Tema 8 Mapas genticos b 5 9 pr

Tema 8: Mapas genéticos b 5, 9 pr 25, 4 19, 5 c 23, 7 Tema 8: Cartografía genética Antonio Barbadilla 1

Objetivos tema 8: Cartografía (mapas) genéticos Deberán quedar bien claros los siguientes puntos • En qué se fundamenta un mapa genético • 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 • Análisis de tétradas en hongos ascomicetos Tema 8: Cartografía genética • Cartografía genética en humanos Antonio Barbadilla 2

Dos mapas mejor que uno. Mapa del metro y de calles de Londres Tema 8: Cartografía genética Antonio Barbadilla 3

Mapas genéticos y físicos Tema 8: Cartografía genética Antonio Barbadilla 4

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 Tema 8: Cartografía genética Antonio Barbadilla 5

Gametos resultantes de doble heterocigoto de genes no ligados 50% parentales y 50% recombinantes AB Ab a. B ab A B -- --a b 25 % Gametos resultantes de doble heterocigoto de genes ligados AB ----ab AB Ab a. B ab x% y% y% x % La fracción de gametos recombinantes es impredecible a priori X e Y dependen de los genes considerados Tema 8: Cartografía genética Antonio Barbadilla 6

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 que la frecuencia de recombinación es del 1% Tema 8: Cartografía genética Antonio Barbadilla 7

Meiosis A C B C 1 2 3 4 Tema 8: Cartografía genética Antonio Barbadilla 8

• 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 entrecruzamientos por meiosis y por cromosoma se puede representar por una distribución aleatoria de Poisson, con media Tema 8: Cartografía genética Antonio Barbadilla 9

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 Tema 8: Cartografía genética Antonio Barbadilla B 10

Ejemplo: Cruzamiento de T. 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+ pr pr vg vg 2 1339 1195 151 154 2839 Tema 8: Cartografía genética Antonio Barbadilla 11

Metodología 1. Normalmente heterocigoto X homocigoto recesivo (cruzamiento prueba) -> AB/ab X ab/ab 2. 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 3. Las dos clases mayoritarias corresponden a los gametos no recombinantes (parentales), y las minoritarias a los recombinantes (no parentales) 4. 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 5. Se pueden ordenar tres genes o más genes cuyas distancias se han medido dos a dos Tema 8: Cartografía genética Antonio Barbadilla 12

Fenotipos F pr+ vg+ pr vg pr+ vg pr vg+ 2 1339 parentales 1195 151 305 recombinantes 154 ____ 2839 Proporción no igual a 1: 1: 1: 1. Un test de 2 = 1037, 18 es muy significativo, p < 0. 0000001 FR (frecuencia de rec) = 305/2839 = 0, 107 = 10, 7 c. M pr vg 10, 7 c. M Antonio Barbadilla Tema 8: Cartografía genética 13

The first genetic linkage map (A. H. Sturtevant 1913 Journal experimental Zoology) ¿Cuál es la distancia entre ambos genes? Tema 8: Cartografía genética Antonio Barbadilla 14

Orden de los genes Se han estudiado tres pares de genes en experimentos de dos puntos y éstas son las distancias entre ellos (los genes se comparten entre experimentos): distancia A-B = 12; distancia B-C = 7; distancia A-C = 5 y ¿Cuál es el orden de los genes? Las distancias deben ser aditivas y consistentes entre sí Supongamos las tres ordenaciones posibles Tema 8: Cartografía genética Antonio Barbadilla 15

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 Antonio Barbadilla 5 12 C C 5 7 C B 7 CTema 8: Cartografía genética. B Aditividad 16

Las distancias de mapa no son completamente aditivas B A A FR = x C FR = y C FR < x + y 25, 4 b 5, 9 pr La mejor estima distancia, suma (b-pr) + (pr-c) 19, 5 Tema 8: Cartografía genética Antonio Barbadilla c 17 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 C A A B b C C a a b b 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 Tema 8: Cartografía genética 18 Antonio Barbadilla

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 Zona de linealidad Antonio Barbadilla 50 100 150 200 Tema 8: Cartografía genética Unidades de mapa reales 19

¿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 8: Cartografía genética 20 loci. Luego, la FRTema máxima es 50% Antonio Barbadilla

Mapa a partir de cruzamientos prueba de tres puntos (tres loci en el mismo cromosomas) Metodología 1. Triple heterocigoto X homocigoto recesivo (cruzamiento prueba) -> ABC/abc X abc/abc A B C 2. Si hay ligamiento, no se observa en la F 2 la proporción fenotípica 1/8 para cada tipo de gameto 3. 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 4. 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 5. Distancias de mapa: a la distancia entre genes consecutivos debe sumarse las frecuencias de los dobles entrecruzamientos Tema 8: Cartografía genética Antonio Barbadilla 22

