Bloque 2: Teoría cromosómica de la herencia.Tema 2.1 Mitosis y meiosis Rela, Apuntes de Genética

¡Descarga Bloque 2: Teoría cromosómica de la herencia.Tema 2.1 Mitosis y meiosis Rela y más Apuntes en PDF de Genética solo en Docsity! Bloque 2: Teoría cromosómica de la herencia. Tema 2.1: Mitosis y meiosis. Relaciona el comportamiento de los factores hereditarios o genes descritos por Mendel con el comportamiento de los cromosomas en mitosis y meiosis. Cuando De Vries, Correns y Tschermak redescubren las leyes de Mendel en 1900, los conocimientos sobre el comportamiento de los cromosomas en mitosis (Flemming) y en meiosis (Boveri) estaban lo suficientemente adelantados como para comprender que los cromosomas eran la base física sobre la que situar los factores hereditarios de Mendel, más tarde llamados genes por Johannsen (1903). Correns (1900) relaciona el principio de la segregación de Mendel con el comportamiento de los cromosomas en la meiosis. Tras numerosas vicisitudes acerca de cómo abordar el problema citológico de la división reduccional (1ª división meiótica) propuesta por Weismann, fue Sutton quien, en 1902 y 1903, mostró el significado de la división reduccional y reconocía el paralelismo entre el comportamiento cromosómico y la segregación mendeliana de los genes. Las investigaciones de Sutton (1903) junto con las de Boveri (1902) constituyen la base citológica de la Teoría Cromosómica de la Herencia o Hipótesis de Sutton-Boveri. • Los tres puntos principales de la teoría cromosómica de la herencia: 1. Los genes están situados sobre los cromosomas. La mutación white se encuentra en el cromosoma X de Drosophila melanogaster (Morgan1910). La demostración citológica la realizó Bridges en 1916. 2. La ordenación de los genes sobre los cromosomas es lineal. Primer mapa de ligamiento correspondiente a seis genes del cromosoma X en Drosophila melanogaster (Sturtevant 1913). 3. El fenómeno citológico de intercambio de segmentos cromosómicos está relacionado con el fenómeno genético de la recombinación. Demostrado por Creighton y McClintock (1931) en maíz (Zea mays) y por Stern (1931) en Drosophila melanogaster. • Los genes están sobre los cromosomas. • Mitosis: División celular: 1. Mitosis: reparto del material nuclear. 2. Citocinesis: reparto del material citoplasmático. 1. Mitosis: Reparto del material nuclear. La mitosis es un proceso que conserva la información genética, a partir de una célula se producen dos células hijas con idéntica información genética. Una célula. Dos células. • Significado genético de la meiosis. ✓ Reducción Cromosómica: Se reduce a la mitad el número de cromosomas de los gametos de una especie diploide (2n), de manera que al producirse la fecundación se restaura la constitución cromosómica normal (n + n = 2n), ya que si no existiera el fenómeno de la reducción cromosómica se duplicaría el número de cromosomas en cada generación. Tiene lugar en la Anafase I. Weisman (1889) en su Teoría del Plasma Germinal propuso la existencia de este mecanismo citológico. ✓ Recombinación genética: el fenómeno citológico del sobrecruzamiento (SC) o entrecruzamiento origina la recombinación genética (aparición de nuevas combinaciones genéticas). Tiene lugar en Paquitena. La recombinación es una de las propiedades del material hereditario y permite a los organismos explotar al máximo la variabilidad genética producida por la mutación. • Fenómenos citogenéticos esenciales de la meiosis. ✓ Apareamiento de los cromosomas homólogos: El apareamiento de los cromosomas homólogos hace posible que tenga lugar el sobrecruzamiento o entrecruzamiento. El entrecruzamiento es el origen de la recombinación genética. ✓ Coorientación centrómerica: la coorientación centrómerica que da lugar a la segregación (separación) de los cromosomas homólogos a polos opuestos en la Anafase I asegura la reducción del número de cromosomas a la mitad. • Primera división meiótica: • Segunda división meiótica. Leptotena: el núcleo aumenta de tamaño y los cromosomas comienzan a visualizarse. Cig otena: los cromosomas homólogos replicados se alinean me diante el proceso de sinapsis, formando tétradas (dos cro mátidas x dos cromosomas) denominadas