Post on 16-Jan-2016
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CLASE LIGAMIENTO GÉNICO Y MAPEO DE GENES Prof. Lucía Cifuentes
Recordemos las clases anteriores:
La Teoría cromosómica de la herencia postula (y demuestra) que los genes se ubican físicamente
en los cromosomas. Al poco tiempo de haberse demostrado esto, los biólogos de la época se
dieron cuenta que el número de genes es mucho mayor que el número de cromosomas que
tenemos, por lo que en cada gen hay muchos cromosomas (miiich).Entonces ¿cómo se puede
cumplir la segunda ley de Mendel para genes que están cerca en un mismo cromosoma?
Conceptualmente esto es imposible, porque durante la meiosis los cromosomas no se fragmentan
¿Cómo se combinan al azar genes que están cerca de un mismo segmento?
Surge la idea de que no todos los genes respetan la segunda ley de Mendel por su proximidad
física, a esto de le llamó Ligamiento de Genes.En el año 1906 dos genetistas, Bateson y
Punnetdemostraron el ligamiento génico en guisantes.
Ellos querían identificar el modo de herencia de estas plantas de la misma forma en que lo hizo
Mendel, usando monohibridismo. Determinaron que había un gen en la planta del guisante que
determinaba el color de la flor y para este gen había dos alelos, uno dominante que daba flores
púrpuras (AA), y uno recesivo que daba las flores rojas (aa). En esta misma especie indagaron la
forma del polen, que también tenía dos alelos: el dominante daba polen alargado (BB)y el recesivo
era redondo (bb). De estos dos caracteres tenían el modo de herencia bien deducida, pero querían
sabercómo se daba la herencia conjunta de estos dos caracteres:
Hicieron un cruzamientodihíbrido igual que Mendel. Cruzaron una de color púrpura y polen
alargado(AABB) con una roja y polen redondo(aabb).El fenotipo de la F1 fue todas púrpuras y
polen alargado (AaBb).
Luego cruzaron entre si las plantas de la F1, esperando encontrar 4 fenotipos distintos: flores
púrpuras con polen alargado y otras redondo, luego plantas de flores rojas y polen tanto alargado
como redondo.Encontraron efectivamente los 4 fenotipos, pero los números fueron distintos:
Esto es lo que esperamos encontrar
en un cruce dihíbrido tipo
mendeliano, en proporciones
fenotípicas de 9:3:3:1
296 Ambos dominantes9
19flores purpuras polen redondo3
27 flores rojas, alargado3
87 con ambas recesivas1
Se parece esto a 9:3:3:1? NO! Por lo tanto esta herencia no fue mendeliana. Los fenotipos
dominantes deberían estar en 9/16 de la F2, pero aquí están en 296 de un total de 400, o sea más
de lo esperado. El segundo fenotipo aparece muchas menos veces de lo que se esperaba, y la
condición doble recesiva aparece más; esperábamos 1/16 y obtuvieron 1/4 aprox.
Entonces compararon estos valores y plantearon una explicación para este resultado tan
diferente: seguramente el doble heterocigoto no produjo 4 gametos con igual frecuencia (lo
quese espera en la segunda ley de Mendel), sino que tuvo preferencia de transmitir las
combinaciones que recibió de sus progenitores (AByab). Esto sería porque estos genes están
ubicados en el mismo cromosoma y tienen tendencia a transmitirse juntos.
Por lo tanto, el ligamiento de genes sería la tendencia que tienen genes no alelos a transmitirse
juntos en los gametos, contradiciendo la segunda ley de Mendel. Esto ocurre porque estos genes
están físicamente cerca dentro de un mismo cromosoma.
Mendel demostró su segunda ley con 7 pares de características, estos 7 están en cromosomas
distintos (sólo dos de ellos están en el mismo cromosoma pero físicamente lejos)por lo que
efectivamente los estudios de Mendel corroboraban su segunda ley, ya que no están ligados.
Nadie sabe si Mendel encontró otros caracteres que no cumplían esta ley y que estaban ligados,
pero al no poder interpretarlos los omitió (CHAN.)
