UNIVERSIDAD AUTÓNOMA CHAPINGO

DEPARTAMENTO DE FITOTECNIA

PROGRAMA DEL CURSO: GENÉTICA

DATOS GENERALES:

Departamento: Fitotecnia Programa Educativo: Ingeniero Agrónomo Especialista en Fitotecnia Nivel Educativo: Licenciatura Área de conocimiento: Agrobiología Asignatura: Genética Carácter: Teórico-Práctico Tipo: Obligatorio Prerrequisitos: Estructura de las Plantas Cultivadas, Bioquímica Vegetal e

Introducción a los Métodos Estadísticos Profesores: Semestre: Segundo Año: Quinto Horas Teoría/Semana: 4.5 Horas Práctica/Semana: 3.0 Horas totales del curso: 127.5

INTRODUCCIÓN El curso de Genética es un curso curricular que se ubica en el quinto año de la carrera de Ingeniero Agrónomo Especialista en Fitotecnia. Este curso horizontalmente tiene relación con los cursos de Olericultura General y Fruticultura General que se imparten durante el mismo semestre en el que se imparte el de Genética; sin embargo, verticalmente, guarda una relación muy estrecha con los cursos de Estructura de las Plantas Cultivadas, Bioquímica Vegetal e Introducción a los Métodos Estadístico que se imparten en los semestres anteriores y con los cursos de Fisiotecnia, Genotecnia, Producción y Tecnología de Semillas, Genética Molecular e Introducción a la Ingeniería Genética de Plantas que se imparten en los semestres posteriores. La parte teórica de este curso equivale al 70% y la parte práctica al 30% de la evaluación. La enseñanza de la parte teórica se imparte fundamentalmente en el aula con el apoyo de acetatos, transparencias y trabajos extraclase, mientras que las prácticas consisten en la demostración de los principios fundamentales de la genética con organismos vivos, como Drosophila melanogaster y algunas plantas.

PRESENTACIÓN El propósito fundamental de la carrera de Ingeniero Agrónomo Especialista en Fitotecnia es formar agrónomos con los conocimientos, habilidades y aptitudes que le permitan optimizar los aspectos técnicos, administrativos y biológicos y socioeconómicos de la producción vegetal. La Genética, como ciencia biológica, que

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tiene como principales propósitos el estudio de la herencia y los mecanismos de variación entre los seres vivos, es fundamental en la formación del Agrónomo Fitotecnista, ya que los nuevos avances en el estudio, investigación y aplicación de los mecanismos hereditarios, están teniendo en la actualidad un profundo impacto en la Genética Humana, Genética Animal, y sobre todo, en la Genética Vegetal. En este último aspecto, dado que la alimentación humana descansa fundamentalmente en el cultivo de las plantas, es imprescindible que todo Agrónomo especialista en Fitotecnia tenga bases sólidas que le permitan incrementar el potencial productivo de las plantas. El estudio y la comprensión de la información que constituyen el conjunto de conocimientos de esta ciencia contribuyen a establecer las bases científicas que le permitirán a los estudiantes comprender los principios básicos del mejoramiento genético de las plantas. El curso de Genética que se imparte en el Departamento de Fitotecnia consiste de seis unidades o capítulos. En la primera unidad se pretende analizar el concepto e importancia de esta ciencia, así como la relación de la Genética con otras ciencias y con la actividad profesional del fitotecnista. En las unidades dos y tres se revisan las bases físicas y químicas de la herencia, así como los mecanismos que inciden en los cambios genéticos a nivel de un solo gene. En la unidad cuatro se estudia el mecanismo de transmisión hereditaria de los caracteres de herencia Mendeliana, mientras que en las unidades cinco y seis se proporcionan conocimientos relacionados con el comportamiento de los genes de herencia Mendeliana a nivel poblacional y con el mecanismo hereditario de los caracteres cuantitativos. El curso de Genética está ubicado dentro de las ciencias básicas en la formación del Agrónomo Especialista en Fitotecnia, por lo que el propósito fundamental de este curso es proporcionar los conocimientos necesarios para que los estudiantes puedan continuar el estudio de los cursos de Genotecnia, Producción y Tecnología de Semillas, Biología Molecular e Introducción a la Ingeniería Genética de Plantas.

OBJETIVOS GENERALES

1. Explicar los principios básicos de la herencia y variación de los seres vivos para interpretar las bases científicas del Mejoramiento Genético e Introducción a la Ingeniería Genética en Plantas. 2. Desarrollar habilidades como las de observación, interpretación y manejo de material biológico para plantear la solución a problemas teórico-prácticos relacionados con los principales aspectos que constituyen el campo de estudio de la Genética.

