Leccin 9 Interacciones gnicas efecto del medio ambiente

Lección 9 Interacciones génicas, efecto del medio ambiente y caracteres cuantitativos

¿UN GEN-UN FENOTIPO? • Muchos miles de genes en el genoma y en muchos casos varios genes influyen sobre un fenotipo. • Efecto del ambiente sobre el paso genfenotipo. • Un gen puede afectar a varios fenotipos: PLEIOTROPÍA

PLEIOTROPÍA Mutantes en los genes Hox 13 carecen de dedos y de la salida del aparato urinario (vejiga, uretra y genitales externos). Relación con el síndrome “mano-pie-genital” humano Los genes Hox 13 se expresan en dedos y genitales externos

EL GEN TOLL Moscas Toll- sensibles a infecciones fúngicas (llegan a adultas porque es un alelo termosensible) Embriones Toll- con problemas en el patrón dorso-ventral

SERIES ALÉLICAS • Varias variantes heredables de un carácter • ¿Son alelos de un mismo locus o corresponden a varios genes?

PRUEBA DE COMPLEMENTACIÓN Tres mutantes recesivos que afectan al color de la flor ¿tres genes? El mismo gen Distintos genes

PRUEBA DE COMPLEMENTACIÓN Análisis de recombinación: -Dos mutaciones del mismo gen, loci estarán estrechamente ligados -Dos mutaciones de distintos genes, no tienen por qué estar muy ligados

SERIES ALÉLICAS Tipos de alelos en relación con el de referencia (silvestre): – – – Amorfos o nulos Hipomorfos o rezumantes Hipermorfos Neomorfos Isoalelos Alelos favorables, desfavorables y neutros Genes monomórficos y polimórficos

DOS GENES, UN CARÁCTER: EPISTASIAS Fucosa Precursor FUT 1 Sustancia H Mutante homocigoto FUT 1 - (fenotipo Bombay) no producen sustancia H: no pueden actuar IA o IB FUT 1 - en homocigosis enmascara la expresión de IA o IB es EPISTÁTICO sobre ellos

DOS GENES, UN CARÁCTER: EPISTASIAS No sale la segregación clásica 9: 3: 3: 1 pero NO es debido a ligamiento entre los loci Es típico que se mezclen clases fenotípicas pero debajo sigue estando la 9: 3: 3: 1 porque los loci siguen segregando de forma independiente Hay cierta confusión en la nomenclatura

EPISTASIAS Eumelanina Tyr Feomelanina Tirosinasa (C) Pelo agutí A Pelo negro aa cc enmascara el fenotipo de los alelos del otro locus EPISTASIA RECESIVA (9: 3: 4)

EPISTASIAS A enmascara el fenotipo de los alelos del otro locus EPISTASIA DOMINANTE (12: 3: 1)

EPISTASIAS Gen w 1+ Gen w 2+ Para que aparezca uno de los fenotipos debe estar presente al menos un alelo dominante de cada locus w 1 w 1 o w 2 w 2 enmascaran el fenotipo de los alelos dominantes EPISTASIA DOBLE RECESIVA (9: 7) (COMPLEMENTACIÓN)

EPISTASIAS A o B enmascaran el posible efecto sobre el fenotipo ejercido por el otro locus Dos genes intervienen de forma similar e independiente en la aparición de UN fenotipo EPISTASIA DOBLE DOMINANTE (15: 1) (GENES DUPLICADOS)

EPISTASIAS B o aa enmascaran el posible efecto sobre el fenotipo ejercido por el otro locus B SUPRIME el efecto que tiene A sobre el fenotipo (locus B es supresor del locus A) Otra posibilidad: Homocigoto recesivo en el locus supresor elimina el fenotipo del homocigoto recesivo del otro locus EPISTASIA DOBLE DOMINANTE-RECESIVA (13: 3) (SUPRESIÓN DOMINANTE-DOMINANTE) (SUPRESIÓN RECESIVA-RECESIVA)

