Transcript Tema 3: principios mendelianos

1/2 A
1/2 A
AA
1/2 a
Aa
Principios
mendelianosRazón
y genotípica
extensiones
1/2 a
Aa
aa
1/4 AA
1/2 Aa
1/4 aa
Dr. Antonio Barbadilla
1
Razón fenotípica
3/4 A1/4 aa
Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
1
Objetivos tema
Principios mendelianos y extensiones
Deberán quedar bien claros los siguientes puntos
•El método experimental y la terminología de Mendel
•Ilustrar los dos principios de la transmisión de los genes (la
leyes de Mendel)
–Cruce monohíbrido y principio de la segregación 1:1
–Cruce dihíbrido y principio de la transmisión independiente
•La naturaleza probabilística de los principios mendelianos
•Relaciones genotipo-fenotipo
–La distinción entre dominancia incompleta, parcial y codominancia
–Alelismo múltiple
–Gen esencial y letal
–Pleiotropía
–Penetrancia y expresividad
–Interacción entre genes
•Genética bioquímica: la hipótesis un gen-una enzima
Dr. Antonio Barbadilla
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
2
Los experimentos de Mendel
demuestran que:
•La herencia se transmite por elementos
particulados (no herencia de las mezclas),
y
•sigue normas estadísticas sencillas,
resumidas en sus dos principios
Dr. Antonio Barbadilla
3
Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
3
Monje austriaco
Gregor Mendel
(1822-1884)
Jardín del monasterio agustino de Santo Tomás de Brunn, actual
república Checa, donde Mendel realizó sus experimentos de cruces con
Dr. Antonio Barbadilla
el guisante
4
4
Mendel Web: http://www.mendelweb.org/
Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
Características del
experimento de Mendel :
•Elección de caracteres cualitativos
(alto-bajo, verde-amarillo, rugoso-liso, ...)
•Cruces genéticos de líneas puras (línea
verde x línea amarilla)
•Análisis cuantitativos de los fenotipos
de la descendencia (proporción de cada
fenotipo en la descendencia)
Dr. Antonio Barbadilla
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
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Flor de la planta
del guisante, Pisum sativum
estudiada por Mendel
Dr. Antonio Barbadilla
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Los siete caracteres estudiados
por Mendel
Dr. Antonio Barbadilla
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
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Polinización cruzada
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Autofecundación
Método de cruzamiento empleado por Mendel
Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
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Resultados de todos los cruzamientos
monohíbridos de Mendel
Fenotipo parental
1. Semilla lisa x rugosa
2. Semilla amarilla x
verde
3. Pétalos púrpuras x
blancos
4. Vaina hinchada x
hendida
5. Vaina verde x amarilla
6. Flores axiales x
terminales
7. Tallo largo x corto
F1
F2
Relación F2
Todas lisas
Todas amarillas
5474 lisas; 1850 rugosas
6022 amarillas; 2001 verdes
2,96:1
3,01:1
Todas púrpuras
705 púrpuras; 224 blancos
3,15:1
Todas hinchadas
882 hinchadas; 299 hendidas
2,95:1
Todas verdes
Todas axiales
428 verdes; 152 amarillas
651 axiales; 207 terminales
2,82:1
3,14:1
Todos largos
787 largos; 277 cortos
2,84 1
Dr. Antonio Barbadilla
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
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Interpretación genética del cruce monohíbrido de Mendel
Dr. Antonio Barbadilla
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
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Primera ley de Mendel:
Segregación equitativa
Los dos miembros de un par de
alelos segregan en proporciones 1:1.
