Ligamiento de Genes:

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Definición. Relaciones numéricas. Fase de acoplamiento y fase de repulsión. Intercambio de genes ligados: crossing over. Detección citológica del crossing over. Medidas de ligamiento. Elaboración de mapas cromosómicos, distancia y orden de los genes, entrecruzamiento doble. • El cruzamiento prueba de tres puntos. • Interferencia y coincidencia 2

Recordando la Segunda ley de Mendel “Distribución independiente y recombinaciones al azar”: Esta ley se cumple cuando los caracteres elegidos están regulados por genes situados en distintos cromosomas. Dos caracteres elegidos por Mendel, color de la semilla "A" y forma de la semilla "B“, se encuentran en distintos cromosomas y por lo tanto el individuo dihíbrido AaBb formará cuatro clase de gametos (AB, Ab, aB, ab ). 3

• En cambio si los genes que estamos estudiando se encuentran localizados en el mismo cromosoma , un individuo que tuviera el mismo genotipo dihíbrido: AaBb sólo formará dos clases de gametos, en el caso del esquema se formarán los gametos con las combinaciones : AB, ab. • Aparecerán las gametas recombinantes, siempre que la distancia entre los genes permita que ocurra entrecruzamiento o crossing over entre ellos.

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• Hoy en día sabemos que los cromosomas son portadores de un número elevado de genes, por lo tanto, cuando un cromosoma pasa a la descendencia, también pasan todos sus genes, y en este caso su comportamiento no sigue la Segunda Ley de Mendel, es decir, no segregan independientemente. A los genes que están localizados en el mismo cromosoma se les llama genes ligados. 6

• En el caso de realizar una “Prueba de cruza” de las semillas dihíbridas, como se ve en el esquema siguiente, tendríamos estos resultados: Si los genes fueran independientes, el individuo dihíbrido AaBb formará cuatro posibles gametos que darán origen a cuatro fenotipos posibles : amarillo-liso, amarillo - rugoso, verde - liso, verde - rugoso . Si los genes están ligados (en ligamiento completo) el individuo dihíbrido formará solamente dos tipos de gametos y se obtendrán solamente dos fenotipos : amarilloliso y verde- rugoso . 7

Cruzamiento de Prueba

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Los genes ligados pueden encontrarse en fase de acoplamiento , cuando se ubican los alelos dominantes en el mismo cromosoma; o en fase de repulsión, cuando el alelo dominante de un carácter se ubica junto al recesivo del otro carácter.

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• Bateson, Saunders y Punnett en 1905 realizando cruzamientos en arvejilla (Latyrus odoratus) serían los primeros investigadores que registraron experiencias donde no se encuentran las proporciones esperadas, es decir que no se cumplen las leyes de Mendel. Analizaron los caracteres color de flor y forma del grano de polen. Las flores podían ser púrpuras o rojas, y el grano de polen alargado o redondo. Hicieron un primer cruzamiento de padres con flores púrpuras y polen alargado por padres con flores rojas y polen redondo. Se obtiene una F1 de flores púrpuras y polen alargado. 10

Caracteres analizados: color de flor y forma de polen P: flores púrpuras L: polen alargado p: flores rojas l: polen redondo P PPLL x ppll Gametas PL pl F1 PpLl F1: 100% de flores púrpuras y polen alargado A la F1 se la cruza para obtener la F2, donde se esperaría encontrar la proporción 9:3:3:1 11

F1 F2

Calculado

P_ L _

3910

P _ ll pp L _ pp ll Total

x

F1

Observado

Fenotipo

4831

Púrpura alargado

1303,5

393

Púrpura redondo

1303,5

390

Rojo alargado

434,5

1338

6952

6952

Rojo redondo 12

Lo que llamó la atención de estos investigadores (Bateson, Saunders y Punnett) es que las proporciones obtenidas no coincidían con las esperadas o calculadas. También, que las clases paternas eran siempre las mas numerosas. Realizaron un 2º cruzamiento, esta vez partiendo de padres con flores púrpuras y polen redondo por padres con flores rojas y polen alargado. 13

2º Cruzamiento: P: flores púrpuras p: flores rojas P PPll x Gametas Pl F1 PpLl

L: polen alargado l: polen redondo ppLL pL

F1: 100% de flores púrpuras y polen alargado Luego se cruzan los individuos de la F1 entre ellos, para obtener la F2.

F1 x F1 F2

Calculado

Observado

Fenotipo

P_ L _

235,75

226

Púrpura alargado

P _ ll

78,5

95

Púrpura redondo

pp L _

78,5

97

Rojo alargado

pp ll

26,25

1

Rojo redondo

Total

419

419 15

• Nuevamente les llama la atención que tampoco en este caso los valores observados se ajustan a los esperados, y que en F2, las combinaciones paternas se siguen presentando en mayor proporción. • Bateson, Saunders y Punnett no alcanzan a dar una explicación del fenómeno. • La investigación sobre el tema sigue con los estudios de Morgan y colaboradores, en mosca de la fruta (Drosóphila melanogaster) en 1910, quienes enuncian los siguientes principios. 16

Ligamiento y Entrecruzamiento: Morgan (1910) • 1. Para que los genes se hereden juntos, deben encontrarse en el mismo cromosoma. • 2. Los genes se ubican en forma lineal en el cromosoma. • 3. La fuerza de ligamiento para 2 genes es inversamente proporcional a la distancia que los separa. • 4. La recombinación entre genes ligados, se debe al intercambio de partes entre los cromosomas, es decir al entrecruzamiento. 17