Si existe predilección de algunas combinaciones alélicas por sobre otras, y demuestro que hay
genes que están ligados estoy determinando la ubicación física de los genes, por lo que el
ligamiento no es solo importante por el concepto sino que constituye una herramienta de
mapeo de genes.
Pregunta alumno: Cuando usted dice ligamiento, se alude a que están los dos genes en un mismo
cromosoma. Pero qué hace que se transmitan juntos?¿Alguna proteína o algo así?
Profe: Imaginemos los dos genes que están juntos en un mismo cromosoma. Necesito un
mecanismo adicional a su posición física para que se transmitan juntos? No, sólo están juntos y se
transmiten así, a menos que ocurra crossingover.
Ahora, supongamos que tengo dos loci, A y B cualesquiera, cada uno con dos alelos y yo quiero
saber si están ligados. Si demuestro que están ligados podré saber dónde se ubican, siestán en el
mismo cromosoma o en cromosomas diferentes.
Para responder esta pregunta, debemos diseñar un cruzamiento.
a) AaBb X AaBb: Una alternativa es hacer un cruzamiento dondelos dos parentales deberían ser
diheterocigotos. Si hago este cruce y me da 9: 3:3: 1 no están ligados. Si los fenotipos difieren, me
dan dos fenotipos muy abundantes y dos disminuidos, estarían ligados. (Lo que hicieron Bateson y
Punnet).
b) AaBb X aabb: Otra forma; si hago un cruzamiento de prueba, estaría directamente
demostrándome como se están transmitiendo los genes.
Hay dos tipos de ligamiento:
1) Ligamiento completo Cuando siempre (siempre siempre), en todas las meiosis los dos genes
se transmiten juntos. Para que esto pase ambos genes deben ser contiguos.
2)Ligamiento incompleto Los dos genes tienden a transmitirse juntos pero no siempre, puede
ser que ocurra crossingover si los genes están ligados, pero no taaaan cerca.
Entonces, volvemos al experimento para saber si los dos genes están ligados. Si hago un cruce de
prueba(AaBb X aabb), tengo muchas posibilidades:
1. No hay ligamiento se cumple la segunda ley de Mendel, los genes no están ligados por
lo que obtendría 4 fenotipos diferentes en un 25% cada uno.
2. Hay ligamiento completo Entonces cruzo los mismos individuos de antes, un doble
heterocigoto en un cruce de prueba. ¿Cuál esla descendencia que obtengo? Sólo dos
fenotipos distintos: AB o ab (estos son fenotipos, no genotipos).En el caso de no saber el
genotipo de los padres, también podría ser Ab y la otra mitad aB. ¿Dequé depende que es
lo que obtengo? De cómo vienen heredados desde los cromosomas paternos.
Lo que pasa es que un mismo diheterocigoto (en este caso AaBb) para dos locicon ligamiento
completo puede tener 2 combinaciones de padres:
AABB x aabb = AaBbóAAbb x aaBB = AaBb
Entonces, cuando analizamos ligamiento, el que nos responderá la pregunta es el doble
heterocigoto; él es quien nos dará la respuesta. Este individuo puede tener dos posibilidades de
gametos, por lo que se ha inventado una normativa:para escribir el genotipo del heterocigoto
doble se escribe una horizontal, sobre esta se escriben los alelos que recibió de un progenitor, y
bajo la horizontal lo que recibió del otro.
Un heterocigoto Fase cis o de acoplamiento heredó los dos alelos dominantes de un progenitor y
los dos recesivos de otro (En este caso AB están en un cromosoma y ab en el otro) independiente
de si están ligados o no. Fase trans o de Repulsión el heterocigoto heredó un alelo dominante de
un par con el recesivo del otro par de uno de sus padres (En este caso heredó el A de un locus y el
b del otro padre)
Parentales: AABB x aabb Parentales:AAbbxaaBB
Gametos: AB x ab Gametos: Ab x aB
Volviendo:
3. Hay ligamiento incompletoOcurre si en el ligamiento entre los genes A y B obtengo 4
fenotipos distintos, pero las proporciones no son 1:1:1:1, sino que tenemos dos mucho
más frecuentes. Los dos más frecuentes se producen porque provienen de los padres, los
dos menos frecuentes se producen por crossingover. A estos últimos que son productos
del crossingover y aparecen en menor frecuencia, se les llama “fenotipos recombinantes”.