La mitad de los gametos lleva un
alelo y la otra mitad el otro alelo
Razón genotípica
1/2 A
1/2 A
AA
Aa
1/2 a
Aa
aa
Dr. Antonio Barbadilla
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1/2 a
1/4 AA
1/2 Aa
1/4 aa
Razón fenotípica
3/4 A1/4 aa
Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
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Cruce dihíbrido
Gen Color
Y (amarillo) > y (verde)
Gen textura semilla
R (liso) > r (rugoso)
Dr. Antonio Barbadilla
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
12
Segunda ley de
Mendel: Cruce
dihíbrido
El cuadrado de
Punnett ilustra
los genotipos que
dan lugar a las
proporciones
9:3:3:1
Dr. Antonio Barbadilla
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
13
Segunda ley de Mendel:
Transmisión independiente
Durante la formación de los gametos
la segregación de alelos de un gen es
independiente de la segregación de
los alelos en el otro gen
Dr. Antonio Barbadilla
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
14
Segunda ley de Mendel:
1/4 AB 1/4 Ab 1/4 aB 1/4 ab
1/4 AB
AABB AAbB AaBB
AaBb
1/4 Ab
AABb
AAbb AabB
Aabb
1/4 aB
AaBB
AaBb
aaBB
aaBb
1/4 ab
AaBb
Aabb
aaBb
aabb
Dr. Antonio Barbadilla
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Razón genotípica
AABB Aabb aaBB
1/16:1/16:1/16:
aabb AaBb AABb
1/16:4/16:2/16:
aaBb AaBB Aabb
2/16:2/16:2/16
Razón fenotípica
9/16 A-B- 3/16 A-bb 3/16 aaB- 1/16 aabb
Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
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Segunda ley de Mendel: Cruce trihíbrido
P
AABBCC x aabbcc
F1
AaBbCc x AaBbCc
ABC
ABc
AbC
Abc
aBC
aBc
abC
abc
ABC
AABBCC
AABBCc
AABbCC
AABbCc
AaBBCC
AaBBCc
AaBbCC
AaBbCc
ABc
AABBCc
AABBcc
AABbCc
AABbcc
AaBBCc
AaBBcc
AaBbCc
AaBbcc
AbC
AABbCC
AABbCc
AAbbCC
AAbbCc
AaBbCC
AaBbCc
AabbCC
AabbCc
Abc
AABbCc
AABbcc
AAbbCc
AAbbcc
AaBbCc
AaBbcc
AabbCc
Aabbcc
aBC
AaBBCC
AaBBCc
AaBbCC
AaBbCc
aaBBCC
aaBBCc
aaBbCC
aaBbCc
aBc
AaBBCc
AaBBcc
AaBbCc
AaBbcc
aaBBCc
aaBBcc
aaBbCc
aaBbcc
abC
AaBbCC
AaBbCc
AabbCC
AabbCc
aaBbCC
aaBbCc
aabbCC
aabbCc
abc
AaBbCc
AaBbcc
AabbCc
Aabbcc
aaBbCc
aaBbcc
aabbCc
aabbcc
Dr. Antonio Barbadilla
16
Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
16
Segunda ley de Mendel: Cruce trihíbrido
P
AABBCC x aabbcc
F1
AaBbCc x AaBbCc
ABC
ABc
AbC
Abc
aBC
aBc
abC
abc
ABC
AABBCC
AABBCc
AABbCC
AABbCc
AaBBCC
AaBBCc
AaBbCC
AaBbCc
ABc
AABBCc
AABBcc
AABbCc
AABbcc
AaBBCc
AaBBcc
AaBbCc
AaBbcc
AbC
AABbCC
AABbCc
AAbbCC
AAbbCc
AaBbCC
AaBbCc
AabbCC
AabbCc
Abc
AABbCc
AABbcc
AAbbCc
AAbbcc
AaBbCc
AaBbcc
AabbCc
Aabbcc
aBC
AaBBCC
AaBBCc
AaBbCC
AaBbCc
aaBBCC
aaBBCc
aaBbCC
aaBbCc
aBc
AaBBCc
AaBBcc
AaBbCc
AaBbcc
aaBBCc
aaBBcc
aaBbCc
aaBbcc
abC
AaBbCC
AaBbCc
AabbCC
AabbCc
aaBbCC
aaBbCc
aabbCC
aabbCc
abc
AaBbCc
AaBbcc
AabbCc
Aabbcc
aaBbCc
aaBbcc
aabbCc
aabbcc
3
3
Razón fenotípica
Dr. Antonio Barbadilla
27
17
9
9
9
3
Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
17 1
Naturaleza probabilística de
las leyes Mendel:
Las leyes son probabilísticas
(como si los
alelos de los genes se cogieran al azar de urnas),
deterministas
no
•Permiten predecir la probabilidad de
los distintos genotipos y fenotipos
que resultan de un cruce
•Permiten inferir el número de genes
que influyen sobre un carácter
Dr. Antonio Barbadilla
18
Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
18
Caracteres mendelianos en
humanos:
•Capacidad de sentir el sabor de la
feniltiocarbamida
•Albinismo
•Tipo sanguíneo
•Braquidactilia (dedos de manos y pies cortos)
•Hoyuelos de la mejilla
•Lóbulos oreja sueltos o adosados
•Pecas en la cara
•Pulgar hiperlaxo
•Polidactilia
OMIM - Online Mendelian Inheritance in Man
Dr. Antonio Barbadilla
19
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?db=OMIM
Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
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Caracteres mendelianos
Albinismo
Dr. Antonio Barbadilla
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
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Alelismo múltiple
• Grupos AB0
•A=B>0
•Fenotipo
ABAB
0
Genotipo
AA ó A0
BB ó B0
AB
00
•Color pelaje conejo
C+ > Cch > Ch > c
C+
Salvaje
Cch
Chinchilla
Ch
Himalaya
c
albino
Dr. Antonio Barbadilla
21
Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
21
Alelismo múltiple
A nivel de secuencia nucleotídica prácticamente cada copia
de un gen es diferente en algún nucleótido de su secuencia.
