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Dr. Antonio Barbadilla
Tema 3: Principios mendelianos y extensiones1
AA Aa
Aa aa
1/2 A 1/2 a
1/2 A
1/2 a
Razón fenotípica3/4 A-1/4 aa
Razón genotípica
1/4 AA1/2 Aa1/4 aa
Principios Principios mendelianos y mendelianos y extensiones extensiones
Principios Principios mendelianos y mendelianos y extensiones extensiones
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones2
Objetivos temaPrincipios 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
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones3
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
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones4
Jardín del monasterio agustino de Santo Tomás de Brunn, actual república Checa, donde Mendel realizó sus experimentos de cruces con el guisante
Monje austriaco Gregor Mendel (1822-1884)
Mendel Web: http://www.mendelweb.org/
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones5
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)
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones6
Flor de la planta del guisante, Pisum sativum
estudiada por Mendel
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones7
Los siete caracteres estudiados por Mendel
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones8Método de cruzamiento empleado por Mendel
Polinización cruzada Autofecundación
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones9
Resultados de todos los cruzamientos monohíbridos de Mendel
Fenotipo parental F1 F2 Relación F2 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
Todas lisas Todas amarillas
Todas púrpuras
Todas hinchadas
Todas verdes Todas axiales
Todos largos
5474 lisas; 1850 rugosas 6022 amarillas; 2001 verdes
705 púrpuras; 224 blancos
882 hinchadas; 299 hendidas
428 verdes; 152 amarillas
651 axiales; 207 terminales
787 largos; 277 cortos
2,96:1 3,01:1
3,15:1
2,95:1
2,82:1 3,14:1
2,84 1
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones10
Interpretación genética del cruce monohíbrido de Mendel
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones11
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
AA Aa
Aa aa
1/2 A 1/2 a
1/2 A
1/2 aRazón fenotípica
3/4 A-1/4 aa
Razón genotípica
1/4 AA1/2 Aa1/4 aa
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones12
Cruce dihíbrido
Gen Color Y (amarillo) > y (verde)
Gen textura semilla R (liso) > r (rugoso)
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones13
Segunda ley de Mendel:
Cruce dihíbrido
El cuadrado de Punnett ilustra los genotipos
que dan lugar a las
proporciones 9 : 3 : 3 : 1
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones14
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
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones15
Segunda ley de Mendel:
Razón fenotípica9/16 A-B- 3/16 A-bb 3/16 aaB- 1/16 aabb
Razón genotípica
AABB Aabb aaBB1/16:1/16:1/16:
aabb AaBb AABb1/16:4/16:2/16:
aaBb AaBB Aabb2/16:2/16:2/16
1/4 AB
1/4 Ab
1/4 ab
1/4 aB
1/4 ab1/4 aB1/4 Ab1/4 AB
AABB
AABb
AaBb
AaBB
AAbB
AAbb
AaBb
Aabb
AaBB
AabB
aaBB
aaBb aabb
aaBb
Aabb
AaBb
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones16
Segunda ley de Mendel: Cruce trihíbrido
aabbccaabbCcaaBbccaaBbCcAabbccAabbCcAaBbccAaBbCcabc
aabbCcaabbCCaaBbCcaaBbCCAabbCcAabbCCAaBbCcAaBbCCabC
aaBbccaaBbCcaaBBccaaBBCcAaBbccAaBbCcAaBBccAaBBCcaBc
aaBbCcaaBbCCaaBBCcaaBBCCAaBbCcAaBbCCAaBBCcAaBBCCaBC
AabbccAabbCcAaBbccAaBbCcAAbbccAAbbCcAABbccAABbCcAbc
AabbCcAabbCCAaBbCcAaBbCCAAbbCcAAbbCCAABbCcAABbCCAbC
AaBbccAaBbCcAaBBccAaBBCcAABbccAABbCcAABBccAABBCcABc
AaBbCcAaBbCCAaBBCcAaBBCCAABbCcAABbCCAABBCcAABBCCABC
abcabCaBcaBCAbcAbCABcABC
AABBCC x aabbcc
AaBbCc x AaBbCc
P
F1
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones17