Los que aparecen con más frecuencia y son iguales a los de los progenitores son los
“fenotipos parentales” o “no recombinantes” (I’m a genious! :D)
Entonces cuando se tiene ligamiento incompleto la frecuencia de los fenotipos recombinantes es
muy variable de un caso a otro. El genetista Morgan en 1911 postuló que la frecuencia de
individuos con fenotipo recombinante que aparecen en la descendencia, se relaciona
directamente con la distancia que separa los genes dentro del mismo cromosoma. A más
distancia aparecen más fenotipos recombinantes, porque hay más probabilidad de que ocurra
crossingover. Por lo que una manera de medir la distancia entre los genes, es contar cuantos
fenotipos recombinantes tengo. Entonces Morgan determinó una unidad de distancia física entre
los genes,la frecuencia de recombinación:
Se puede expresar como fracción de 1 o como porcentaje. Posee unidades equivalentes:
1% de recombinación = 1 unidad de mapa (um) o 1 centiMorgan (cM).
Sitenemos un ligamiento completo la frecuencia de recombinación es un 0 %
Si tenemos herencia mendeliana (ausencia de ligamiento), y tengo 4 fenotipos (2
recombinantes y dos parentales) me quedaría 2/4 y los recombinantes serian el 50% (0.5).
Entonces este 50% nos daría que los genes no están ligados, la distancia máxima que
puede existir entre dos genes es 50%, ya que tienen su loci en cromosomas diferentes o
si están en el mismo la distancia es muy lejana uno del otro.
si el ligamiento es incompleto, tendremos un valor entre 0 y 50%.
AB
ab
Fase de
acoplamiento
Ab
aB
Fase de repulsión
Fr = Número de individuos con fenotipos recombiantes
Número total de individuos
Si A y B se heredan ligados, el individuo heredó un haplotipo(conjunto de genes que se heredan
ligados), cuando hay ligamiento, recibimos un haplotipo de cada progenitor.
Todo lo que hemos visto es bastante simple cuando podemos realizar los cruces. Pero, como se
hace el mapeo de genes en la especie humana? Obviamente no podemos realizar todos estos
cruces, partiendo porque necesitaríamos mucho tiempo en llegar a la F2 y la progenie sería
mínima.
Imaginen que de nuevo me pregunto: ¿los genes A y B estarán ligados? Esta vez estoy trabajando
en la especie humana; si no puedo fabricar el doble heterocigoto, lo busco. Pongamos un
heterocigoto en fase cis, que haya tenido hijos con una mujer para simular el cruce de prueba. Si
tienen 4 hijos, debemos estudiar el fenotipo que presentan para A y B.
Fenotipos
Analizo esta descendencia para ver si existe la posibilidad de que estén ligados, como es pequeña
la muestra el error estándar sería enorme D: Qué se puede hacer?
Hay muchos métodos, uno de ellos es el método de Odds-Score, el cual se basa en calcular dos
probabilidades solamente:
PL: probabilidad de obtener esta descendencia bajo el supuesto de que los genes están ligados.
PA: probabilidad de obtener esta descendencia suponiendo que los genes no están ligados
Si hago un cuociente entre estos dos valores, obtengo el valor de Odds-score.
Odds-Score = PL :PA
Para calcular PA(bajo las leyes de Mendel de asociación independiente), tendríamos:
Madre: gametos ab
Padre: gametosAB y Ab
Entonces si hago el cruce bajo esta condición de asociación independiente, la probabilidad para
cada fenotipo será:
AB ¼ Ab ¼aB ¼ ab ¼
La probabilidad de todos los hijos juntos, como son independientes uno de otro se obtiene
multiplicando: ¼ * ¼* ¼* ¼ 1/256(son 4 hijos con una probabilidad de un ¼ cada uno de
obtener el fenotipo que obtuvieron). PA= 1/256
Ahora para PL debo calcular la probabilidad a distancia 0, a 1%, a 2%, hasta llegar al 50% (Todo
esto se hace por computador). Daremos distintos ejemplos de cómo se realiza este cálculo.
