Ligamiento y mapas genticos Dr Antonio Barbadilla 1

Ligamiento y mapas genéticos Dr. Antonio Barbadilla 1 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos 1

Objetivos tema 5: Ligamiento y cartografía genética (mapas) Deberán quedar bien claros los siguientes puntos • Los conceptos de ligamiento, recombinación y entrecruzamiento • Cómo calcular las frecuencias de recombinación en loci ligados • Construcción de mapas genéticos a partir de cruzamientos pruebas de 2 y 3 factores (puntos) • Interferencia y coeficiente de coincidencia • Demostración citológica del entrecruzamiento • Análisis de tétradas en hongos ascomicetos • Recombinación mitótica • Cartografía genética en humanos • Ligamiento y recombinación en bacterias y virus Dr. Antonio Barbadilla 2 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos 2

Ligamiento: Asociación de genes en el mismo cromosoma formando grupos de ligamientos Ligamiento total A A B a b a B b Genotipo F 1 Dr. Antonio Barbadilla 3 AB / ab A A a a B B b b Gametos (100% gametos parentales) 50 % AB 50 % ab Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos 3

Segregación independiente (no ligamiento, 2 a ley de Mendel) gametos Genotipos F 1 A B -- -a b A A AB A A B Ab A A b a. B a a B 50% recombinan. B tes b B B b a a B b ab Dr. Antonio Barbadilla 4 a a b b Proporción 1: 1: 1: 1 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos 4

Mensaje: La frecuencia de gametos recombinantes (FR) debe estar entre el ligamiento total (0%) y la segregación independiente (50%) 0% FR 50% Dr. Antonio Barbadilla 5 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos 5

Ligamiento: • Descubrimiento del ligamiento (Morgan con mutantes de Drosophila melanogater) Dr. Antonio Barbadilla 6 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos 6

Mutantes de Drosophila melanogater Estudio del ligamiento con mutantes +: salvaje Cy: Curly sd: scalloped +: salvaje w: white ap: aptera vg: vestigial dp: dumpy sepia Dr. Antonio Barbadilla D: Dichaete 7 c: curved Bar Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos 7

Ligamiento: • Simbolismo del ligamiento Configuración en acoplamiento o cis -> AB/ab Configuración en repulsión o trans -> Ab/a. B • Prueba de ligamiento: desviación de la proporción 1: 1: 1: 1 en un cruzamiento prueba de un dihíbrido Dr. Antonio Barbadilla 8 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos 8

Grupos de ligamiento en Drosophila Dr. Antonio Barbadilla 9 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos 9

Ligamiento a nivel del DNA Haplotipo Dr. Antonio Barbadilla 10 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos 10

Cruzamiento prueba: Genotipos P AA BB aa bb Gametos P AB ab F 1 Aa Bb Gametos 11 aa bb ab AB Ab a. B Dr. Antonio Barbadilla X Cruzamiento prueba ab Aa Bb Aa bb aa Bb aa bb A- BA- bb aa Baa bb Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos 11 Fenotipos Genotipos

Mensaje: El cruzamiento prueba permite inferir las proporciones de los gametos que se forman en el doble heterocigoto Dr. Antonio Barbadilla 12 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos 12

Recombinación: la generación durante la meiosis de genotipos haploides distintos de los genotipos parentales Gametos P F 1 13 ab Aa Bb Gametos Dr. Antonio Barbadilla AB AB ab Ab a. B Gametos parentales Gametos recombinantes Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos 13

Recombinación: • Recombinación intercromosómica: genes (loci) en diferentes cromosomas (leyes de Mendel) Genotipos F 1 A B -- -a b A A a a AB A A B Ab A A b a. B a a B ab a a b B B b b B b 50% recombinantes B b Proporción 1: 1: 1: 1 • Recombinación intracromosómica: genes situados en el mismo cromosoma ---> Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos Entrecruzamiento Dr. Antonio Barbadilla 14 14

Entrecruzamiento (Crossover): El intercambio de cromátidas no hermanas entre cromosomas homólogos durante la meiosis por un proceso de rotura y reunión del DNA Cromosomas en la meiosis Productos meióticos Meiosis sin entrecru zamiento entre los genes A B A B a b a b Meiosis con entrecru zamiento entre los genes A B A B b a a b a Dr. Antonio Barbadilla 15 B b Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos Recombinantes 15

Meiosis y entrecruzamiento Dr. Antonio Barbadilla 16 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos 16

Entrecruzamiento visto mediante microscopía electrónica Dr. Antonio Barbadilla 17 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos 17

Entrecruzamiento visto mediante microscopía electrónica Dr. Antonio Barbadilla 18 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos 18

Entrecruzamiento en el nivel del DNA Dr. Antonio Barbadilla 19 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos 19

Migración ramal Dr. Antonio Barbadilla 20 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos 20

