1/2 A 1/2 A
AA
Principios mendelianos y extensiones 1/2 a
Aa
1/2 a Aa aa
Raz贸n genot铆pica 1/4 AA 1/2 Aa 1/4 aa
Dr. Antonio Barbadilla
1
Raz贸n fenot铆pica 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
2
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 estadĂsticas sencillas, resumidas en sus dos principios
Dr. Antonio Barbadilla
3
Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
3
Monje austriaco Gregor Mendel (18221884) Jardín del monasterio agustino de Santo Tomás de Brunn, actual república Checa, donde Mendel realizó sus experimentos de cruces con el guisante 4
Dr. Antonio Barbadilla
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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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
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Los siete caracteres estudiados por Mendel
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
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Polinizaci贸n cruzada
Autofecundaci贸n
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M茅todo 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
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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 dihĂbrido
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 dihĂbrido 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
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Segunda ley de Mendel:
Transmisi贸n independiente Durante la formaci贸n de los gametos la segregaci贸n de alelos de un gen es independiente de la segregaci贸n de los alelos en el otro gen
Dr. Antonio Barbadilla
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
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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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Raz贸n genot铆pica 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
Raz贸n fenot铆pica 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
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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+
Cch
Salvaje
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 suele ser distinto? debe posiblemente a un nucleótido (o a unos pocos) que sería el verdadero genotipo que causa los diferentes fenotipos
Secuencia nucleotídica de una región del gen A en distintos individuos
Indiv1Secuencia Indiv1Secuencia 11 acgtagcatcgtatgcgttagacgggggggtagcaccagtacag acgtagcatcgtatgcgttagacgggggggtagcaccagtacag Indiv1Secuencia Indiv1Secuencia 22 acgtagcatcgtatgcgttagacggggtggtagcaccagtacag acgtagcatcgtatgcgttagacggggtggtagcaccagtacag Genotipo AA = aa -> Fenotipo A Alelo A = a Alelo a = t Indiv2Secuencia Indiv2Secuencia 11 acgtagcatcgtatgcgttagacgggggggtagcaccagtacag acgtagcatcgtatgcgttagacgggggggtagcaccagtacag
Indiv2Secuencia Indiv2Secuencia 22 acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacag acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacag Genotipo Aa = at -> Fenotipo A
Indiv3 Indiv3 Secuencia Secuencia 11acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag Indiv3 Indiv3 Secuencia Secuencia 22acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag Genotipo aa = at -> Fenotipo a
Dr. Antonio Barbadilla
24
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
25
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 26
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
27
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
28
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
Número de genotipos distintos de la F2 (o fenotipos si no hay dominancia)
3n
Dr. Antonio Barbadilla
29
Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
29
Relaci贸n genotipo-fenotipo: Variaci贸n en la dominancia
Dr. Antonio Barbadilla
30
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
Relaci贸n genotipo-fenotipo: Niveles de dominancia
HbAHbA: Normal.
HbSHbS: Anemia grave.
HbAHbS: No anemia
Dr. Antonio Barbadilla
32
Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
32
Relaci贸n 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
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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
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
36
Expresividad
Dr. Antonio Barbadilla
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10 grados de expresividad variable en el carรกcter piel manchada en perros. Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
37
Caracteres determinados por mรกs de un gen
Dr. Antonio Barbadilla
38
Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
38
Caracteres determinados por mรกs de un gen
Dr. Antonio Barbadilla
39
Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
39
Interacci贸n entre genes:
dos o m谩s 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
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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
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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
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
42
GenĂŠtica bioquĂmica:
muchos genes
cooperan en el producto final
Dr. Antonio Barbadilla
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
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Explicación bioquímica de la proporción 9:7 en el color de la aleurona del maíz Precursor blanco
Dr. Antonio Barbadilla
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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
Gen茅tica bioqu铆mica:
Relaci贸n concentraci贸n enzima y producto final
Dr. Antonio Barbadilla
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones
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