El alelismo múltiple es ubicuo.
BRCA2
Individual
Individual
Individual
Individual
Individual
Individual
Individual
Individual
Individual
1
2
3
4
5
6
7
8
9
acgtagcatcgtatgcgttagacgggggggtagcaccagtacag
acgtagcatcgtatgcgttagacggggtggtagcaccagtacag
acgtagcatcgtatgcgttagacggcggggtagcaccagtacag
acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacag
acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacag
acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag
acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag
acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag
acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag
Dr. Antonio Barbadilla
22
Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
22
Se usa la notación AA, Aa y aa para denominar a los genotipos
¿Cómo explicamos los
mendelianos que determinan un fenotipo, pero en realidad éstos son
genotipos mendelianos si en internamente heterogéneos en el nivel de DNA. Su asignación como
genotipo AA ó aa se debe generalmente a que todas las secuencias
el nivel del DNA cada alelo que pertenecen al genotipo AA comparten un fenotipo distinto de las
que pertenecen al genotipo aa y esta diferencia fenotípica se debe
suele ser distinto?
posiblemente a un nucleótido (o a unos pocos) que sería el verdadero
genotipo que causa los diferentes fenotipos
Indiv1Secuencia 1
Indiv1Secuencia 2
Secuencia nucleotídica de una región del gen A en
distintos individuos
acgtagcatcgtatgcgttagacgggggggtagcaccagtacag
acgtagcatcgtatgcgttagacggggtggtagcaccagtacag
Genotipo AA = aa -> Fenotipo A
Alelo A = a
Alelo a = t
1 acgtagcatcgtatgcgttagacgggggggtagcaccagtacag
Indiv2Secuencia
Indiv2Secuencia 2
acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacag
Genotipo Aa = at -> Fenotipo A
Indiv3 Secuencia 1acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag
Indiv3 Secuencia 2acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag
Genotipo aa = at -> Fenotipo a
Dr. Antonio Barbadilla
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Tema 8: Extensiones del análisis mendeliano
24
•Gen letal y esencial
•Un gen que cuando está alterado es letal, es un gen esencial
•Gen y del ratón doméstico es un ejemplo
Alelo y es dominante para el color amarillo, letal en homocigosis. Alteración
proporciones mendelianas de la F2 es 2:1
Dr. Antonio Barbadilla
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
25
•Edad de aparición de un
fenotipo
Aparición tardía de la
enfermedad de Huntington
•Temprana
•Tardía
•Impronta parental
•Ejemplo
Factor crecimiento II tipo insulina (Igf2) en ratón.
Mutante homocigoto -> enano.
El fenotipo del heterocigoto depende del origen del alelo
Dr. Antonio Barbadilla
Alelo salvaje es paterno -> fenotipo salvaje
Alelo salvaje es materno -> fenotipo enano
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
26
Relaciones genotipo-fenotipo
Ausencia de
dominancia
en el Dondiego
de noche
(Mirabilis jalapa)
P1
F1
F2
Dr. Antonio Barbadilla
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
27
Cruce dihíbrido con ausencia de
dominancia
1/4 A1B1 1/4 A1B2 1/4 A2B1 1/4 A2B2
Razón genotípica ?
1/4 A1B1 A1A1B1B1
1/4 A1B2
1/4 A2B1
1/4 A1B2
Número fenotipos distintos? Razón fenotípica ?