PROGRAMA DE TEORÍA 76.5 h

UNIDAD I. Introducción 3.0 h

Objetivo: Analizar la importancia de esta ciencia en la producción de alimentos en el contexto de la formación del Ingeniero Agrónomo especialista en Fitotecnia para identificar relevancia del estudio de la genética. .

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1. La Genética: Su importancia y sus fines 1.1. Concepto de Genética 1.2. Ramas de la Genética 1.3. Métodos y organismos experimentales

UNIDAD II. Transmisión y arreglo del material genético 9.0 h

Objetivo: Exponer la estructura y comportamiento del material hereditario a nivel cromosómico. 2.1. Fundamentos Físicos y Químicos de la Herencia 2.1.1. Estructura Cromosómica en procariontes y eucariontes 2.1.2. Mitosis 2.1.3. Meiosis 2.1.4. Gameto génesis en plantas

UNIDAD III. Transferencia y expresión de la información genética

9.0 h

Objetivo: Analizar la estructura y propiedades de la molécula de la herencia y el concepto de gene en procariontes y eucariontes, así como el concepto de mutación y los tipos de mutaciones a nivel génico y/o cromosómico. 3.1. Naturaleza del material Genético 3.1.1. Estructura molecular de los Ácidos nucleicos 3.1.2. Duplicación del DNA 3.1.3. Trascripción del RNA 3.1.4. Estructura del gen en procariontes y eucariontes 3.1.5. Código genético y síntesis de proteínas 3.2. Mutaciones 3.2.1. Mutaciones génicas 3.3.2. Mutaciones cromosómicas 3.3.2.1. Estructurales 3.3.2.1.1. Deleciones 3.3.2.1.2. Duplicaciones 3.3.2.1.3. Inversiones 3.3.2.1.4. Translocaciones 3.3.2.2. Numéricas 3.3.2.2.1. Aneuploides 3.3.2.2.2. Poliploides

UNIDAD IV. Acción de los genes 22.5 h

Objetivo: Analizar el mecanismo de transmisión hereditaria de los caracteres cualitativos de herencia Mendeliana y no Mendeliana.

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4.1. Trabajos y Leyes de Mendel 4.1.1. Trabajos de Mendel

4.1.2. Segregación de genes 4.1.3. Distribución independiente 4.1.4. Leyes de herencia 4.2. Acción Génica Génica intralocus 4.2.1. Dominancia completa 4.2.2. Dominancia incompleta 4.2.3. Sobre dominancia 4.2.3. Leyes de Mendel 4.3. Acción Génica Interloci (Epistasis) 4.3.1. Dominante simple 4.3.2. Recesiva simple 4.3.3. Dominante recesiva 4.3.4. Dominante duplicada 4.3.4. Recesiva duplicada 4.4. Herencia del Sexo 4.4.1. Mecanismos de determinación del sexo 4.4.2. Herencia de caracteres ligados, limitados e influidos por el sexo. 4.5. Probabilidad y Pruebas Estadísticas 4.5.1. Prueba de X

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4.5.2. Método combinatorio 4.5.3. Distribución binomial y polinomial 4.6. Ligamiento y Recombinación 4.6.1 Conceptos 4.6.2. Ligamiento entre dos loci 4.6.3. Ligamiento entre tres loci 4.6.4. Mapeo cromosómico 4.7. Herencia Extranucelar (Androesterilidad) 4.7.1. Plasma genes 4.7.2. Efectos maternos 4.7.3. Herencia citoplásmica 4.7.4. Androesterilidad

UNIDAD V. Genética de poblaciones 18 h

Objetivo: Analizar la composición y estructura genética de las poblaciones así como los factores involucradas para explicar el cambio de las frecuencias génicas y genotípicas de las mismas. 5.1. Constitución Genética de una Población 5.1.1. Concepto de poblaciones genéticas 5.1.2. Sistemas de apareamiento 5.1.3. Relación de la genética de poblaciones con la genética mendeliana 5.1.4. Cálculo de frecuencias génicas para un locus. 5.1.4.1. Genes codominantes 5.1.4.2. Genes dominantes

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5.1.4.3. Alelos múltiples 5.1.4.4. Genes ligados al sexo 5.1.5. Cálculo de frecuencias génicas para dos loci 5.1.5.1. Dos loci independientes 5.1.5.2. Dos loci ligados 5.2. Equilibrio Genético: Ley de Hardy-Weinberg 5.2.1. Un locus autosómico 5.2.1.1. Genes codominantes 5.2.1.2. Genes dominantes 5.2.1.3. Alelos múltiples 5.2.1.4. Genes ligados al sexo 5.3.1. Equilibrio genético para dos loci 5.3.1.1. Independientes 5.3.1.2. Ligados 5.4.1. Cruza de dos poblaciones 5.4. Causas de Desequilibrio Genético 5.4.1. Migración 5.4.2. Mutación 5.4.3. Selección 5.4.3.1. Selección gamética 5.4.3.2. Selección cigótica 5.4.3.2.1. Selección en contra del homocigoto recesivo 5.4.3.2.2. Selección en contra del alelo dominante letal 5.4.3.2.3. Selección en contra de los genotipos homocigóticos 5.4.4. Equilibrio mutación-selección 5.4.5. Deriva genética