Ejemplo: 1. Triple heterocigoto X homocigoto recesivo (cruzamiento prueba) -> ABC/abc X abc/abc 2. Si hay ligamiento, no se observa en la F 2 la proporción fenotípica 1/8 para cada tipo de gameto Tres mutantes marcadores pr = Ojos Púrpura; b = Cuerpo negro; c = curved, alas curvadas Los tres alelos son recesivos respecto al salvaje P pr+ b+ b+ c+ c+ X prpr bb cc F 1 pr+ pr b+b c+ c X pr pr bb vg vg Si no están ligados F 2 Antonio Barbadilla 1/8 prpr bb cc 1/8 prpr bb c+c 1/8 pr+pr bb c+c 1/8 prpr b+b c+c 1/8 pr+pr b+b c+c Si están ligados completamente 1/2 prpr bb cc 1/2 pr+pr b+b c+c Tema 8: Cartografía genética 23

Resultados del cruzamiento prueba, F 2 3. Se agrupan las clases recíprocas (aquellas que tienen un fenotipo mutante en el par recíproco, como el par de fenotipos ABCabc ó Abc-a. BC. Las clases recíprocas deben ser de frecuencia parecida Fenotipo Salvaje Black, purp, cur Purp, curved Black Curved Black, purp Purp Black, curved Total Genotipo Número pr+pr b+b c+c prpr bb cc prpr b+b cc pr+pr bb c+c pr+pr b+b cc prpr bb c+c prpr b+b c+c pr+pr bb cc 5701 5617 388 367 1412 1383 60 72 15 000 Tema 8: Cartografía genética Antonio Barbadilla Número de recombinantes entre b-pr pr-c b-c 388 367 60 72 887 1412 1383 60 72 2927 388 367 1412 1383 3550 24

Resultados del cruzamiento prueba, F 2 4. 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 (los que difieren sólo en un fenotipo), el gen del medio es el que está cambiado A A B B C C A A B b C C a a b b c c a a B b c c Tema 8: Cartografía genética Antonio Barbadilla 25

Resultados del cruzamiento prueba, F 2 4. 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 (los que difieren sólo en un fenotipo), el gen del medio es el que está cambiado Fenotipo Salvaje Black, purp, cur Purp, curved Black Curved Black, purp Purp Black, curved Genotipo Número pr+pr b+b c+c prpr bb cc prpr b+b cc pr+pr bb c+c pr+pr b+b cc prpr bb c+c prpr b+b c+c pr+pr bb cc 5701 5617 388 367 1412 1383 60 72 Número de recombinantes entre b-pr pr-c b-c 388 367 60 72 1412 1383 60 72 388 367 1412 1383 El gen pr está en el medio Tema 8: Cartografía genética Antonio Barbadilla 26

Resultados del cruzamiento prueba, F 2 4. 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 Fenotipo Salvaje Black, purp, cur Purp, curved Black Curved Black, purp Purp Black, curved 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 Número de recombinantes entre b-pr pr-c b-c 388 367 60 72 1412 1383 60 72 388 367 1412 1383 El gen pr está en el medio Tema 8: Cartografía genética Antonio Barbadilla 27

Resultados del cruzamiento prueba, F 2 5. Distancias de mapa: a la distancia entre genes consecutivos debe sumarse las frecuencias de los dobles entrecruzamientos Fenotipo Salvaje Black, purp, cur Purp, curved Black Curved Black, purp Purp Black, curved Total Porcentaje Antonio Barbadilla 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 Tema 8: Cartografía genética 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% 28

Tetrada meiótica Distancia b-pr Gametos = frec sencillos + frec dobles Entrecruzamiento entre b y pr b b b+ b+ pr pr pr+ c c c+ c+ 388 367 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+ 60 72 b b b+ b+ pr pr+ c c c+ c+ 887 Distancia b-pr = 887/1500 = 0, 059 = 5, 9 % = 5, 9 c. M Tema 8: Cartografía genética Antonio Barbadilla 29

Mapa genético de los marcadores La mejor estima distancia entre los extremos es la suma (b-pr) + (pr-c) 25, 4 b 5, 9 pr 19, 5 23, 7 Distancia b-c sin considerar los dobles recombinantes Tema 8: Cartografía genética Antonio Barbadilla c 30

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 Tema 8: Cartografía genética Antonio Barbadilla 31

Mapa de ligamiento parcial de los 4 cromosomas de Drosophila melanogaster Tema 8: Cartografía genética Antonio Barbadilla 32

Tema 8: Cartografía genética Antonio Barbadilla 33

Mapas genéticos (de recombinación) versus mapas físicos Tema 8: Cartografía genética Antonio Barbadilla 34

