Ciclos Biológicos y Reproducción Ciclo en organismos mícticos. Ejemplo: maíz. Importancia y aplicación genética. Ciclo en organismos apomícticos. Ejemplos. Importancia y aplicación genética. Ciclo en organismos amícticos. Recombinación en bacterias: Conjugación en Escherichia coli. Transducción en Salmonella. Transformación en Neumococos.

Conceptos Organismos mícticos: diferenciación sexual, formación de gametas masculinas y femeninas, fertilización (unión de gametas) Organismos apomícticos (apo = incompleto): existe diferenciación sexual, con formación de gametas masculinas y femeninas pero no hay fecundación Organismos amícticos: organismos que poseen multiplicación asexual o vegetativa. Un individuo se divide en dos partes y cada una de ellas crece hasta formar un nuevo individuo

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Ciclos biológicos en organismos mícticos Ciclo Biológico del maíz

El maíz es una planta alógama, los individuos de una misma generación en una planta alógama son medio hermanos porque son fecundados por distintos padres (ventajas desde el punto de vista evolutivo, por la variabilidad genética que resulta). En autógamas, los individuos son hermanos. CATEDRA DE GENÉTICA - FAZ - UNT

Apomixis. Concepto

La apomixis es el proceso a través del cual se produce la formación de semillas (ver disemínulos) que contienen embriones genéticamente idénticos a la planta madre, generados sin que intervengan los procesos de meiosis y fecundación (Ortiz, Pessino y Quarin; en Biotecnología y Mejoramiento Vegetal). La apomixis fue descripta por primera vez en 1841 por J. Smith.

Se considera que la apomixis ha evolucionado como un sistema de reproducción alternativo a la sexualidad. Por lo tanto, para comprender su funcionamiento es necesario compararlo con el de la reproducción sexual. La apomixis elude la ruta sexual evitando la reducción meiótica y la fecundación. Agamospermia. El óvulo desarrolla disemínulos (similares a una semilla cuyo embrión contiene exactamente el mismo genotipo que la planta que lo origina). Este carácter se llama agamospermia CATEDRA DE GENÉTICA - FAZ - UNT

Apomixis Agamospermia

Apomixis recurrente

Apomixis no recurrente

Diplosporia Gametofito reducido Partenogéniesis pseudogamia

Apomixis vegetativa

Aposporia

Embrionia adventicia

Gametofito no reducido

Partenogénesis

Esporofito haploide

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Esporofito diploide

Pseudogamia

Bulbos, bulbillos, estolones, rizomas. Ej. en vegetales: caña de azúcar, frutilla, cebolla, banana, etc.

Apomixis no recurrente: Los individuos que surgen son haploides. Por estimulación de la oosfera (n), surge un embrión con n cromosomas. El crecimiento se da por partenogénesis .

n

n

n

n

Uno de los núcleos del tubo polínico fertiliza los núcleos polares y se forma el endosperma. Esto es Pseudogamia: fertilización de los núcleos polares pero no de la oosfera. Esta planta resulta con un vigor muy disminuído. Es infértil porque no tiene los dos juegos de cromosomas.

n

n

n

n

CATEDRA DE GENÉTICA - FAZ - UNT Algunas imágenes fueron tomadas de la bibliografía citada y de sitios de internet recomendados

Diplosporia: se produce una falla en la meiosis, en la gametogénesis femenina 2n

2n

2n

≠

2n

n n

n

2n

2n 2n

n n n

2n 2n

2n 2n 2n

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La oosfera, 2n, no es fertilizada y por medio de mitosis origina un embrión 2n. Si los núcleos polares son fertilizados por un núcleo generativo, se forma el endosperma 5n.

Aposporia: Las células de la nucela que rodean el saco embrionario, son de constitución 2n. Estas, penetran al saco embrionario. Puede haber embriones producto de mitosis de células nucelares y poseen un complemento cromosómico con 2n cromosomas. Por otro lado, hay especies en las que el embrión sexual aborta y otras, en las que no. Ej.; en citrus, puede haber varios, entre 3 y 12 embriones, de los cuales uno de ellos es de origen sexual.

n

n

n

2n

2n

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n 2n

2n

n

n

n

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En los organismos apomícticos, hay producción de gametas pero no hay fecundación. Apomixis facultativa: Cuando coexisten los procesos de apomixis y de reproducción por unión de gametas. En los animales, el equivalente a la apomixis es la partenogénesis.

