Tema 2. Extensiones y modificaciones delmendelismo

Evolucion molecularLicenciatura en BioquımicaUniversidad de Granada

Prof. Angel Martın Alganza (ama@ugr.es)Departamento de Genetica

2. Extensiones y modificaciones del mendelismoObjetivos

◮ Entender las modificaciones de las proporciones mendelianas

◮ Comprender los tipos de dominancia existentes

◮ Identificar el modo de herencia a partir de las frecuencias delos descendientes resultantes de cruzamientos

◮ Comprender los conceptos de penetrancia y expresividad

◮ Entender la relacion fenotipo/genotipo

◮ Conocer como ocurre la herencia extranuclear

◮ Aplicar conceptos adquiridos a resolucion de problemas y casos

2. Extensiones y modificaciones del mendelismo

Herencia intermedia

Alelos multiples

Alelos letales

Genetica en relacion al sexo

Interaccion entre genes y ambiente

Interaccion genica

Herencia extranuclear

Extensiones y modificaciones del mendelismo

Los fenotipos se encuentran a menudo controlados por uno omas genes, cuyos alelos presentan modos de expresiondistintos de la dominancia y recesividad

◮ Aunque pueden modificarse las proporciones mendelianasclasicas, los principios de la segregacion y la transmisionindependiente siguen actuando en la distribucion de los alelos

◮ Aunque un gen con dos alelos controle la expresion de uncaracter en una especie diploide, no tiene porque existirdominancia/recesividad necesariamente

◮ Ademas, muchos caracteres estan determinados por lainteraccion genica entre alelos de genes distintos

◮ Los caracteres ligados al sexo, la herencia holandrica yhologınica, la herencia modificada por el sexo y la letalidadtambien cambian las proporciones mendelianas

El tipo de dominancia que exhibe un rasgodepende de como se relaciona el fenotipo del heterocigoto con los de los homocigotos

Dominancia incompletaEl heterocigoto presenta un fenotipo intermedio entre los dos homocigotos

CodominanciaEl fenotipo del heterocigoto incluye los fenotipos de ambos homocigotos

El grupo sanguıneo MN en humanos

◮ LM → antıgeno M

◮ LN → antıgeno N

◮ LMLM → antıgeno M

◮ LNLN → antıgeno N

◮ LMLN → antıgenos M y N

Alelos multiples o series alelicasEl principio de segregacion es aplicable a cruzamientos con alelos multiples

Tipos sanguıneos AB0 y transfusiones sanguıneas posibles

Un alelo letal recesivoresulta en una proporcion 2:1 en el cruzamiento entre dos heterocigotos

Genetica en relacion al sexo

◮ Genes en cromosomas sexuales◮ Genes ligados al sexo (cromosoma X)◮ Genes holandricos (cromosoma Y) y hologınicos (W)◮ Genes pseudoatosomicos

◮ Caracteres limitados por el sexo e influidos por el

El daltonismo humano es un rasgo ligado al sexo

El fenotipo camafeo del pavo real de India esta ligado al Z

Los genes que codifican rasgos influidos por el sexose expresan de manera diferente en machos y hembras

Un caracter limitado por el sexoes codificado por genes autosomicos que se expresan solo en uno de los sexos

Los caracteres limitados por el sexose heredan segun los principios de Mendel

Pubertad precoz: autosomico dominante limitado a los varones

◮ Tanto los hombres como las mujeres pueden transmitirlo

◮ Pero solo se expresa en los varones

La norma de reacciones el espectro de fenotipos producidos por un genotipo en distintos ambientes

La expresion de algunos genotipos depende del ambienteLa expresion del alelo himalayo en conejos es sensible a la temperatura

Fenocopias y pleiotropıa

En ocasiones los factores ambientales pueden producir porsı solos un fenotipo igual al producido por un determinadogenotipo

◮ La mutacion autosomica recesiva sin ojos en Drosophila

produce ojos muy reducidos

◮ El fenotipo sin ojos tambien puede producirse por exposicionde las larvas de las moscas normales al metaboraro de sodio