DEL GENOTIPO AL FENOTIPO Fenotipo 1 Genotipo 1 Fenotipo 2 Norma de reacción gen 1 Fenotipo 3 Genotipo 2 Fenotipo 4 Norma de reacción gen 2 Fenotipo 5 Genotipo 3 Fenotipo 6 Norma de reacción gen 3

DEL GENOTIPO AL FENOTIPO Ay/a Mismo genotipo, diferentes fenotipos (distintas cepas de ratón) Similares fenotipos, distintos genotipos e/e Ay/a

DEL GENOTIPO AL FENOTIPO PENETRANCIA: proporción de individuos mostrando el fenotipo asociado a su genotipo Q no muestra el fenotipo ¿Genotipo de R? EXPRESIVIDAD: todos los individuos muestran el fenotipo pero no el mismo grado

EXPRESIVIDAD Distintos perros de la raza “beagle” con el mismo alelo SP (manchado) muestran variable expresividad

CARACTERES INFLUIDOS POR EL SEXO P/-: pubertad precoz p/p: pubertad normal Pubertad precoz OMIM 176410 Alelo P: pubertad precoz (cromosoma 2) P/-: pubertad normal p/p: pubertad normal LH LH Testosterona Pubertad Receptor LH (alelo p) LH Receptor LH* (alelo P)

CARACTERES CUANTITATIVOS No hay clases fenotípicas discretas sino un continuo

CARACTERES CUANTITATIVOS Un único locus, dos alelos y dominancia incompleta

CARACTERES CUANTITATIVOS Dos loci no ligados, dominancia incompleta, efectos aditivos de cada alelo (2 por locus)

CARACTERES CUANTITATIVOS Tres loci no ligados, dominancia incompleta, efectos aditivos de cada alelo (2 por locus)

CARACTERES CUANTITATIVOS Al aumentar el número de loci se hace menor la diferencia entre clases fenotípicas: se pasa de distribución discreta a distribución continua (también si hay más alelos por locus) Distribución NORMAL surge cuando hay varios factores (aquí genes) actuando independientemente y de forma aditiva

CARÁCTERES CUANTITATIVOS Los caracteres cuantativos surgen del efecto acumulativo de varios loci. En el caso más simple cada locus estaría ocupado por alelos que añaden una cierta cantidad al fenotipo (alelos de efecto aditivo) y la contribución de cada alelo al fenotipo es pequeña y similar. Complicaciones: dominancia de unos alelos sobre otros, epistasias entre loci, genes con mayor efecto que otros … Cada alelo A o B añade 1 unidad de color

CARACTERES CUANTITATIVOS Efecto “emborronador” del ambiente: solapan aún más las clases fenotípicas El rango de valores del fenotipo de cada clase es más amplio que la separación entre clases. Separación entre clases Consecuencia: dado un fenotipo no podemos saber inequívocamente qué genotipo lo origina y no se pueden usar los métodos mendelianos (aunque cada gen sigue en su herencia los principios mendelianos) Rango de cada fenotipo Varianza total = suma de varianzas

CARACTERES CUANTITATIVOS Dado un fenotipo no podemos saber inequívocamente qué genotipo lo origina No podemos predecir los resultados de un cruce entre individuos ¿cómo saber si el carácter está controlado genéticamente, cuántos loci, si hay dominancias, epistasias …? Fenotipo Los tres genotipos pueden originarlo Fenotipo “ 2”: tres genotipos pueden originarlo

PREGUNTAS PARA LA GENÉTICA CUANTITATIVA • ¿Cuántos genes o loci influyen sobre el carácter? • ¿Qué efecto tienen los loci y como interactúan entre sí? • ¿Qué parte de la variación fenotípica de un carácter cuantitativo se debe a diferencias genéticas entre los individuos y qué parte a diferencias en el ambiente? • ¿Qué parte de la variación fenotípica puede ser seleccionada por un mejorador o por la selección natural? • ¿Cómo se distribuyen los loci por el genoma?