Consecuencias de la apomixis:

El nuevo individuo formado es igual a su progenitor, por lo que hay uniformidad en las poblaciones. Preservación de determinadas recombinaciones y genotipos. Pérdida de la capacidad de evolución. CATEDRA DE GENÉTICA - FAZ - UNT Algunas imágenes fueron tomadas de la bibliografía citada y de sitios de internet recomendados

Ciclo biológico y reproducción en Neurospora crassa: Moho del pan (ascomicetes) Características: -ciclo de vida corto. -Propagación asexual por conidios o multiplicación de fragmentos de micelio no especializado. - La reproducción solo tiene lugar cuando se unen células de tipos opuestos. El núcleo de la célula que se forma como resultado de la fusión es la única fase diploide de este organismo. -El cigoto inicia rápidamente una meiosis, en una estructura de saco denominada Asca . El asca es tan estrecha que las divisiones tienen lugar una tras otra y quedan en la posición en que se han formado. Así, se originan los cuatro productos normales de la meiosis, luego se vuelve a dividir cada célula por mitosis con lo que se generan los ocho núcleos alineados en el asca. Alrededor de cada núcleo se forman las membranas de las esporas: las ascosporas. -Finalmente las ascosporas se rompen. La germinación de una ascospora inicia una nueva generación de micelio haploide, con constitución DE GENÉTICA - FAZ - UNT de genéticaCATEDRA determinada por la recombinación genotipos en meiosis. Algunas imágenes fueron tomadas de la bibliografía citada y de sitios de internet recomendados

MECANISMOS DE RECOMBINACIÓN EN BACTERIAS: CONJUGACIÓN, TRANSFORMACIÓN Y TRANSDUCCIÓN Las bacterias poseen un cromosoma en forma de anillo distribuido en toda la célula, no posee núcleo definido, sin embargo se han descubierto ciertos organismos en algunas especies de bacterias que dan prueba de que existen recombinaciones.

En un par de bacterias que se unen, la célula que es receptora del material inyectado se designa con F-, la F+ es la donadora. Las células derivadas por división de las receptoras, muestran tipos recombinantes de genes marcadores.

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Conjugación en bacterias a+ ba- b+

a+ b+ a- bBacilos de Escherichia coli en conjugación. El bacilo donante de la izquierda se encuentra unido al bacilo receptor de la derecha por un largo puente citoplasmático, a través del cual se transfiere un plásmido

Si se considera una misma especie bacteriana, con dos cepas diferentes, donde una cepa tenga la característica a+ y una b-, otra cepa puede ser a- y b+. si las dos se colocan en mismo medio de cultivo, existe una recombinación entre sus caracteres, de tal forma que las bacterias descendientes de este “cruzamiento” pueden ser a+ b+ ó a- b- . Este es el caso de la recombinación por conjugación en Escherischia coli CATEDRA DE GENÉTICA - FAZ - UNT

Conjugación en bacterias Existen cepas silvestre o salvaje en E. coli, que son capaces de sintetizar algunos elementos vitales como aminoácidos (Treonina y Leucina), pero son sensibles al antibiótico estreptomicina. También se encontró otra cepa incapaz de sintetizar estos aminoácidos. Ej. En una caja de Petri en medio de cultivo apropiado se coloca la cepa silvestre capaz de sintetizar Treonina y Leucina y la cepa incapaz de sintetizar esa mezcla. Luego de un tiempo surgen cepas capaces de sintetizar uno de los aminoácidos y que a su vez resistentes al antibiótico estreptomicina. existe un cierto apareamiento entre bacterias de una forma y de la otra. Es lo que hoy se conoce como conjugación.