BIVALENTES. Todos los cromosomas se unen, por un extremo, a una zo na de la membrana nuclear formando una estructura co nocida como “bouquet” (ramillete). La sinapsis resulta de la formación del complejo sinaptonémico entre los cromosomas homólogos. Está compuesto por dos elementos laterales formado por proteínas básicas (con alto contenido en lisina y arginina) y un componente central que tiene además ARN. La sinapsis se realiza a través de filamentos transversales y la red longitudinal del componente central. También aparecen estructuras elipsoidales densas denominadas nódulos de recombinación. Funciona a modo de cierre relámpago entre los homólogos. Paquitena: los cromosomas se acortan y se completa el apareamiento de los homólogos. Lo más importante es el fenómeno de entrecruzamiento o crossing-over. Durante el entrecruzamiento un fragmento de una cromátida puede separarse e intercambiarse por otro fragmento de su correspondiente homologo. Diplonema: los cromosomas homólogos se separan, si bien todavía permanecen unidos en los puntos en los que se ven los quiasmas (del griego khiasma: cruz). El complejo sinaptonémico se desintegra. En las mujeres este periodo es tan largo que va desde el 7º mes de vida intrauterina hasta la pubertad, como mínimo. Esta diplotena dilatada se llama estado difuso. Diacinesis: la condensación de los cromosomas se acentúa aún más, el nucleolo se disuelve, desaparece la membrana nuclear, y se forma el huso mitótico. Metafase: en la Metafase I las tétradas se alinean en el ecuador de la célula. Las fibras del huso se "pegan" al centrómero de cada par homólogo y, a partir de este momento, los sucesos subsiguientes son similares a la mitosis. Anafase: durante la Anafase I las tétradas se separan y los cromosomas son arrastrados a los polos opuestos por las fibras del huso. Los centrómeros permanecen intactos en la Anafase I. • Frecuencias gaméticas en Acoplamiento y en Repulsión: En la tabla siguiente se comparan las frecuencias gaméticas en caso de Independencia, con las obtenidas para genes ligados en Repulsión y en Acoplamiento, teniendo en cuenta además, en cada caso, dos situaciones extremas: • El caso en el que los dos loci ligados están muy alejados sobre el mismo cromosoma y la probabilidad de sobrecruzamiento entre ambos es 2r = 1 r = ½ (siempre se da sobrecruzamiento) y, • La situación opuesta, cuando ambos loci están tan sumamente cerca que nunca se da sobrecruzamiento entre ellos 2r = 0 y r = 0 (Ligamiento total o absoluto). • Distancia genética: La distancia genética (d) se define como el valor de la fracción de recombinación expresada en tanto por cien y la unidad que se emplea para medirla es el Morgan (M), de manera que un Morgan equivale a un 1% de recombinación. A una fracción de recombinación de valor r = 0.01 le corresponde una distancia d = 1 M. Debido a un error en la definición del centimorgan (cM) que se introdujo posteriormente en los estudios de Genética Humana, un Morgan (1 M) y un centimorgan (1 cM) son la misma cosa. Aunque lo lógico sería que el cM fuera la centésima parte de un Morgan, resulta que es lo mismo, de manera que 1M y un cM representan un 1% de recombinación. • Mapas genéticos en eucariontes. • Cruzamiento prueba. En un cruzamiento prueba, las frecuencias de los diferentes tipos de descendientes coinciden con las frecuencias de los gametos producidos por el parental diheterocigoto, siendo fácil identificar a los descendientes procedentes de gametos parentales y los originados a partir de gametos recombinantes. • F2. Sin embargo, en la descendencia por autofecundación de un diheterocigoto o en el cruzamiento de dos diheterocigotos (en una F2), la situación se complica, ya que, de la apariencia externa de los descendientes, no es posible concluir qué tipo de gametos los han producido. FRECUENCIAS DE LOS DESCENDIENTES DE UNA F2 EN ACOPLAMIENTOS. FRECUENCIAS DE LOS DESCENDIENTES DE UNA F2 EN REPULSION. FRECUENCIAS DE LOS DESCENDIENTES DE UNA F2 EN ACOPLAMIENTOS Y EN REPULSION. Las frecuencias de los diferentes fenotipos se obtienen sumando las frecuencias de todos aquellos genotipos que tienen el mismo fenotipo. En la siguiente tabla se indican estas frecuencias en