Pleiotropıa

Muchos genes tienen efectos sobre la expresion de varios caracteres

Herencia multifactorial, poligenes o variacion contınua

Muchos caracteres presentan variacion contınua, estan controladospor varios genes e influidos por el ambiente

Penetrancia y expresividad

Penetrancia y expresividad

Penetrancia Porcentaje de individuos con un genotipo especıficoque expresa el fenotipo esperado

Expresividad El grado en que se expresa un caracter

Ejemplos de penetrancia incompleta y expresividad variable

◮ La polidactilia humana

◮ La presencia de pelo en la segunda falange de los dedos

La interaccion genicamodifica las proporciones esperadas en un cruzamiento dihıbrido (9:3:3:1)

GenotipoA B A bb aaB aabb

1 No epistatica sin modificacion 9 3 3 12 No epistatica con modificacion 9 6 13 Epistasis (simple) dominante 12 3 14 Epistasis (simple) recesiva 9 3 45 Epistasis doble dominante 15 16 Epistasis doble recesiva 9 77 Epistasis dominante y recesiva 13 3

Interaccion genica que produce fenotipos nuevossin modificacion de las proporciones mendelianas (9:3:3:1): color en Capsicum annuum

Interaccion genica que produce fenotipos nuevossin modificacion de las proporciones mendelianas (9:3:3:1)

Forma de la cresta en el pollo

R → roseta; P → guisante; r → sencilla; p → sencilla;R P → nuez

RrPp × RrPp

↓

9 R P

nuez3 R pp

roseta3 rrP

guisante

1 rrpp

sencilla

Interaccion no epistatica con modificacion de proporciones

Color de granos de trigo (R/r ,R > r ;B/b,B > b)

R B → rojo; rrbb → blanco; R bb o rrB → pardo

R B R bb rrB rrbb

9 3 3 19 (rojo) 6 (pardo) 1 (blanco)

Epistasis simple

Epistasis dominante: ojo en Drosophila

(A/a,A > a;B/b,B > ab)

A → Impide la formacion del ojo; B → Pigmento pardoaa → Permite la formacion del ojo; bb → No pigmento

A B A bb aaB aabb

9 3 3 112 (sin ojos) 3 (ojos pardos) 1 (ojos incoloros)

Epistasis recesiva: albinismo en animales(A/a,A > a;B/b,B > ab)

aa → albinismo; B → gris; bb → amarillo

A B A bb aaB aabb

9 3 3 19 (grises) 3 (amarillos) 4 (blancos)

Epistasis doble

Epistasis doble dominante (genes duplicados): color plantas

A o B → produccion de clorofilaaa+ bb → no produccion de clorofila

A B A bb aaB aabb

9 3 3 115 (verdes) 1 (albinos)

Epistasis doble recesiva (genes complementarios): flores

aa o bb → bloqueo de la pigmentacion (flores blancas)A + B → pigmentacion (flores purpuras)

A B A bb aaB aabb

9 3 3 19 (purpura) 7 (blancos)

Epistasis (doble) dominante y recesiva

Epistasis dominante y recesiva: color en gallinas

C → produccion de pigmento (factor cromogeno)cc → no produccion de pigmentoI → produccion de inhibidorii → no produccion de inhibidor

C I C ii ccI ccii

9 (blanca) 3 (pigmentada) 3 (blanca) 1 (blanca)

blanca 13 : 3 pigmentada

La herencia extranuclear o citoplasmaticaes llevada a cabo por genomas no nucleares

Los genomas de los organulos citoplasmaticos son

◮ el ADNmt de las mitocondrias

◮ el ADNcp de los cloroplastos

Las mutaciones en los organulos

◮ Las mutaciones en las mitocondrias afectan a celulas muydependientes del ATP generado mediante respiracion celular

