GENETICA GENERAL - SEGUNDO SEMESTRE 2002GUIA Nº2 - LIGAMIENTO, RECOMBINACIÓN Y MAPAS GENETICOS

Profesor: Cristian Araneda T.

Ligamiento. La segunda Ley de Mendel no es universal, esto se debe a la presencia en las células eucarioticas de Cromosomas o “Grupos de Ligamiento” donde se ubican los genes. El lugar que ocupa un gen en un cromosoma se denomina locus (su plural es loci). Cuando dos o más loci se ubican en un mismo cromosoma, estos “tienden” a segregar juntos y se dice que están ligados. El ligamiento impone una restricción a la segregación independiente, pues cuando éste existe, la probabilidad de que un gameto reciba una determinada combinación alélica no es la misma para todas las combinaciones alélicas posibles. Por ejemplo, sea un individuo doble heterocigoto (EeDd) para dos loci E y D que se ubican en el mismo cromosoma, como se muestra en la figura:

En el instante previo a la recombinación, cada cromosoma esta compuesto por dos cromátidas unidas por un centrómero. Para cada loci, cada cromátida porta un alelo de cada par, como se muestra en la figura. La recombinación ocurre entre cromátidas No hermanas de cromosomas homólogos, como se observa en la figura, sólo dos de las cuatro cromátidas recombinan, por lo tanto, el máximo porcentaje de recombinación que puede ocurrir es de un 50%.

Al formarse los gametos, de las cuatro clases posibles de combinaciones esperadas, existen dos combinaciones que se producen en mayor frecuencia (gametos paternos I y II), pues provienen de cromosomas no recombinados. En una fracción mas pequeña de células hubo recombinación y por lo tanto, las otras dos clases de gametos recombinantes (III y IV) se presentan en menor frecuencia. El porcentaje de recombinación entre dos loci es proporcional a la distancia física que los separa, que se expresa en unidades de mapa (um) o centimorgan (cM, en honor a T.H. Morgan). Así, una unidad de mapa (1 um) es igual a un centimorgan (1 Cm) o a un 1% de recombinación entre dos loci.

Notación para los genes ligados. El individuo doble heterocigoto de la figura anterior se denota ED/ed, donde el “slash” separa ambos cromosomas homólogos. Esta separación es importante, pues no es igual un individuo doble heterocigoto ED/ed (posición cis, con ambos genes dominantes en el mismo cromosoma) que uno eD/Ed (posición trans). En el individuo ED/ed los gametos paternos serán: ED y ed (mayor frecuencia), y los recombinantes Ed y eD (menor frecuencia), mientras que, en el individuo eD/Ed los gametos paternos serán: eD y Ed, y los recombinantes ED y de. Así, las clases paternas y recombinantes se invierten dependiendo si el individuos doble heterocigoto es cis o trans.

Cálculo de distancia de mapa. Tomemos el individuo de la figura (doble heterocigoto posición cis), ED/ed y lo cruzamos con un individuo doble recesivo ed/ed (cruzamiento de prueba). Supongamos que, de este cruzamiento se obtienen los siguentes fenotipos (genotipos) y numero de individuos: ED (ED/ed) 15, ed (ed/ed) 12, Ed (Ed/ed) 2 y eD (eD/ed) 4; total 33 individuos.

De este resultado podemos ver que las clases paternas corresponden a los Fenotipos Dominante ED y Recesivo ed, pues están en mayor frecuencia. Así, las clases recombinantes serán entonces los fenotipos Ed y eD. Como se definió la distancia de mapa como el porcentaje de recombinación, entonces la distancia que separa ambos loci será el número de individuos recombinantes dividido por el total de individuos, ósea, (2 + 4)/33 = 0,1818 ó 18,18 cM ó un

18,18% de recombinación. Aquí, la fuerza del ligamiento será = 1 - 0.1818 = 0,8182 ó un 81,82% de ligamiento.

Ejercicios

1.- En las aves el carácter “trintre” (plumas rizadas) es dominante (T) sobre las plumas normales (t). En otro locus, un gen dominante (I) inhibe la pigmentación, mientras que su alelo recesivo (i) permite el color de las plumas. Entre los loci T e I existe un 19,6% de recombinación. Un gallo blanco con plumas normales, se cruzó con gallinas trintres con plumas coloradas, todos líneas puras.

a) Representar el cruzamiento mediante cromosomas, ilustrar los gametos producidos por cada progenitor.

b) ¿Qué gametos puede producir la F1 y en qué proporción?c) Si un gallo F1 se cruza con una gallina doble recesiva ¿Qué descendencia se esperaría y en

que proporción?d) ¿Este es un ejemplo de acoplamiento o de repulsión?

2.-Una planta de maíz F1 heterocigota roja con semillas normales, se cruzó con una planta verde (v) con semillas en la panoja (pistilada, ts) y se obtuvieron los siguientes resultados: 124 roja normal; 126 rojas con panoja pistilada; 125 verde normal y 123 verde con panoja pistilada. ¿Estos resultados indican que existe ligamiento entre estos genes?