Acoplamiento y Repulsión, considerando situaciones diferentes según las probabilidades de sobrecruzamiento por el lado femenino y masculino sean F 0 B 9iguales (2r = 2r’) o distintas (2r 2r’). • Planteamiento directo: Cálculo de las frecuencias gaméticas. Planteamiento inverso Cruzamiento Prueba y F> Demostración de la Descendientes de AaBb x aabb o de AaBb x AaBb Fenotipos AB Ab Observados a a, Ay e Los valores esperados los obter[dríamos de la siguiente forma: ] : . rvados A Observados a existencia de +3) (ay+a) ligamiento Observados B | Observhdos|AB = a, | Observados aB = a, - - (a,+a) Espdradols AB Esperados aB ly? de contingencia [(aj+apxta ba/IIN | [layrajx(a¡+a)]N _ Observados b Observpdos|Ab = ay | Observados ab = ay grados de Inertad (91) o (az+a) Espdradds Ab Esperados ab (columnas-1) x ( ) [(a,+alix(abaJI/N_ | [tayraxía,+a JN fa ftamxía, +2.) (a, +3,)x(a, +2.) poa 1 (2 Ñ 1] P +adría, +3.) (a,+a. xa, +2.) Ñ Í l.- Ñ ] Mescroces 225 73 (3,73) N (a, +3,)x(a, +3,) N (+3. H(a,+3.) (a,+a,)x(a, +2.) N Si el valor de probabilidad asociado al y? ingencia es P < 0,05 (Significativo), se interpreta que existe ligamiento dos loci. Planteamientq inverso Estimación del valor de la fracción de recombinación (r) en un qruzamiento prueba _ Recombinanfes Total Descendientes de un crulzamfento prueba AaBb x aabb Fenotipos AB Ab aB ab Observados a,= 40 a,= 10 az=10 a¿=40 r= Recombinantes _ a,+a,] 10+10 _ 02 Total N 100 La fracción de recombinación eg r [+ 0,2, de forma que existen un 20% de recombinan boi Por consiguiente, la distancia genética entre estos dos Bería d = 20 cM. + Máxima verosimilitud: Cruzamiento|prueba. Para calcular el valor de r que hace máxima la probabilidad se [== toman logantmos a e, Máxima verosimilitud: F, LíProb)=K+alt,+ajlt,+ajlt,+alt, K “aja — Caretos parents mercutos Les máximo cuando la primera derivada es cero 5 e 0 a > A 1 Parera Recoromante | Recomamaste Parental Agra io y a aa a A año amo | ao a an Ca a Tao 1; .0. amo amo [aer : : x esta = sano] anno soe] amo 4, 3, 3-4, 2,+4, 2,+3, Become q NN e 0 (I=n 1 ro (i=r) or (1-0) Pon ll ao As 00 sao ao | ps hm eee M-( Wa. 9. —1a 1.1.0 an. "1.3.4 4.1.0 — Mi Asta ao sd • Método rápido para calcular frecuencias de recombinación en F2 con domina ncia completa. • Comprobación de la existencia de ligamento mediante Estadística Bayesiana. La probabilidad “a priori” de que dos genes cualesquiera puedan comportarse como ligados depende de muchos factores y, por ello, ha sido ampliamente discutida. Generalmente, se admite que un valor razonable sería 1/50; por tanto, la probabilidad “a priori” de que dos genes sean independientes sería = 49/50. Supongamos que queremos demostrar que dos genes concretos están ligados, utilizando un método que proporcione un nivel de significación del 5%. Lo que queremos, entonces, es utilizando información adicional propia de estos genes, demostrar que, en este caso concreto, la probabilidad de que sean independientes es 0,05 = 1/20. A esta probabilidad se le llama probabilidad “a posteriori”. El Teorema de Bayes nos dice que: Donde LR es un cociente de verosimilitud (likelihood ratio) que se calcula como el cociente entre la probabilidad de esa información adicional si los dos genes están ligados y esa misma probabilidad si los dos genes son independientes. El cociente de verosimilitud debe valer un mínimo de 1000 para que la probabilidad de independencia sea menor o igual que 0,05. • Comprobación de la existencia de ligamiento mediante Estadística Bayesiana Lod Score El parámetro que se utiliza en la práctica se llama LOD Score que es el logaritmo en base 10 del cociente de verosimilitud. Así pues, si el cociente de verosimilitud debe valer un mínimo de 1000 para que la probabilidad de independencia sea menor o igual que 0,05, el LOD Score debe ser mayor o igual que 3. Las probabilidades implicadas habitualmente refieren a una familia en la que segregan ambos genes. • Sobrecruzamiento doble y múltiple. • Recíprocos: el segundo sobrecruzamiento afecta a los mismos cromatidios que afectó el primero. • Diagonales de Tipo I: el segundo sobrecruzamiento afecta a uno de los cromatidios del primero y a otro nuevo. • Diagonales de tipo II: el