◮ Las mutaciones en los cloroplastos afectan a la capacidadfotosintetica de los vegetales o a la resistencia a antibioticos

◮ Los mutantes resultantes presentan, generalmente, fenotiposrelacionados con las perdidas de funcion de dichos organulos

Criterios para asignar un caracter a un gen extranuclear

Un caracter se puede asignar a un gen extranuclear cuando

◮ hay diferencias entre cruces recıprocos

◮ presenta herencia uniparental, generalmente materna

◮ presenta segregacion no mendeliana

◮ es imposible localizar el gen en el cariotipo

◮ presenta transmision con caracter infeccioso

◮ presenta indiferencia a la sustitucion nuclear medianteretrocruzamientos continuados

Excepciones

◮ Se han descrito casos de herencia paterna

◮ En el mejillon ocurre herencia doble uniparental◮ ADNmt ✭✭tipo F✮✮ transmitido a hijos e hijas por vıa materna◮ ADNmt ✭✭tipo M✮✮ transmitido a los hijos por vıa paterna

Los caracteres con herencia citoplasmaticasuelen exhibir una variacion fenotıpica importante

Color de tallo y hojas de las plantas de las cuatro en puntoFenotipo de progenie determinado por fenotipo de rama en que se origino la semilla

Los organulos de una celula heteroplasmicase distribuyen al azar en las celulas de la descendencia (segregacion replicativa)

Herencia citoplasmatica en humanos

En los ultimos anos se han identificados varias enfermedadesresultantes de mutaciones del ADNmt en humanos

◮ Neuropatıa optica hereditaria de Leber

◮ Debilidad muscular neurogenica, ataxia y renitis pigmentaria

◮ Sındrome de Kearns-Sayre

◮ Oftalmoplejıa externa cronica

Ejemplos en vegetales

Todos ellos relacionados con mutaciones en el ADNcp

◮ Jaspeado de la hoja de Mirabilis jalapa

◮ Mutaciones resistentes a la estreptomicina en Chlamydomonas

◮ Varias mutantes que muestran pigmentacion y crecimientoalterado en plantas superiores

En el efecto genetico materno (Limnaea peregra)el genotipo de la madre determina el fenotipo de la progenie

La teorıa endosimbioticaLas mitocondrias y los cloroplastos de las celulas eucariontes surgieron de las eubacterias

Evidencias a favor de la teorıa endosimbionte

◮ Eucariontes unicelulares (protistas) son hospedadores debacterias

◮ Mitoc. y clorop. tienen tamano similar a eubacterias actuales

◮ Poseen ADN, caracterısticas en comun con ADN bacteriano

◮ Ribosomas con tamano y estructura similares a eubacterias

◮ Antibioticos que inhiben sıntesis de proteınas en eubacteriastambien la inhiben en los organulos

◮ Secuencias de ARN ribosomico y genes codificadores deproteınas de mitocondrias y cloroplastos mas estrechamenterelacionados con secuencias de eubacterias que de eucariontes

◮ ADNmt muy similar al ADN de α-proteobacterias

◮ ADNcp muy similar al ADN de cianobacterias

Proteınas de organulos codificadas por genes nuclearesParte del material genetico original en los endosimbiontes se ha transferido al nucleo

◮ Secuencias de ADN normalmente encontradas en ADNmt sehan detectado en el nucleo de algunas levaduras y del maız

◮ Secuencias de ADNcp en el ADN nuclear de la espinaca

◮ Secuencias de genes nucleares que codifican proteınas deorganulos son muy similares a sus analogas eubacterianas

◮ Evidencias de transferencia de cloroplastos a mitocondrias◮ Fragmentos de ADN del gen de ARNr de 16S y dos genes de

ARNt en el ADNmt del maız◮ Gen de la subunidad grande de RuBisCO duplicadas en el

ADNmt del maız

◮ Algunos genes nucleares han pasado a genomas mitocondriales

◮ Los mecanismos de este ✭✭ADN promiscuo✮✮ no estan claros