Cartografía genética: La cartografía genética asigna el lugar cromosómico de un gen (o locus) y su relación de distancia con otros genes (o loci) en un cromosoma dado A. Sturtevant (1913). La distribución y el orden lineal de los genes se pueden establecer experimentalmente mediante el análisis genético Dr. Antonio Barbadilla 21 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos 21

Supuesto: las frecuencias de entrecruzamiento, y por tanto la frecuencia de recombinación, depende de la distancia entre genes A B C Unidad de distancia: La unidad de mapa (u. m. ) o el centimorgan (c. M) --> La distancia entre genes (loci) en los Temaes 5: Ligamiento y mapas genéticos 22 que 22 la frecuencia de recombinación del 1% Dr. Antonio Barbadilla

Meiosis A C B C 1 2 3 4 Dr. Antonio Barbadilla 23 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos 23

• Mayor distancia entre loci --> Mayor número de entrecruzamientos • Más Entrecruzamientos ---> Más Recombinación A mayor frecuencia de recombinación mayor la distancia entre loci El número de etrecruzamientos por meiosis y por cromosoma se puede representar por una distribución aleatoria de Poisson, con media Dr. Antonio Barbadilla 24 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos 24

Mapa a partir de cruzamientos prueba de dos puntos (dos loci en el mismo cromosomas) Se determina la distancia 2 entre loci y éstas se suman para estimar la distancia genética total de un cromosoma A B Dr. Antonio Barbadilla 25 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos 25

Ejemplo: Experimento de Morgan pr = Ojos Púrpura vg = Alas vestigiales Ambos alelos son recesivos respecto al salvaje P F 1 pr+ vg+ X pr pr vg vg pr+ pr vg+ vg X Fenotipos F pr+ vg+ pr vg pr+ vg pr vg+ Dr. Antonio Barbadilla 26 pr pr vg vg 2 1339 1195 151 154 ____ 2839 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos 26

Metodología • Normalmente heterocigoto X homocigoto recesivo (cruzamiento prueba) -> AB/ab X ab/ab • No se observa en la F 2 la proporción fenotípica 1: 1: 1: 1, y la proporción no es predecible a priori porque depende de la distancia entre los genes estudiados • Las dos clases mayoritarias corresponden a los gametos no recombinantes (parentales), y las minoritarias a los recombinantes (no parentales) • La frecuencia de recombinación (recombinantes/total X 100) refleja la distancia genética entre los dos genes. Una unidad de mapa o centimorgan (1 c. M) = 1% de recombinantes • Se ordernan tres genes cuyas distancias se han medido dos a dos Dr. Antonio Barbadilla 27 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos 27

Fenotipos F pr+ vg+ pr vg pr+ vg pr vg+ 2 1339 1195 151 305 154 ____ 2839 Proporción no 1: 1: 1: 1. Un test de 2 es muy significativo FR = 305/2839 = 0, 107 = 10, 7 c. M pr Dr. Antonio Barbadilla 28 vg 10, 7 c. M Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos 28

Orden de los genes Se han estudias tres pares de genes y estas son las distancias entre ellos: distancia A-B = 12; distancia B-C = 7; y distancia A-C = 5 ¿Cuál es el orden de los genes? Las distancias deben ser aditivas y consistentes entre sí Supongamos las tres ordenaciones posibles Dr. Antonio Barbadilla 29 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos 29

Orden de los genes Ordenaciones posibles Caso 1: Marcador A está en el medio: B 12 B 7 A A C Caso 2: Marcador B está en el medio: A B B 12 A C 5 Caso 3: Marcador C está en el medio: A A Dr. Antonio Barbadilla 30 5 12 C C C 5 7 C B 7 Aditividad B Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos 30

Las distancias de mapa no son completamente aditivas B A FR = x C FR = y C A FR < x + y 25, 4 b 5, 9 pr La mejor estima distancia, suma (b-pr) + (pr-c) 19, 5 c Dr. Antonio Barbadilla 31 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos 31 23, 7 Distancia experimento dos puntos b-c

Relación entre frecuencia de recombinación y entrecruzamiento (o distancia real de mapa) Las distancias de mapa no son completamente aditivas porque los dobles recombinantes entre dos marcadores A y C no se detectan en un cruce de dos puntos, subestimándose la distancia A y C A a B b C A A B b C C c a a B b c c • La relación entre la distancia real de mapa (número de entrecruzamientos) y la frecuencia de recombinación entre dos marcadores o loci no es lineal. Cuanto más lejos están los marcadores peor es la estima • La frecuencia de recombinación (FR) entre dos marcadores no puede superar el 50% FR 0, 5 Dr. Antonio Barbadilla 32 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos 32

Función de mapa Es una función que permite estimar la distancia de mapa mejor que empleando solamente la frecuencia de recombinación, pues corrige los intercambios (entrecruzamientos) no detectados 50 FR observada (%) 40 30 20 10 =1 =2 =3 =4 Número medio de entrecruzamientos por meiosis Dr. Antonio Barbadilla Zona de 33 linealidad 50 100 150 200 Tema 5: reales Ligamiento y mapas genéticos Unidades de mapa 33