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 Tema 8: Cartografía genética 35 asociados a enfermedades Antonio Barbadilla

Mapas genéticos versus mapas físicos Frecuencia de recombinación por unidad de DNA Especies Tamaño haploide Unidades de mapa del genoma Fago T 4 1. 6 x 105 pb E. coli 4. 2 x 106 pb Levadura 2. 0 x 107 pb Hongo 2. 7 x 107 pb Nemátodo 8. 0 x 107 pb Mosca de la fruta 1. 4 x 108 pb Ratón 3. 0 x 109 pb Humanos Varón 3. 3 x 109 pb Mujer 3. 3 x 109 pb Tamaño de la unidad mapa 800 1750 4200 1000 320 200 pb 2400 pb 5000 pb 27000 pb 250000 pb 1. 0 x 10 4 pb 1. 2 x 10 5 pb 2. 5 x 10 5 pb 1. 3 x 10 6 pb 1. 2 x 10 7 pb 280 1700 500000 pb 1800000 pb 2. 5 x 10 7 pb 9. 0 x 10 7 pb 2809 4782 1200000 pb 700000 pb 6. 0 x 10 7 pb 3. 5 x 10 7 pb Tema 8: Cartografía genética Antonio Barbadilla Distancia media entrecruzamientos consecutivos 36

Análisis de tétradas Los hongos ascomicetos retienen los cuatro productos haploides de cada meiosis en un saco denominado asca Tema 8: Cartografía genética Antonio Barbadilla 37

Hongos ascomicetos Estos organismos son únicos porque se puede analizar meiosis individuales, permitiendo estudiar aspectos básicos de la genética de la meiosis (un proceso central de la biología de los eucariotas) • Cartografiar los centrómeros como si fuesen loci • Investigar la posibilidad de interferencia de cromátida • Examinar los mecanismos de entrecruzamiento Aspergillus nidulans Coprinus lagopus Saccharomyces cerevisiae Ustigalo hordei Ascobolus immersus Basidiomiceto Tétradas Octadas No ordenadas Antonio Barbadilla Neurospora crassa Tétradas Octadas Lineales Tema 8: Cartografía genética Patrones distintos de ascosporas y ascas en 38 Neurospora

Crecimiento de las hifas en N. crassa Fenotipos mutantes de Neurospora crassa Tema 8: Cartografía genética Antonio Barbadilla 39

Meiosis y mitosis postmeiótica en la tétrada lineal de Neurospora Tema 8: Cartografía genética Antonio Barbadilla 40

Distancia de un locus al centrómero en Neurospora No recombinación entre el locus y el centrómero 4: 4 Tema 8: Cartografía genética Antonio Barbadilla 41

Recombinación entre el locus y el centrómero 2: 2: 2: 2 Tema 8: Cartografía genética Antonio Barbadilla 42

Distancia de un locus al centrómero: estímese el porcentaje de tétradas que muestran patrones de segregación en la segunda división para ese locus y divídase por 2 Patrones MII = 9 + 11 + 10 + 12 = 42 o sea 14% Puesto que sólo la mitad de los cromosomas que sufren entrecruzamiento son recombinantes, la distancia de mapa (medida como frecuencia de Cartografía genética 43 recombinación) será 14/2 Tema = 7 8: unidades de mapa ó c. M Antonio Barbadilla

Cartografía genética en humanos Tema 8: Cartografía genética Antonio Barbadilla 45

Cartografía a través de la herencia ligada al cromosoma X Xg Proteína grupo sanguíneo Ictiosis (un efermedad de la piel) Albinismo ocular Angioqueratoma (crecto celular) Centrómero Fosfoglicerato-quinasa Alfa-galactosidasa Xm Deutan (ceguera color rojo-verde) G 6 PD Protano (ceguera color rojo-verde) Hemofilía A Tema 8: Cartografía genética Antonio Barbadilla Tema 5: Ligamiento y 46 mapas genéticos 46

Cartografía genética en humanos Estudios familias • Herencia ligada al cromosoma X marcadores clásicos • Autosómicos marcadores clásicos • Cartografía marcador-enfermedad (estudios de asociación) • La caza de genes asociados a enfermedades • Cartografía marcador-marcador • Estudios marcadores polimórficos asignados a colecciones de familias (CEPH). (SNPs, Microsatélites, RFLPs, RAPDs, . . . ) Tema 8: Cartografía genética Antonio Barbadilla 47

Mapa genético de alta resolución del Cromosoma 1 Homo sapiens. The Cooperative Human Linkage Center http: //lpg. nci. nih. gov/CHLC/ Tema 8: Cartografía genética Antonio Barbadilla 49