BC a. Bc ab. C abc ABC AABBCc AABb. CC AABb. Cc Aa. BBCC Aa. BBCc Aa. Bb. CC Aa. Bb. Cc ABc AABBCc AABBcc AABb. Cc AABbcc Aa. BBCc Aa. BBcc Aa. Bb. Cc Aa. Bbcc Ab. C AABb. Cc AAbb. CC AAbb. Cc Aa. Bb. CC Aa. Bb. Cc Aabb. CC Aabb. Cc Abc AABb. Cc AABbcc AAbb. Cc AAbbcc Aa. Bb. Cc Aa. Bbcc Aabb. Cc Aabbcc a. BC Aa. BBCc Aa. Bb. CC Aa. Bb. Cc aa. BBCC aa. BBCc aa. Bb. CC aa. Bb. Cc a. Bc Aa. BBCc Aa. BBcc Aa. Bb. Cc Aa. Bbcc aa. BBCc aa. BBcc aa. Bb. Cc aa. Bbcc ab. C Aa. Bb. Cc Aabb. CC Aabb. Cc aa. Bb. CC aa. Bb. Cc aabb. CC aabb. Cc abc Aa. Bb. Cc Aa. Bbcc Aabb. Cc Aabbcc aa. Bb. Cc aa. Bbcc aabb. Cc 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 ados • 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 AB 0 • A=B>0 • Fenotipo ABAB 0 Genotipo AA ó A 0 BB ó B 0 AB 00 • Color pelaje conejo C+ > Cch > Ch > c C+ Salvaje Cch 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. BRCA 2 Individual Individual Individual 1 2 3 4 5 6 7 8 9 acgtagcatcgtatgcgttagacgggggggtagcaccagtacag acgtagcatcgtatgcgttagacggggtggtagcaccagtacag acgtagcatcgtatgcgttagacggcggggtagcaccagtacag acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacag 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 debe suele ser distinto? posiblemente a un nucleótido (o a unos pocos) que sería el verdadero genotipo que causa los diferentes fenotipos Indiv 1 Secuencia 1 Indiv 1 Secuencia 2 Secuencia nucleotídica de una región del gen A en distintos individuos acgtagcatcgtatgcgttagacgggggggtagcaccagtacag acgtagcatcgtatgcgttagacggggtggtagcaccagtacag Genotipo AA = aa -> Fenotipo A Alelo A = a Alelo a = t 1 acgtagcatcgtatgcgttagacgggggggtagcaccagtacag Indiv 2 Secuencia 2 acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacag Genotipo Aa = at -> Fenotipo A Indiv 3 Secuencia 1 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag Indiv 3 Secuencia 2 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 F 2 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 (Igf 2) 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) P 1 F 2 Dr. Antonio Barbadilla 27 Tema 3: Principios mendelianos y extensiones 27

Cruce dihíbrido con ausencia de dominancia 1/4 A 1 B 1 1/4 A 1 B 2 1/4 A 2 B 1 1/4 A 2 B 2 Razón genotípica ? 1/4 A 1 B 1 A 1 A 1 B 1 B 1 1/4 A 1 B 2 1/4 A 2 B 1 1/4 A 1 B 2 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 F 1 2 4 8 2 n Proporción de homocigotos recesivos en la F 2 1/4 1/16 1/64 (¼) n Número de fenotipos distintos de la F 2 suponiendo dominancia completa 2 4 8 2 n 3 9 27 Número de genotipos distintos de la F 2 (o fenotipos si no hay dominancia) 3 n Dr. Antonio Barbadilla 29 Tema 3: Principios mendelianos y extensiones 29

Relación genotipo-fenotipo: Variación 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

Relación genotipo-fenotipo: Niveles de dominancia Hb. A: Normal. Hb. S: Anemia grave. Hb. AHb. S: No anemia Dr. Antonio Barbadilla 32 Tema 3: Principios mendelianos y extensiones 32

Relación 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 carácter piel manchada en perros. Tema 3: Principios mendelianos y extensiones 37

Caracteres determinados por más de un gen Dr. Antonio Barbadilla 38 Tema 3: Principios mendelianos y extensiones 38

Caracteres determinados por más de un gen Dr. Antonio Barbadilla 39 Tema 3: Principios mendelianos y extensiones 39

Interacción entre genes: dos o más 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 aa. B- 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 B 3 en el hongo del pan Neurospora crassa) Dr. Antonio Barbadilla 42 Tema 3: Principios mendelianos y extensiones 42

Genética bioquímica: 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

Genética bioquímica: Relación concentración enzima y producto final Dr. Antonio Barbadilla 45 Tema 3: Principios mendelianos y extensiones 45