Dr. Antonio Barbadilla
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
28
Los número esperados de cruces
mendelianos
Monohíbrido Dihíbrido Trihíbrido Regla general
n=1
n=2
n=3
n
Tipos de gametos en la F1
2
4
8
2n
Proporción de homocigotos
recesivos en la F2
1/4
1/16
1/64
(¼)n
Número de fenotipos distintos de
la F2 suponiendo dominancia
completa
2
4
8
2n
3
9
27
3n
Número de genotipos distintos de
la F2 (o fenotipos si no hay
dominancia)
Dr. Antonio Barbadilla
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
29
Relación genotipo-fenotipo:
Variación en la dominancia
Dr. Antonio Barbadilla
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
30
Relación genotipo-fenotipo:
Codominancia
•Presencia de ambos fenotipos paternos en el
heterocigoto
•Grupo AB
•Heterocigoto proteína detectada por
electroforesis en hemoglobina
Dr. Antonio Barbadilla
31
Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
31
Relación genotipo-fenotipo:
Niveles de dominancia
HbAHbA: Normal.
HbSHbS: Anemia grave.
HbAHbS: No anemia
Dr. Antonio Barbadilla
32
Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
32
Relación genotipo-fenotipo:
Retinoblastoma hereditario
Dr. Antonio Barbadilla
33
R > r en el nivel celular
pero
r > R en el nivel del organismo
Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
33
Pleiotropía
Ejemplo anemia falciforme
Cambio de un nucleótido
en el DNA del gen de
la hemoglobina
Rápida destrucción de
los glóbulos rojos
Problemas
circulatorios
Acumulación de células
falciformes en el bazo
Producción de hemoglobina S
en lugar de la A
Baja concentración de
oxígeno en lo tejidos
Daño
cerebral
Anemia
Daños en
otros órganos
Daño en
el bazo
Agregación de la hemoglobina S para
formar estructuras casi cristalinas en
aguja en los glóbulos rojos
Debilidad
física
Distorsión de los glóbulos rojos,
adquieren forma de hoz (falciforme)
Fallo
cardiaco
Función mental
disminuida
Parálisis
Neumonía
Reumatismo
Fallo renal
Dr. Antonio Barbadilla
34
Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
34
Penetrancia y expresividad
Ambos conceptos se refieren a la expresión
fenotípica variable de ciertos genes
Penetrancia: Proporción de individuos en una
población que presentan el fenotipo
correspondiente a su genotipo. Si P < 1 se habla
de penetrancia incompleta
Expresividad: El grado de expresión individual
de un fenotipo para un genotipo dado
Dr. Antonio Barbadilla
35
Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
35
Expresividad
La polidactilia se manifiesta en grados distintos
Dr. Antonio Barbadilla
36
Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
36
Expresividad
Dr. Antonio Barbadilla
37
10 grados de expresividad variable en el
carácter piel manchada en perros.
Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
37
Caracteres determinados por
más de un gen
Dr. Antonio Barbadilla
38
Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
38
Caracteres determinados por
más de un gen
Dr. Antonio Barbadilla
39
Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
39
Interacción entre genes:
dos o más genes determinan el fenotipo de un
modo que alteran las proporciones mendelianas
esperadas
Dr. Antonio Barbadilla
40
Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
40
Tipos de interacción genética según la
modificación de las proporciones mendelianas
9
3
3
1
13:3
9:7
9:3:4
12:3:1
15:1
A-B-
Dr. Antonio Barbadilla
41
A-bb
aaB- aabb
•Mutación supresora 13:3
•Duplicación génica recesiva 9:7
•Epistasia recesiva 9:3:4
•Epistasia dominante 12:3:1
•Duplicación génica dominante 15:1
Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
41
Genética bioquímica: estudio de
la relación entre genes y
enzimas
Hipótesis un gen - una enzima (Beadle y
Tatum 1941) -> Estudio de la ruta
biosintética de la niacina (vitamina B3 en
el hongo del pan Neurospora crassa)
Dr. Antonio Barbadilla
42
Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
42
Genética bioquímica: muchos genes
cooperan en el producto final
Dr. Antonio Barbadilla
43
Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
43
Explicación bioquímica de la proporción 9:7
en el color de la aleurona del maíz
Precursor
blanco
Dr. Antonio Barbadilla
44
Intermediario
blanco
Producto final
púrpura
Enzima A
Enzima B
Gen A
Gen B
Para obtener el producto final púrpura necesitamos
que tanto el gen A como el B produzcan una enzima
funcional. Si uno de los dos genes falla (genotipo aa
ó bb), el producto final será blanco
44
Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
Genética bioquímica:
Relación
concentración enzima y producto final
Dr. Antonio Barbadilla
45
Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
45