UNIDAD VI. Genética cuantitativa 15 h

Objetivo: Describir los principios básicos relacionados con la herencia poli génica. 6.1. Introducción 6.1.1. Caracteres cuantitativos 6.1.2. Genética cuantitativa 6.1.3. Poli genes 6.1.4. Análisis de caracteres cuantitativos 6.2. Valores y Media Genotípica 6.2.1. Tipos de acción génica 6.2.2. Valores genotípicos 6.2.3. Media genotípica de una población 6.2.4. Efecto medio de sustitución de un gen 6.3. Varianzas 6.3.1. Varianza fenotípica 6.3.2. Varianza genotípica y sus componentes 6.3.3. Estimación de componentes de varianza 6.4. Heredabilidad 6.4.1. Estimación

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6.4.2. Utilidad 6.5. Conceptos sobre selección 6.5.1. Bases de la respuesta a la selección 6.5.2. Derivación de la respuesta a la selección 6.6. CONCEPTOS SOBRE HIBRIDACIÓN 6.6.1. Endogamia 6.6.2. Heterosis

PROGRAMA DE PRÁCTICAS (51 Horas)

Práctica No 1. Técnicas de Drosophyla

Objetivo: (1) Familiarizar a los estudiantes con el ciclo de vida de Drosophyla melanogaster y su metamorfosis para demostrar la destreza en las técnicas de manejo del insecto así como observar las características principales del insecto y distinguir las diferencias sexuales.

Descripción: Se proporcionará diferentes cepas de Drosophyla melanogaster (silvestres y mutantes) para que mediante un análisis al microscopio estereoscópico, pueda identificar sus características generales. Se marcarán las diferencias sexuales entre organismos, con el fin de que posteriormente se realicen cruzamientos de interés. Se establecerá un frasco de cultivo para fines de observación de ciclos de vida del insecto.

Práctica No. 2 Efecto de la selección y deriva genética en una población

Objetivo: (1) Describir el efecto de las selecciones naturales en contra de un genotipo recesivo no favorable a fin de describir el efecto de la deriva genética en una población.

Descripción: en esta práctica se parte de una población formada con organismos de la cepa silvestre y vestigial de Drosophyla, donde inicialmente las frecuencias génicas para cada alelo es de 0.5. Se cultiva la descendencia de esta población durante cinco generaciones tomando como progenitores de la siguiente generación muestras de tamaño variable; en cada una se hacen conteos para determinar las frecuencias génicas y a partir de ella el índice de selección. Se espera que al finalizar la práctica, el estudiante con sus propios datos, observe cual es el cambio de las frecuencias génicas a través de las generaciones por efecto de la deriva genética y la selección en contra del genotipo recesivo no favorable, así como la alteración del equilibrio inicialmente establecido.

Práctica No. 3 Cruza Monohíbrida y Dihíbrida

Objetivo: (1) Demostrar las leyes de la segregación y la recombinación independiente de los factores (genes) y (2) practicar el manejo de datos estadísticos y la prueba de Ji cuadrada para constatar los resultados y la hipótesis.

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Descripción: Realizar un cruzamiento Monohíbrido y un Dihíbrido, usando mutantes adecuados para cada caso. En la F2 efectuarán conteos con el fin de obtener los resultados de los cruzamientos. En base a los conocimientos adquiridos en la parte teórica del curso, y mediante el uso de la Ji cuadrada comprobarán la validez o invalidez d las mismas. De esta manera se espera que el estudiante compruebe, con sus propios datos, de la relación 3:1 (cruza monohíbrida) y 9:3: 3:1 (cruza dihíbrida) que ilustran respectivamente la ley de la segregación y la recomendación independiente de los factores.

Práctica No. 4 Ligamiento del sexo

Objetivo: Determinar el tipo de segregación que se presenta en los genes localizados en los cromosomas sexuales de Drosophyla melanogaster.

Descripción: el estudiante realizará cruzamientos entre organismos mutantes con caracteres ligados al sexo y el tipo silvestre. Se planteará el cruzamiento directo y el recíproco con el fin de ilustrar las diferentes segregaciones que se presentarán en ambos.

