Tema 3: principios mendelianos

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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

http://biologia.uab.es/dgm/cv/barbadilla%20prados.asp

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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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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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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/


http://www.mendelweb.org/

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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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Flor de la planta del guisante, Pisum sativum

estudiada por Mendel


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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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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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Interpretación genética del cruce monohíbrido de Mendel


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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

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


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Cruce dihíbrido

Gen Color Y (amarillo) > y (verde)

Gen textura semilla R (liso) > r (rugoso)


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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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Segunda ley de Mendel:Transmisión

independienteDurante 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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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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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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Segunda ley de Mendel: Cruce trihíbrido

abc

abC

aBc

aBC

Abc

AbC

ABc

ABC

133399927Razón fenotípica

aabbccaabbCcaaBbccaaBbCcAabbccAabbCcAaBbccAaBbCc

aabbCcaabbCCaaBbCcaaBbCCAabbCcAabbCCAaBbCcAaBbCC

aaBbccaaBbCcaaBBccaaBBCcAaBbccAaBbCcAaBBccAaBBCc

aaBbCcaaBbCCaaBBCcaaBBCCAaBbCcAaBbCCAaBBCcAaBBCC

AabbccAabbCcAaBbccAaBbCcAAbbccAAbbCcAABbccAABbCc

AabbCcAabbCCAaBbCcAaBbCCAAbbCcAAbbCCAABbCcAABbCC

AaBbccAaBbCcAaBBccAaBBCcAABbccAABbCcAABBccAABBCc

AaBbCcAaBbCCAaBBCcAaBBCCAABbCcAABbCCAABBCcAABBCC

abcabCaBcaBCAbcAbCABcABC

AABBCC x aabbcc

AaBbCc x AaBbCc

P

F1


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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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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


http://en.wikipedia.org/wiki/Phenylthiocarbamide

http://en.wikipedia.org/wiki/Albinism

http://en.wikipedia.org/wiki/Blood_type

http://en.wikipedia.org/wiki/Brachydactyly

http://en.wikipedia.org/wiki/Dimple

http://en.wikipedia.org/wiki/Earlobes

http://en.wikipedia.org/wiki/Freckle

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Caracteres mendelianos

Albinismo


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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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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 acgtagcatcgtatgcgttagacgggggggtagcaccagtacagIndiv1Secuencia 2 acgtagcatcgtatgcgttagacggggtggtagcaccagtacag

Indiv2Secuencia 1 acgtagcatcgtatgcgttagacgggggggtagcaccagtacagIndiv2Secuencia 2 acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacag

Indiv3 Secuencia 1acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacagIndiv3 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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•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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•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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Ausencia de dominanciaen el Dondiego de noche (Mirabilis jalapa)

P1

F1

F2

Relaciones genotipo-fenotipo


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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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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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Relación genotipo-fenotipo: Variación en la dominancia


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•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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Relación genotipo-fenotipo: Niveles de dominancia

HbAHbA: Normal. HbSHbS: Anemia grave. HbAHbS: No anemia


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Relación genotipo-fenotipo: Retinoblastoma hereditario

R > r en el nivel celularpero

r > R en el nivel del organismo


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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 Reumatismo Fallo 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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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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Expresividad

La polidactilia se manifiesta en grados distintos


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Expresividad

10 grados de expresividad variable en el carácter piel manchada en perros.


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Caracteres determinados por más de un gen


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Caracteres determinados por más de un gen


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Interacción entre genes: dos o más genes determinan el fenotipo de un modo que alteran las proporciones mendelianas esperadas


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Tipos de interacción genética según la modificación de las proporciones mendelianas

9 3 3 113:39:7

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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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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Genética bioquímica: muchos genes cooperan en el producto final


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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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Genética bioquímica: Relación concentración enzima y producto final


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