Ejemplo 1: Si tengo un PL completo, esto significa que está a una distancia del 0% de
recombinación. Esta se calcula igual que antes, con el tablero usando a estos dos individuos bajo la
condición de que los genes están totalmente ligados.
Entonces hacemos el tablero:
La madre sólo produce ab. Bajo el supuesto que es ligamiento completo, este
hombre solo produce 2 gametos: AB y Ab. Hago el cruzamiento,
Fenotipo descendencia: AB 1/2 ab1/2
Si volvemos a la genealogía y miramos la descendencia, los fenotipos que
encontramos son:AB, ab, ab, Ab.
La probabilidad de que haya fenotipos Ab en esta descendencia, bajo el supuesto de que estos
genes poseen ligamiento completo, es 0. Ahora calculamos el PL = ½*½*½*0 PL= 0
Ahora calculamos el Odds Score:
Odds Score= PL : PA= 0 : 1/256 = 0.
Por lo tanto el odd-score es 0. Esto significa que la posibilidad de que esta la descendencia se
explique por ligamiento completo es 0.
Ejemplo 2:Ahora calculemos la probabilidad de ligamiento al 20% de recombinación, ya sabemos
que el ligamiento completo es imposible.PLal 20% quiere decir que al probabilidad de que
aparezcan fenotipos recombinantes es de 0,2 en total (0,1 para cada recombinante), y la
probabilidad de fenotipos parentales es de 0,8 en total (0,4 para cada uno).
La madre sólo podrá producir gametos ab, por lo que la proporción fenotípica de la descendencia
depende sólo de los gametos del padre. El padre producirá 4 gametos:
2 gametosparentales: AB 0,4 ab 0,4
2 gametos recombinantes: Ab 0,1 aB 0,1
Si volvemos a la genealogía y miramos la descendencia, los fenotipos son: AB, ab, ab, Ab.
Ahora calculamos PL= 0,4* 0,4 *0,4 *0,1 = 0,0064
Luego, Odds Score= PL : PA= 0,0064 : 1/256 = 1,63.
Esto se traduce en que es 1,63 veces más probable explicar esta descendencia si los genes están
ligados a una distancia del 20% a que si no estuvieran ligados.
Ojo que esto es solo una probabilidad, para que sea concluyente se necesitan números mucho
más grandes. Si el Odds- score es mayor o igual a 1000, será demostrado el ligamiento.
Si el Odds-score es menor o igual a 0.01 queda demostrado el no ligamiento, por lo que se cumple
la segunda ley de Mendel.
Si obtenemos un Odds-score de 1.63, cómo podemos comprobar si los genes que estoy
estudiando están o no ligados? Estudiando más familias. En cada familia calculo un Odds-score,
como son elementos independientes se multiplican los Odds-score de cada familia y obtengo el
total, que tendrá un valor o mayor de 1000 o menor que 0.01, lo cual sería concluyente (No se
asusten porque el Odds score se saca con computadores súper cachilupis). Para hacer la parte
aritmética más simple se usa el Lod, que es el logaritmo del Odd-score (así queda un número más
chico).
Cuando no se conoce la fase en que el heterocigoto ha heredado sus genes (cis o trans), se
analiza en un escenario tanto de fase cis como de trans y se saca el promedio entre ambas.
El cálculo de la distancia que vimos hace un rato no es perfecto, si la distancia es muy grande
podrían haber dos quiasmas que no estaría tomando en cuenta al determinar la frecuencia de
recombinación. Este se puede corregir utilizando un tercer gen para analizar, lo que se llama
cruzamiento de tres puntos.
En este estudio se quiso saber si el gen que produce el síndrome de uña-rotula se encuentra
cercano al gen determinante de los grupos sanguíneos en el cromosoma 9. Es una enfermedad
caracterizada por hipoplasia de las uñas, glaucomas, etc pero no mayores problemas.