¿Por qué la frecuencia de recombinación (FR) entre dos marcadores no puede superar el 50%? Demostración 1: Muchos entrecruzamientos entre a y b Es igual de probable cualquier combinación, ++, ab, a+, +b, es como si segregaran independientemente ambos Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos 34 loci. Luego, la FR máxima es 50% Dr. Antonio Barbadilla 34

¿Por qué la frecuencia de recombinación (FR) entre dos marcadores no puede superar el 50%? Demostración 2: caso completo para 1 ó 2 entrecruzamientos Dr. Antonio Barbadilla 35 FR promedio de un doble entrecruzamiento = 8/16 = 50% Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos 35

Mapa a partir de cruzamientos prueba de tres puntos (tres loci en el mismo cromosomas) Metodología A B • Triple heterocigoto X homocigoto recesivo (cruzamiento prueba) -> ABC/abc X abc/abc • Si hay ligamiento, no se observa en la F 2 la proporción fenotípica 1/8 para cada tipo de gameto • Se agrupan las clases recíprocas (aquellas que tienen un fenotipo mutante en el par recíproco, como el par de fenotipos ABC-abc ó Abc-a. BC. Las clases recíprocas deben ser de frecuencia parecida • Orden de los genes: • Los fenotipos no recombinantes (parentales) son los más frecuentes • Los fenotipos menos frecuentes resultan de un doble entrecruzamiento • Al comparar los fenotipos no recombinantes con los doble entrecruzados, el gen del medio es el que está cambiado • Distancias de mapa: a la distancia entre genes consecutivos debe Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos 36 sumarse las frecuencias de los dobles entrecruzamientos 36 Dr. Antonio Barbadilla C

Ejemplo: Tres mutantes marcadores b = Cuerpo negro; pr = Ojos Púrpura; c = curved, alas curvadas Los tres alelos son recesivos respecto al salvaje P b+ b+ pr+ c+ c+ X bb prpr cc F 1 b+b pr+ pr c+ c X bb pr pr vg vg Si no están ligados F 2 Dr. Antonio Barbadilla 37 1/8 bb prpr cc 1/8 bb prpr c+c 1/8 bb pr+pr c+c 1/8 b+b prpr c+c 1/8 b+b pr+pr c+c Si están ligados 1/2 bb prpr cc 1/2 b+b pr+pr c+c Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos 37

Resultados del cruzamiento prueba, F 2 Fenotipo Salvaje Black, purp, cur Purp, curved Black Curved Black, purp Purp Black, curved Total Genotipo Número b+b pr+pr c+c bb prpr cc b+b prpr cc bb pr+pr c+c b+b pr+pr cc bb prpr c+c b+b prpr c+c bb pr+pr cc 5701 5617 388 367 1412 1383 60 72 15 000 Porcentaje Dr. Antonio Barbadilla 38 Número de recombinantes entre b-pr pr-c b-c 388 367 60 72 1412 1383 60 72 388 367 1412 1383 887 2927 3550 5, 9% 19, 5% 23, 7% El gen pr está en el medio Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos 38

Tetrada meiótica Gametos Entrecruzamiento entre b y pr b b b+ b+ pr pr pr+ c c c+ c+ b b b+ b+ pr pr+ c c+ Doble entrecruzamiento en la región b-pr-c b b b+ b+ pr pr pr+ c c c+ c+ b b b+ b+ pr pr+ c c c+ c+ Dr. Antonio Barbadilla 39 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos 39

Mapa genético de los marcadores La mejor estima distancia entre los extremos es la 25, 4 suma (b-pr) + (pr-c) b 5, 9 pr 19, 5 23, 7 c Distancia b-csin considerar los dobles recombinantes Dr. Antonio Barbadilla 40 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos 40

Coeficiente de coincidencia: mide si los entrecruzamientos son independientes entre sí • Si los múltiples entrecruzamientos suceden independiemente los unos de los otros, la frecuencia de los dobles entrecruzamientos será al producto de la frecuencia de los intercambios sencillos • Coeficiente coincidencia (CC) = (número de dobles entrecruzamientos observados)/(número de dobles entrecruzamientos esperados) • Si CC < 1, dobles disminuidos • Si CC > 1, dobles incrementados • Interferencia: 1 - CC Dr. Antonio Barbadilla 41 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos 41

Mapa de ligamiento parcial de los 4 cromosomas de Drosophila melanogaster Dr. Antonio Barbadilla 42 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos 42

Mapas genéticos (de recombinación) versus mapas físicos Dr. Antonio Barbadilla 43 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos 43

Importancia mapas de recombinación • Describir Ias tasas de recombinación a lo largo del genoma • Predecir la transmisión genética de un gameto • Localización de genes que influyen el fenotipo (QTLs) • Marco de referencia para cartografía física • Marco de referencia para la cartografía de genes asociados a enfermedades Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos 44 Dr. Antonio Barbadilla 44