¿CÓMO SE TRABAJA EN GENÉTICA CUANTITATIVA? No se trabaja con cruces de individuos sino con poblaciones de individuos a lo largo de varias generaciones y en diferentes ambientes. Análisis estadístico de los valores del fenotipo en ellas

¿CUÁNTOS GENES? ¿Proporción de individuos con fenotipos extremos? 1/4 + 1/4 = 1/2 Menor cuantos más loci implicados 1/16 + 1/16= 1/8 … Problemas si: • No todos los genes contribuyen igual • No todos los genes tienen efecto aditivo (dominancias, epistasias …) • No es una población F 2 • Fuerte efecto ambiental

¿CUÁNTA INFLUENCIA GENÉTICA, CUÁNTA AMBIENTAL? Si hay más genes hay más varianza Con dispersión ambiental hay más varianza

¿CUÁNTA INFLUENCIA GENÉTICA, CUÁNTA AMBIENTAL? VP = V G + V E Heredabilidad en sentido amplio H 2 = VG/VP 0 ≤ H 2 ≥ 1

CUESTIONES SOBRE LA HEREDABILIDAD ¿Cómo calcularla? • Respuesta a la selección • Correlación entre padres e hijos • En humanos por estudios de gemelos: varianza entre monocigóticos no es genética, sólo ambiental (VP = VE), varianza entre dicigóticos es VP = ½ VG + VE ¿Qué significa? La proporción de la varianza fenotípica total de una POBLACIÓN CONCRETA que se debe a factores genéticos ¿Qué NO significa? • La proporción en que el fenotipo de un individuo se debe al genotipo • La proporción en que un carácter es determinado genéticamente (en distintas poblaciones puede tener diferente valor. Por ejemplo, en una F 1 H 2 = 0, pero en la F 2 H 2 para el mismo carácter podrá ser > 0)

CUESTIONES SOBRE LA HEREDABILIDAD ¿Caracteres con H 2 pequeña no están controlados por genes? No necesariamente, pueden tener pequeña H 2 porque no haya apenas alelos diferentes en los genes que lo controlan. Pasa en muchos caracteres importantes para la supervivencia (valor evolutivo)

¿DÓNDE ESTÁN LOS GENES? Análisis de QTLs (Quantitative Trait Loci) M 1 M 2 M 3 M 4 M 5 M 6 M 7 Crom. 1 QTL Dos QTLs que afectan a la longitud de la vida de un individuo situados en el cromosoma 1. Dos poblaciones: una de vida corta (tiene alelos que dan vida corta en sus QTLs) y otra de vida larga. Una serie de marcadores distribuidos a lo largo del cromosoma que no tienen nada que ver con el carácter, pero en una población están los alelos M y en la otra los m

¿DÓNDE ESTÁN LOS GENES? Línea de vida corta, S M 1 QS c 1 P: M 1 Línea de vida larga, L M 2 m 1 c 2 QS QL c 1 M 2 m 1 M 1 QS c 1 F 1: m 1 m 2 c 2 QL m 2 M 2 c 2 QL m 2 En la F 2 los individuos que hereden el marcador M 1 tenderán a tener vida más corta que los que hereden el m 1. Ese sesgo será menor (pero también se dará) para los marcadores M 2 y m 2 porque están más alejados del QTL (más recombinantes)

¿DÓNDE ESTÁN LOS GENES? Línea de vida corta, S Línea de vida larga, L M 3 M 4 m 3 m 4 P: M 3 M 4 m 3 m 4 F 1: En la F 2 los individuos que hereden los marcadores M 3, m 3, M 4 o m 4 tendrán una vida similar ya que no hay ningún QTL que afecte a ese carácter en el intervalo

QTL PARA TAMAÑO EN RATÓN Poca resolución (difícil identificar el gen) Statistical Support