Encontraron diversas familias, calculando el odds-score desde el ligamiento completo (frecuencia
de recombinación 0), pero los valores obtenidos no fueron determinantes. En la familia 2 aparecen
valores de recombinación “0.36”, menores de 1, por lo que aparecen individuos con fenotipo
dominante. Estos valores siguen sin ser determinantes, al usar muuuuchas familias, finalmente
obtuvieron un total que se ve en la diapo. Podemos concluir que hay ligamiento entre el gen AB0 y
el gen Uña rotula, ya que tenemos valores mayores de 1000, y la distancia es de un 10%. Así se
han mapeado la mayoría de los genes de nuestra especie.
Resumiendo:
El gen AB0 y el Rh son muy buenos marcadores genéticos. Un genotipo polimórfico en la población
es el que se encuentra al menos dos alelos diferentes, por ejemplo el color de pelo.
Hoy en día el marcador estrella son las variantes del DNA.
La variación de estas regiones está dada por el número de veces que se repite una secuencia única
de bases. La flecha muestra que la frecuencia característica se repite: en el alelo 1 se repite 6
veces y el alelo 2 sólo se repite 4 veces.
Entonces estas son secuencias de bases nitogenadas que se repiten un variado número de veces.
Los alelos para estos mini o microsatelites se determinan mediante la cantidad de repeticiones
que tiene de la secuencia. Un ejemplo el Locus TH01:
El locus TH01 es una variante del ADN caracterizado por las repeticiones, es un micro satélite
porque tiene máximo 5 pares de bases. En uno de los homólogos heredó 4 repeticiones y en el
otro 5 repeticiones de la misma secuencia.
Electroforesis.El individuo 1 presenta alelos 4/6, el alelo más pesado de su ADN migra más cerca
del origen.
Los locus más polimórficos son más útiles, ya que busco los heterocigotos para saber si están
ligados o no. Al ser muchas variables, la gran mayoría serán heterocigotos.
Un ejemplo de mapeo, una herencia de tipo dominante donde el color más oscuro es el enfermo.
Sabemos que hay un microsatelite en el cromosoma 2, los números que aparecen son los que
surgen del ADN al analizar al cromosoma 2. Por ejemplo, la primera progenitora que es 4/5 tiene
ese fenotipo y genotipo para el microsatélite estudiado. Genotípicamente es doble recesiva (ee),
ya que está sana y dijimos que es una herencia dominante.
Para hacer un análisis de ligamiento en esta familia necesitamos un doble heterocigoto, un gen de
ubicación conocida (el microsatélite del cromosoma 2), la enfermedad no sabemos en qué gen
está codificada, pero si descubrimos que está ligada al microsatélite sabremos que está en el
cromosoma 2. Debe ser heterocigoto doble, ya que uno es el gen que se está analizando y el otro
es el marcador genético. La elegida está marcada con la flecha roja. Su genotipo sería:
Genes heredados de su madre 4e__
Genes heredados del padre 6E
Ahora analicemos a los hijos. Si la herencia es mendeliana con genes no ligados, sus gametos
serían: 4e, 4E, 6e y 6E.
Sus hijos reciben las siguientes herencias: 4e, 6E, 4e, 4e, 6E y 6E (recuerden que la enfermedad es
dominante). No se comportó mendelianamente, es sugerente de ligamiento ya que tiene
predilección de transmitir las mismas combinaciones que heredó de sus progenitores. Para
demostrarlonos debería dar 1000 el odds-score; Si da menos de 0.01 no hay ligamiento; Si da
“500” (valor intermedio), buscamos en otras familias.
Además del Odds Score hay otros métodos de
mapeo de genes, uno de ellos es el mapeo por hibridación in situ. Estos cromosomas denaturados
están sin sus puentes de hidrógeno por lo que sus hebras están separadas. Se añade una
monohebra marcada complementaria al gen (de secuencia identificada), y se hibrida con esta.
Luego al mirar los cromosomas veo los que están marcados y por bandeo conozco a que
cromosoma corresponde; así identifico en qué cromosoma está el gen que estoy buscando.
Desventaja del método: Se debe conocer la secuencia del gen.
FIN. Transcripción by Constanza Charangos.
Agradecimientos a Cristian León por las correcciones