segundo sobrecruzamiento afectaal otro cromatidio que afectó el primero y al mismo en el otro cromosoma. • Complementarios: el segundo sobrecruzamiento afecta a los dos cromatidios que no afectó el primero. Con un solo sobrecruzamiento la mitad de los gametos son reco mbinantes. • Interferencia. La interferencia I se define como uno menos el coeficiente de coincidencia ▲ I = 1 – c ▲ Si c = 0 la Interferencia es I =1 ▲ ▲ Si c = 1, no hay interferencia, I = 0 ▲ Si c > 1, la interferencia es negativa. ▲ Si c < 1 la interferencia es positiva. • Planteamiento de los tres puntos. • Planteamiento directo. A partir del conocimiento del orden de los loci, de las fracciones de recombinación y distancias genéticas deducimos las frecuencias con las que aparecen los diferentes tipos de descendientes que aparecen en un cruzamiento. Tema 2.3: Recombinación en bacterias. • Recombinación en bacterias. Se basan en el proceso de intercambio de fragmentos entre distintas secuencias de ADN. • Transformación: en determinadas condiciones fragmentos de ADN exógeno pueden entrar en el interior de las bacterias. El ADN exógeno puede intercambiar segmentos con el ADN del cromosoma principal bacteriano. • Transducción: Transferencia del material hereditario (ADN) de una bacteria donadora a otra receptora sin contacto físico entre dos estirpes bacterianas. El vehículo o vector que transporta ADN de una bacteria a otra es un virus. • Conjugación: Transferencia del material hereditario (ADN) de una bacteria donadora a otra receptora. Requiere el contacto físico entre las dos bacterias, donadora y receptora, que se establece a través de los pili- F de la bacteria donadora formándose un tubo de conjugación. El ADN de la bacteria receptora puede intercambiar segmentos con el ADN de la donadora. • Transformación bacteriana. En determinadas condiciones, fragmentos de ADN exógeno (transformante), de tamaño superior a 3 x 105 dalton y longitud comprendida entre 5 x 106 y 15 x 106 Å (que equivale a 200.000 pares de bases) con estructura helicoidal intacta pueden unirse a células bacterianas competentes y entrar en su interior. La entrada de estos segmentos necesita de la presencia de iones de k +, Mg++ y Ca++. El ADN entra en el espacio periplasmático, entre la pared celular y la membrana plasmática, allí una endonucleasas corta las dobles hélices en fragmentos de menor tamaño, posteriormente se degrada una de las dos hélices, de manera que lo que entra en el citoplasma es ADN de monocatenario. Estos fragmentos de ADN monocatenario (transformante) pueden sustituir a los fragmentos homólogos del cromosoma principal bacteriano mediante un mecanismo especial de recombinación. La recombinación genética tiene lugar entre el ADN transformante y el ADN de la bacteria receptora y se detecta por la aparición de bacterias descendientes transformadas para algún carácter. La existencia de este mecanismo permite construir Mapas genéticos de transformación. ■ Ligamento en experimentos de transformación. Dos genes, marcadores o loci cualesquiera se consideran ligados cuando van juntos en el mismo segmento de ADN transformante o exógeno. En este caso, la frecuencia con la que aparecen las bacterias descendientes que han cambiado para los dos genes estudiados con respecto a la bacteria receptora (dobles transformadas) DT es mayor que la frecuencia de las bacterias descendientes que han cambiado para un solo gen con respecto a la receptora (simples transformadas) ST. Partimos de una bacteria receptora auxotrofa (a- b-), incapaz de sintetizar los compuestos a y b, que para crecer necesita que se añadan al medio dichas sustancias. Suponemos que el ADN transformante o exógeno procede una bacteria prototrofa (a+ b+), capaz de sintetizar los compuestos a y b, que no necesita que se añadan al medio dichas sustancias. Si los dos genes implicados en la producción de a y b están ligados y van en el mismo segmento de ADN transformante, podemos considerar tres regiones (I, II y III) en las que se puede dar sobrecruzamiento. El número de sobrecruzamientos debe ser siempre par, ya que si se diera un número impar el cromosoma de la bacteria receptora quedaría abierto dejando de ser circular. El