Segunda ley de Mendel: Cruce trihíbrido
abc
abC
aBc
aBC
Abc
AbC
ABc
ABC
133399927
Razón fenotípica
aabbccaabbCcaaBbccaaBbCcAabbccAabbCcAaBbccAaBbCc
aabbCcaabbCCaaBbCcaaBbCCAabbCcAabbCCAaBbCcAaBbCC
aaBbccaaBbCcaaBBccaaBBCcAaBbccAaBbCcAaBBccAaBBCc
aaBbCcaaBbCCaaBBCcaaBBCCAaBbCcAaBbCCAaBBCcAaBBCC
AabbccAabbCcAaBbccAaBbCcAAbbccAAbbCcAABbccAABbCc
AabbCcAabbCCAaBbCcAaBbCCAAbbCcAAbbCCAABbCcAABbCC
AaBbccAaBbCcAaBBccAaBBCcAABbccAABbCcAABBccAABBCc
AaBbCcAaBbCCAaBBCcAaBBCCAABbCcAABbCCAABBCcAABBCC
abcabCaBcaBCAbcAbCABcABC
AABBCC x aabbcc
AaBbCc x AaBbCc
P
F1
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones18
Naturaleza probabilística de las leyes Mendel:
Las leyes son probabilísticas (como si los alelos de los genes se cogieran al azar de
urnas), no deterministas
•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
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones19
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
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?db=OMIM
OMIM - Online Mendelian Inheritance in Man
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones20
Caracteres mendelianos
Albinismo
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones21
Alelismo múltiple• Grupos AB0
•A=B>0
•Fenotipo Genotipo A- AA ó A0 B- BB ó B0 AB AB 0 00
•Color pelaje conejoC+ > Cch > Ch > c
C+ Salvaje
Cch Chinchilla
Ch Himalaya
c albino
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones22
Alelismo múltiple
BRCA2
Individual 1 acgtagcatcgtatgcgttagacgggggggtagcaccagtacagIndividual 2 acgtagcatcgtatgcgttagacggggtggtagcaccagtacagIndividual 3 acgtagcatcgtatgcgttagacggcggggtagcaccagtacagIndividual 4 acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacagIndividual 5 acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacagIndividual 6 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacagIndividual 7 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacagIndividual 8 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacagIndividual 9 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag
A nivel de secuencia nucleotídica prácticamente cada copia de un gen es diferente en algún nucleótido de su secuencia. El alelismo múltiple es ubicuo.
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Indiv1Secuencia 1 acgtagcatcgtatgcgttagacgggggggtagcaccagtacag
Indiv1Secuencia 2 acgtagcatcgtatgcgttagacggggtggtagcaccagtacag
Indiv2Secuencia 1 acgtagcatcgtatgcgttagacgggggggtagcaccagtacag
Indiv2Secuencia 2 acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacag
Indiv3 Secuencia 1acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag
Indiv3 Secuencia 2acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag
Indiv1Secuencia 1 acgtagcatcgtatgcgttagacgggggggtagcaccagtacag
Indiv1Secuencia 2 acgtagcatcgtatgcgttagacggggtggtagcaccagtacag
Indiv2Secuencia 1 acgtagcatcgtatgcgttagacgggggggtagcaccagtacag
Indiv2Secuencia 2 acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacag
Indiv3 Secuencia 1acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag
Indiv3 Secuencia 2acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag
Tema 8: Extensiones del análisis mendeliano24
Alelo A = aAlelo a = t
Se usa la notación AA, Aa y aa para denominar a los genotipos mendelianos que determinan un fenotipo, pero en realidad éstos son internamente heterogéneos en el nivel de DNA. Su asignación como genotipo AA ó aa se debe generalmente a que todas las secuencias que pertenecen al genotipo AA comparten un fenotipo distinto de las que pertenecen al genotipo aa y esta diferencia fenotípica se debe posiblemente a un nucleótido (o a unos pocos) que sería el verdadero genotipo que causa los diferentes fenotipos
¿Cómo explicamos los genotipos mendelianos si en el nivel del DNA cada alelo suele ser
distinto?