Práctica No. 5 Ligamiento autosómico

Objetivo: (1) Determinar el patrón de herencia que se presenta cuando los genes están en el mismo cromosoma, observando las posibles recombinaciones que se originan cuando ocurre entrecruzamiento para calcular la distancia entre genes ligados.

Descripción: Se realizará un cruzamiento entre organismos (Drosophyla) que difieren en dos pares de genes, donde dichos genes se encuentran ubicados en el mismo cromosoma. Posteriormente con la F1 obtenida del cruzamiento se realizará una cruza con el genotipo doble recesivo con el fin de observar la segregación genotípica y determinar el carácter de la misma, así como determinar la distancia aproximada a la que se encuentran los genes en cuestión.

Práctica No. 6 Mapeo cromosómico

Objetivo: (1) Identificar el procedimiento que se utiliza para estimar la distancia entre genes y (2) determinar la frecuencia de recombinación y las distancias entre genes en una cruza trihíbrida para calcular el índice de coincidencia y de indiferencia.

Descripción: La utilización de cruzamientos trihíbridos es de suma importancia para la elaboración de mapas de recombinación de diversos organismos, por lo que, para ilustrar la técnica se planteará un cruzamiento de esa naturaleza (con Drosophyla), donde las características involucradas están determinadas por genes que se encuentran en el mismo cromosoma. Posteriormente al cruzamiento, con la F1, se realizará una cruza de prueba con el fin de observar la segregación aproximada de los genes que se manejan.

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Práctica No. 7. Epistasis

Objetivo: (1) Identificar el tipo de interacción que presentan dos genes que modifican la forma de las alas de Drosophyla.

Descripción: En esta práctica se parte de cruzar dos poblaciones de moscas que difieren en el carácter alas (vg x dp) con el propósito de identificar el efecto de enmascaramiento en un locus génico (epistático) ejerce sobre la expresión de otro (hipostático).

Práctica No. 8 Análisis de genes en poblaciones

Objetivo: (1) Relacionar con algunas características humanas de herencia simple para calcular las frecuencias génicas de cada una de las características y determinar la condición de equilibrio de Hardy-Weinberg en la población.

Descripción: Con el fin de reafirmar algunos aspectos de Genética de Poblaciones, se plantea realizar en esta práctica algunos caracteres de herencia simple en humanos tales como tipo sanguíneo, lóbulo de la oreja, pico de viuda, detección de sabor a PTC y capacidad de enrollar la lengua. Se considera a cada grupo académico como una muestra aleatoria, en la cual se realizarán los conteos y en base a las mismas se hará el análisis de las frecuencias para cada carácter.

Práctica No. 9 Técnica in vitro para el mejoramiento genético

Objetivo: (1) Identificar las técnicas biotecnológicas actualmente empleadas como herramientas para promover el mejoramiento genético y (2) ejecutar el establecimiento in vitro de diferentes explantes.

Descripción: el estudiante realizará la "siembra" in vitro de discos de zanahoria para la obtención de callos y de anteras de maíz para la obtención de haploides.

Práctica No. 10 Aislamiento de ADN

Objetivo: (1) Mostrar la capacidad de aislar y purificar a partir de células vegetales la molécula portadora de la herencia: el ADN.

Descripción: se visitará el Laboratorio de Genética Molecular con el propósito de apreciar toda la técnica de aislamiento de ADN de alto peso molecular propuesta por Dellaporta y col. 1983.

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METODOLOGÍA

En la parte práctica se desarrollarán actividades en el laboratorio, en el campo experimental universitario y con guía de estudio, esto con el afán de afianzar y clasificar todas las actividades que se tienen contempladas en el presente programa.

EVALUACIÓN: TEORÍA: Cuatro Exámenes 70% PRÁCTICA: Reporte de Prácticas 30%

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Rieger, R., A. Michaelij y M. M. Green. 1982. Diccionario de Genética y Citogenéticas Clásica y Molecular. Ed. ALHAMBRA.

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Madrid. Winchester, A. M. 1976. Genética: Un Estudio de los Principios de Herencia. Ed. C.E.C.S.A.

México. Ultima revisión julio del 2007.

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Profesores de la Academia de Genética

M. C. Teresa Cervantes Martínez Dr. Juan Porfirio Legaria Solano Dr. Remigio Madrigal Lugo Dr. José de Jesús López Reynoso Dr. J. Oscar Mascorro Gallardo Dr. Moisés Mendoza Rodríguez Dr. Aureliano Peña Lomelí Dra. Margarita Gisela Peña Ortega Dr. José Luis Rodríguez de la O Dr. Luis Manuel Serrano Covarrubias Dra. Ernestina Valadez Moctezuma Ing. Edgar López Herrera M.C. Franco Gerón Xavier

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