En conclusión: “Dos

genes están ligados cuando se ubican en un mismo cromosoma y tienden a transmitirse juntos a la descendencia” descendencia”

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• En el caso de ligamiento de genes se cumple la 1ª Ley de Mendel pero no se cumple la 2º Ley de Mendel. • Las combinaciones paternas son siempre las que se encuentran en mayor proporción, mientras que los recombinantes son los que se encuentran en menor proporción. • Los recombinantes aparecen como producto de la existencia del entrecruzamiento o crossing over. La cantidad de recombinantes es un índice de la distancia que separa a los genes involucrados. A mayor distancia es mayor la cantidad de recombinantes que se producen. 19

Cruzamiento de prueba de un dihíbrido: realizado por Hutchinson (1922) en maíz. Caracteres que tuvo en cuenta: Color y Forma del grano • • • •

C: grano con color c: grano blanco S: grano forma normal s: grano hendido CcSs x ccss 20

Prueba de cruza del dihíbrido CcSs x ccss

CS Cs cS cs

cs CcSs Ccss ccSs ccss Total

Calculado 2101 2101 2101 2101 8404

Observado 4032 149 152 4171 8404 21

• Nuevamente se observa un desvío de los valores observados con respecto a los calculados. • Las clases paternas son las que se presentan en mayor cantidad. • La presencia de las clases recombinantes indica que hubo crossing over. • Se trata de un caso de Ligamiento en fase de Acoplamiento de Factores. • Se puede calcular la cantidad de entrecruzamientos o %CO producidos. 22

• El % de crossing over se calcula como: % CO = nº de recombinaciones x 100 nº total de descendientes • Este %CO indica: 1- De cada 100 células, en cuántas se produce entrecruzamiento. 2- La distancia que separa a los genes involucrados. Esta distancia se mide en unidades centimorgan o en unidades de mapa (um). 23

Detección citológica del c.o. Experiencia de Curt Stern, 1931. c B

C b

X1 X2 ♀ Ojos color rojos y forma bar

X

c b

X3 Y ♂ Ojos color carne y forma normal

Esta experiencia se realizó en mosca de la fruta (Drosóphila melanogaster) donde se encontraron cromosomas “X” característicos y que podían ser usados como marcadores. 24

Cromosomas X identificados: 1. Cromosoma “X” con hendidura.

2. Cromosoma “X” con sombrerete. 3. Cromosoma “X” normal.

• Después de realizar el cruzamiento, en la descendencia, se observan cromosomas X que llevan la hendidura y el sombrerete. Esto es la comprobación citológica del crossing over. Pues aparecen nuevas clases que son producto del entrecruzamiento y se llaman clases recombinantes. 25

Cruzamiento de Prueba de Tres Puntos Experiencia de G.W. Beadle, 1940, en Maíz • Se basa en los estudios realizados por Beadle, quién encontró tres mutantes recesivos en le maíz (Zea maiz) ubicados en el mismo cromosoma. Investigó cómo segregan estos genes, que producen los siguientes caracteres: a) hojas brillantes ; b) variable estéril y c) hojas virescentes. • Obtuvo el trihíbrido e indagó qué ocurre cuando se les realiza una prueba de cruza, lo que se conoce como cruzamiento de prueba de tres puntos.

• • • • • •

Tomando los caracteres normales y sus respectivos mutantes recesivos, queda: Gl (+): normal gl: brillante Va(+): normal va: variable estéril V(+): normal v: virescente Realizó el cruzamiento de prueba del trihíbrido, y obtuvo los siguientes resultados. 27

Genotipos de la descendencia • • • • • • • • •

Normal Brill., varib. est. Variab. est. Variab. est., viresc. Brill.,var. est.,viresc. Brillante Brill.,viresc. Virescente Total

Gametas 235 62 40 4 270 7 48 60 726

+ + + gl va + + va + + va v gl va v gl + + gl + v + + v 28

• Para hacer la Prueba de tres Puntos se debe: 1º. Identificar las combinaciones paternas (Son las combinaciones en mayor proporción). 2º. Identificar las combinaciones dobles (Son las combinaciones en menor proporción). 3º. Encontrar la secuencia correcta de los genes en el cromosoma (Se identifica comparando el 1º y el 2º) 4º. Calcular el % de C.O. simples de la zona 1 y de la zona 2. %COz1(o de z2) = nº de recomb. Z1(o de z2) + recomb.dobles total de individuos 29

5º. Calcular el % de C.O. Dobles. % COD(dobles)= menor nº de recombin. total de individuos 6º. Calcular el % de C.O.D. teóricos o esperados. % COD Teóricos = prod. de probabilidades = %COz1 x %COz2 100 100 7º. Calcular el Coeficiente de coincidencia. Coef.Coinc.(Cc) = frec. COD obs. frec. COD esperados 8º. Calcular la Interferencia Cromosómica. Interferencia (I) = 1 - Cc (varía entre 0 y 1)

• La utilización de la Prueba de Tres Puntos es para determinar la secuencia correcta de los genes (es decir el orden en el cromosoma) y la distancia entre estos genes. • Con ello se realizan la confección de mapas cromosómicos y estudios de genomas. • Un grupo de ligamiento hace referencia a los genes que se ubican en un mismo cromosoma, por ello el número de grupos de ligamiento en una especie es igual al número haploide de cromosomas de dicha especie. 31

Bibliografía • • • • • • • •

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