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Conjugación en bacterias

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Ya se dijo que las bacterias que se conjugan son de dos clases, una conocida como F-, que es la bacteria receptora y otra F+. La cepa F+ se llamó Hfr, por su alta frecuencia de recombinación, y es la bacteria dadora. La receptora es redonda y la dadora es más grande y alargada. Se llama dadora porque el ADN introduce parte de su cromosoma a la bacteria receptora. Los caracteres que se han tomado en cuenta son Treonina y Leucina, entre otros

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Conjugación en bacterias Carácter Treonina Leucina Azida Zódica (inhibidor) T1 (bacteriófago) Lactosa Galactosa Streptomicina

Hfr Tr+ Leu+ Sensible a Azida Zódica T1 -s Lac+ Gal+ Str-s

Receptora FTrLeuResistente a Azida Zódica T1 –r LacGalStr-r

La bacteria dadora puede crecer en un medio mínimo, compuesto de sales inorgánicas y una fuente de carbono (glucosa). La receptora no puede crecer en un medio mínimo, porque no tiene capacidad para sintetizar Treonina y Leucina pero tiene otras características como T1-r, que se utiliza como marcador. Tomando en cuenta las dos primeras características, se mezclan las dos clases de bacterias en una caja de Petri que contenga lo necesario para que crezcan las mismas. Se replican las colonias a un medio que contenga Estreptomicina, luego de un tiempo, desarrollan colonias de bacterias. Al cabo de 25 a 30 minutos ocurre el pasaje de la parte del cromosoma que tiene estas características, el 90% de las colonias recombinantes son Tr+ y Leu+ CATEDRA DE GENÉTICA - FAZ - UNT

Conjugación en bacterias  En la conjugación Hfr x F-- el cromosoma entra en la célula receptora con una orientación

determinada, de modo que los genes entran en forma ordenada y secuencial.  El tiempo en que comienza a detectarse un determinado marcador, así como la frecuencia final de

dicho marcador en los recombinantes dan una estimación de su distancia respecto del origen de transferencia.  Precisamente esto último es la base por la que se aprovecha el sistema de conjugación para la

elaboración de mapas genéticos del cromosoma bacteriano.  Ej.: un sector de mapa genético obtenido por este mecanismo

O

Tre+ 8

Leu+ 8½

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Azi-S 9

T1s

Lac+

Gal+

11

18

25

Transducción en Salmonella

La transducción es una manera de producir recombinantes pero con un intermediario que se conoce como profago (atenuado). De tal forma que se produce un traspaso de material de una bacteria a otra por medio de un vehículo. Los bacteriófagos pueden ser virulentos y no virulentos, en este caso los intermediarios son los no virulentos. CATEDRA DE GENÉTICA - FAZ - UNT

Transducción en Salmonella

la transferencia de genes bacterianos se produce por la incorporación de genes bacterianos al interior de la cápside de un fago. El virus que tiene estos genes los inyecta a otra bacteria.

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Transformación en bacterias Experimento de transformación de Griffith. Las imágenes muestran colonias bacterias que contienen células con cápsula (IIIS) y sin cápsula (IIIR) En 1944, Avery, McLeod y McCarty demostraron que el principio transformador era el DNA. El “principio” de las células donadoras se podía purificar químicamente y conservar su actividad transformadora. Se se trata con DNAasa, que destruye el DNA, pierde su actividad transformadora,

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Transformación en bacterias 



Este descubrimiento fue uno de los hechos mas relevantes, pues condujo a experimentos que probaron que el DNA es el material genético. Fred Griffith (1920). Trabajos con Streptococcus pneumoniae.

En la transformación bacteriana, una cepa incorpora en su material genético fragmentos de DNA que están libres en el medio, debido a la lisis de otras bacterias. CATEDRA DE GENÉTICA - FAZ - UNT Algunas imágenes fueron tomadas de la bibliografía citada y de sitios de internet recomendados

BIBLIOGRAFÍA  PIERCE, B. A. Genética Un enfoque conceptual. 2da. Edición. Ed. Panamericana. 2005. SRB, A. M.; R. Q. OWEN Y R. S. EDGAR. Genética General. Omega. 1968.

 Pessino y Quarin; en Biotecnología y Mejoramiento Vegetal

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