3.- Se obtuvieron los siguientes resultados en repetidos cruzamientos de Hámsters. Uno de los progenitores mostraba la condición recesiva para el albinismo y el pelo crespo.

Coloreado-liso 15Coloreado-crespo 7Albino-liso 6Albino-crespo 14Total 42

a) ¿Son estos resultados evidencia de ligamiento? (Sustente su conclusión estadísticamente). b) Haga un diagrama de este cruzamiento usando los símbolos genéticos que Ud. desee. c) Si Ud. demuestra ligamiento ¿Cuál sería el resultado esperado si el progenitor fuese trans-

heterocigoto?d) ¿Cuál será la distancia entre los genes para el color y textura del pelo?

4.-En conejos el color es debido a un gen dominante (C) y el albinismo a su alelo recesivo (c). El negro es el resultado de un gen dominante (N) y el pardo a su alelo recesivo (n). Se cruzaron conejos pardos homocigotos con albinos que llevan el gen para negro en estado homocigoto. Los conejos F1 se cruzaron con su doble recesivo ccnn. Los resultados luego de muchos cruzamientos fueron: 34 negros, 66 pardos y 100 albinos.

a) ¿Estos genes están ligados?b) Si es así, ¿Cuál es el porcentaje de entrecruzamiento?c) Esquematizar el cruzamiento mediante cromosomas.

5.- Un estudiante tiene dos caracteres dominantes dependientes de genes simples, la catarata (anormalidad del ojo) que heredó de su madre y la polidactilia (un dedo extra) que heredó de su padre. Su esposa no tenía ninguna de estas características. Si entre ambos loci para estas patologías hay un 1,3% de recombinación; y además Ud. sabe que la polidactilia presenta una penetrancia del 70%. ¿Cuál es la probabilidad de que los hijos del estudiante presenten?:

a) catarata o polidactilia.b) catarata y polidactilia.c) ninguno de las enfermedades.

6.- Cierto cruzamiento de prueba establece que el progenitor doble heterocigoto produjo gametos con los siguientes genotipos: 42,4% PZ, 6,9% Pz, 7% pZ y 43,7% pz. Haga un listado de todas las conclusiones genéticas que pueda derivar de esta información.

7.- Un trihíbrido AaBbCc se cruza con un triple homocigoto recesivo y la F1 demuestra que el trihíbrido produjo los siguientes gametos:

28 ABC 22 abc230 ABc 220 abC206 Abc 244 aBC 23 AbC 27 aBc

a) ¿Cuáles loci están ligados y cuáles segregan en forma independiente?b) Haga un diagrama que muestre la ubicación de estos genes en los cromosomas?c) Determine las distancias de mapa entre los loci que corresponda.

Elaboración de mapas genéticos. Los cálculos presentados en la sección precedente son la base para la construcción de mapas genéticos de recombinación. Para determinar el orden y la distancia de los genes en un determinado cromosoma se necesitan al menos 3 loci ubicados en el cromosoma, a menos de 50 cM (Nota: con más de 50 cM o 50% de recombinación entre un par de genes, esto se comportan como si segregaran en forma independiente, es decir, como si estuvieran en cromosomas distintos). El método para construir mapas de recombinación (o estimar distancias de mapa) es cruzar un individuo heterocigoto con un homocigoto recesivo, con el fin de poder determinar fácilmente la frecuencia de cada tipo de gameto producido por el individuo heterocigoto.

Por ejemplo, supongamos que cruzamos moscas hembras de cuerpo amarillo(y), ojo erizado (ec) y de color blanco(w) con la fórmula genotípica (yy ecec ww) con machos tipo silvestres (y+

y+ ec+ ec+ w+w+). Las hembras triple heterocigotas F1 se cruzaron con los machos homocigotos recesivos. Como resultado de este cruzamiento, se obtuvieron las siguientes proporciones fenotipicas cuando se contó una muestra de 1000 moscas:

Tipo silvestre 474Cuerpo amarillo 8Cuerpo amarillo, ojos blancos 18Ojos blancos 1Cuerpo amarillo, ojos erizados y blancos 468Ojos erizados y blancos 7Ojos erizados 23Cuerpo amarillo y ojos erizados 1Total 1000

Para poder determinar el orden en el cual los tres loci (y, ec y w) se ubican en el cromosoma y dibujar un mapa genético con sus respectivas distancias, se debe seguir el siguiente procedimiento.

i).- Como. ya sabe que las clases paternas están en mayor proporción y estas corresponden a los cromosomas del individuo heterocigoto sin recombinar. En este caso el individuo heterocigoto debe ser (y ec w/ y+ ec+ w+), pues las clases paternas son de cuerpo amarillo, ojos erizados y blancos; e individuos tipo silvestre.