Secuencia nucleotídica de una región del gen A en distintos individuos
Genotipo AA = aa -> Fenotipo A
Genotipo Aa = at -> Fenotipo A
Genotipo aa = at -> Fenotipo a
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones25
•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
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Dr. Antonio Barbadilla
Tema 3: Principios mendelianos y extensiones26
•Impronta parental •Ejemplo
Factor crecimiento II tipo insulina (Igf2) en ratón. Mutante homocigoto -> enano. El fenotipo del heterocigoto depende del origen del alelo
Alelo salvaje es paterno -> fenotipo salvajeAlelo salvaje es materno -> fenotipo enano
•Edad de aparición de un fenotipo
•Temprana•Tardía
Aparición tardía de la enfermedad de Huntington
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Dr. Antonio Barbadilla
Tema 3: Principios mendelianos y extensiones27
Ausencia de dominanciaen el Dondiego de noche (Mirabilis jalapa)
P1
F1
F2
Relaciones genotipo-fenotipo
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Dr. Antonio Barbadilla
Tema 3: Principios mendelianos y extensiones28
Cruce dihíbrido con ausencia de dominancia
Número fenotipos distintos? Razón fenotípica ?
Razón genotípica ?1/4 A1B1
A1A1B1B1
1/4 A1B2 1/4 A2B1 1/4 A2B2
1/4 A1B1
1/4 A1B2
1/4 A2B1
1/4 A1B2
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Dr. Antonio Barbadilla
Tema 3: Principios mendelianos y extensiones29
Los número esperados de cruces mendelianos
Tipos de gametos en la F1
Proporción de homocigotos recesivos en la F2
Número de fenotipos distintos de la F2 suponiendo dominancia completa
Número de genotipos distintos de la F2 (o fenotipos si no hay dominancia)
Monohíbrido Dihíbrido Trihíbrido Regla general
n=1 n=2 n=3 n
2 4 8 2n
1/4 1/16 1/64 (¼)n
2 4 8 2n
3 9 27 3n
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones30
Relación genotipo-fenotipo: Variación en la dominancia
31
Dr. Antonio Barbadilla
Tema 3: Principios mendelianos y extensiones31
•Presencia de ambos fenotipos paternos en el heterocigoto
•Grupo AB
•Heterocigoto proteína detectada por electroforesis en hemoglobina
Relación genotipo-fenotipo: Codominancia
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Dr. Antonio Barbadilla
Tema 3: Principios mendelianos y extensiones32
Relación genotipo-fenotipo: Niveles de dominancia
HbAHbA: Normal. HbSHbS: Anemia grave. HbAHbS: No anemia
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Dr. Antonio Barbadilla
Tema 3: Principios mendelianos y extensiones33
Relación genotipo-fenotipo: Retinoblastoma hereditario
R > r en el nivel celularpero
r > R en el nivel del organismo
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones34
PleiotropíaEjemplo anemia falciforme
Distorsión de los glóbulos rojos, adquieren forma de hoz (falciforme)
Producción de hemoglobina S en lugar de la A
Cambio de un nucleótido en el DNA del gen de
la hemoglobina
Problemas circulatorios
Acumulación de células falciformes en el bazo
Daño enel bazo
Rápida destrucción de los glóbulos rojos
Anemia
Debilidad física
Fallo cardiaco
Función mental disminuida
Daño cerebral
Daños en otros órganos
Parálisis
Neumonía ReumatismoFallo renal
Agregación de la hemoglobina S para formar estructuras casi cristalinas en
aguja en los glóbulos rojos
Baja concentración de oxígeno en lo tejidos
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones35
Penetrancia y expresividadAmbos 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
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones36
Expresividad
La polidactilia se manifiesta en grados distintos
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones37
Expresividad
10 grados de expresividad variable en el carácter piel manchada en perros.
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones38
Caracteres determinados por más de un gen
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones39
Caracteres determinados por más de un gen
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones40
Interacción entre genes: dos o más genes determinan el fenotipo de un modo que alteran las proporciones mendelianas esperadas
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones41
Tipos de interacción genética según la modificación de las proporciones mendelianas
9 3 3 1
13:39:7
9:3:4
15:1
A-B- A-bb aaB-aabb
12:3:1
•Mutación supresora 13:3•Duplicación génica recesiva 9:7•Epistasia recesiva 9:3:4•Epistasia dominante 12:3:1•Duplicación génica dominante 15:1
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones42
Genética bioquímica: estudio de la relación entre genes y
enzimasHipótesis 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)
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Dr. Antonio Barbadilla
Tema 3: Principios mendelianos y extensiones43
Genética bioquímica: muchos genes
cooperan en el producto final
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Tema 3: Principios mendelianos y extensiones44
Explicación bioquímica de la proporción 9:7
en el color de la aleurona del maízPrecursor Intermediario Producto final blanco blanco 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
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Dr. Antonio Barbadilla
Tema 3: Principios mendelianos y extensiones45
Genética bioquímica: Relación concentración enzima y producto final