número de sobrecruzamiento necesario para que aparezca una bacteria DT es dos, uno en la región I y otro en la región III. Para que aparezca una bacteria ST necesitamos un sobrecruzamiento en la región II y otro en la I o la III. Cuanto más cerca estén los dos genes analizados en el mismo segmento de ADN transformante más difícil será que se de sobrecruzamiento entre ellos (región II), mayor será la probabilidad de que aparezcan bacterias dobles transformadas (DT) y menor la probabilidad de que aparezcan simples transformadas (ST). Para obtener una estima de la distancia genética entre los dos genes tenemos que fijarnos sólo en las bacterias descendientes simples transformadas (ST). La distancia (q) en unidades de transformación será: • Independencia en transformación. Dos genes, marcadores o loci cualesquiera se consideran independientes cuando van separados en dos fragmentos de ADN transformante distintos. En este caso, las regiones en las que se puede dar sobrecruzamiento son cuatro: I, II, III y IV. La aparición bacterias DT necesita de cuatro sobrecruzamientos, uno en cada una de las regiones I, II, II y IV, sin embargo, la aparición de bacterias ST necesita solamente dos entrecruzamientos: uno en la región I y otro en la región II, o bien uno en la región III y otro en la IV. La probabilidad de sobrecruzamiento suele ser inferior a la unidad; por tanto, la probabilida d de 4 entrecruza mientos (X) es bastante inferior a la de dos entrecruzami entos. Supongamos que no se dispone de ADN transformante procedente de una cepa donante que sea prototrofa simultáneamente para a y b (a+ b+), para un experimento de transformación, pero sí se dispone, de dos cepas donadoras, una prototrofa sólo para a (a+ b-) y otra solo para b (a- b+) En esta situación, a pesar de que los dos genes analizados van en el mismo segmento de ADN transformante, al no disponer de un ADN transformante que sea simultáneamente prototrofo para a y b (a+ b+), los genes considerados se comportan como independientes, ya que la aparición de cepas descendientes dobles transformadas (DT) necesita de 4 sobrecruzamientos, mientras que las simples transformadas (ST) se obtienen con sólo dos sobrecruzamientos. • Problema de los tres puntos en transformación. R Forma ms: e un circulo nn _ — 07 Q O O: Oz avrcaare a E - > - : A e — | resguzas ereyans comRA mb mó hp PETER 1) Transducton dy inmal ysale 2 (protago) xdgal 4 helper s 2 ga” 2 : gal” bo (1) Lysogenic transductants 2 — ga- 3 = gal" bio” (4) Transductants produced by recombinasion • Transducción: Dos marcadores se comportan como ligados en un experimento de transducción si están juntos en el mismo segmento de ADN transducido; es decir, están ligados cuando cotransducen juntos. Para evaluar distancias consideramos tres genes (a, b y c). El gen a sirve como indicador de que se ha producido transducción (en el cálculo se contabilizan sólo las bacterias trasducidas para a). Frecuencia de cotransducción entre a y b Xa-b = Frecuencia de bacterias que han cotransducido para a y b al mismo tiempo (son a+, b+). • Conjugación: • Conjugación en bacterias. La conjugación es la transeferencia del material hereditario (ADN) de una bacteria donadora a otra receptora. Requiere el contacto físico entre las dos estirpes bacterianas, la donadora y la receptora. El contacto físico se establece a través de los pili-F de la bacteria donadora formándose un tubo de conjugación. Las bacterias donadoras poseen un Factor F o Factor sexual que es un plasmidio (molécula de ADN doble hélice circular) que las confiere mediane los genes tra la capacidad de transferir su ADN. Las receptoras carecen del Factor F. CONJUGACIÓN EN BACTERIAS | CONJUGACIÓN EN BACTERIAS ] TUBO EN “U" DE DAVIS Puros coman 0 ga CONJUGACIÓN EN BACTERIAS | [CONJUGACIÓN EN BACTERIAS | [CONJUGACIÓN EN BACTERIAS | BACTERIAS MAPAS DE TIEMPO: APAREAMWENTO INTERRUMPIDO VIOLUMAN Y JAC08(19551 == 13 E Pra nal ETT nego CUATRO CEPAS MY DISTINTAS HeH Larmer, MC IcT E mmenmaivps y E lacas Y Mr 34 O, mas ma ST az lac Y, gal vo rua Mir 5 ¿2 Y aa ls Y, Gal vo ral a En cada cepa HI el factor senal se na regrado en un jugar Alererts 08! 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