ii).- Sin embargo, la secuencia de genes que fue escrita en i), puede no ser la correcta. Entonces, Ud. debe determinar cuál de los tres genes (y, ec y w) es el gen central. Para realizar esto Ud. debe fijarse en las clases dobles crossing-over o dobles recombinaciones (DCO), que son las clases fenotípicas menos frecuentes, pues son producto de dos eventos de recombinación ocurridos entre los sectores del cromosoma que separa los tres loci. En la tabla anterior, Ud. puede ver que las clases DCO corresponden a los individuos de ojos blancos, y a individuos de cuerpo amarillo y ojos erizados.

iii).- Para determinar cuál es el gen central Ud. debe construir las tres combinaciones posibles de cromosomas paternos y realizar esquemáticamente los dobles crossing-over con el fin de determinar cuál de los tres pares de clases DCO resultantes corresponde a las clases DCO, observadas como resultado del cruzamiento. La correspondencia de éstas le indicará a Ud. cuál es el gen central, como se muestra en la figura de abajo.

Al mirar las clases DCO observados de los datos iniciales nos damos cuenta que corresponden a moscas con ojos blancos por una parte y moscas de cuerpo amarillo y ojos erizados por otra. Ahora Ud. debe comparar los resultados de los DCO esquemáticos con las clases fenotípicas anteriormente mencionadas y al hacerlo se dará cuenta que w debe ser el locus central.

iv.- Una vez determinado al gen central podemos suponer que la verdadera ordenación de los genes será:

y---------w---------ec o ec-----------w---------y, dependiendo de cómo Ud. mire el cromosoma.

Ahora, retomando nuestro individuo triple heterocigoto su genotipo debe ser: y w ec/ y+w+ec+, y el genotipo del individuo recesivo con quien fue cruzado y+w+ec+/ y+w+ec+.

v.- Para determinar la distancia entre los loci y-w debemos contar las recombinaciones ocurridas entre ambos loci. Cuando hay recombinación entre y y w, se producen las siguientes clases fenotípicas en la progenie: Moscas de cuerpo amarillo, que son 8 y moscas de ojos erizados y blancos, que son 7.

Por lo que la frecuencia de recombinación entre y-w es: (8+7)/1000. Sin embargo, a ésta frecuencia debe sumarse la frecuencia de dobles crossing over (2/1000), pues al ocurrir estos, también hay recombinación entre y-w.

Así, la distancia entre y-w será 15/1000 + 2/1000 = 17/1000 = 1.7% ó 1.7 um o cM.

vi.- Para determinar la distancia entre los loci w-ec, se sigue el mismo procedimiento anterior. Se cuentan las recombinaciones ocurridas entre estos loci. Cuando hay recombinación entre w y ec, se producen las siguientes clases fenotípicas en la progenie: Moscas de cuerpo amarillo y ojos blancos, que son 18 y moscas de ojos erizados, que son 23.

Así la frecuencia de recombinación entre w-ec es: (18+23)/1000. También, en este caso debe sumarse la frecuencia de dobles crossing over (2/1000). Por lo tanto, la distancia entre w-ec será 41/1000 + 2/1000 = 43/1000 = 4.3% ó 4.3 um o cM.

vii.- Por otra parte, la distancia entre los genes mas alejados y-ec será la suma de las distancias entre y-w y w-ec, es decir: 1,7 cM + 4,3 cM = 6 cM o unidades de mapa.

Finalmente, nuestro mapa cromosómico queda:

Interferencia y coincidencia. En el mapa de recombinación que acabamos de construir la frecuencia de recombinación entre y-w fue de 0.017 y la de recombinación entre w-ec fue de 0.043. Por lo tanto la frecuencia esperada de doble recombinación (DCO) debería ser el producto de ambas frecuencias, suponiendo que cada recombinación es un evento independiente, En este caso 0.017 x 0.043 = 0.000731 ó un 0,073%. En nuestro ejemplo existe una desviación entre los DCO Observados (0,2%) y los DCO esperados (0,073%). El coeficiente de coincidencia se utiliza para evaluar esta desviación.

Coeficiente de Coincidencia = DCO Observados/DCO esperados = 0.2/0.073 = 2.74

En nuestro ejemplo, ocurren más dobles crossing-over observados que los que se esperarían si estos fueran eventos independientes. Es decir, aquí al parecer la ocurrencia de un crossing-over facilitaría la ocurrencia de un segundo crossing-over en la proximidad del primero.

Algunas veces, se observan menos dobles crossing-over que los que se esperarían, esto se denomina interferencia (Interferencia = 1- coincidencia). Al parecer la interferencia ocurre cuando al producirse una recombinación se reduce la probabilidad de otro crossing over en una región cercana. En general la interferencia varía de una región cromosómica a otra y también varia entre cromosomas diferentes. Un mapa cromosómico de recombinación debe además de incluir las distancias entre los genes, indicar la interferencia en las diversas porciones del mapa.

Ejercicios

8.- En el maíz (Zea mays) los genes an (antera espiga), br (braquítico) y f (rayado fino), son recesivos respecto de sus alelos silvestres y se encuentran en el cromosoma 1. A partir de los datos de R. A. Emerson (1935) provenientes de un cruzamiento de prueba para un individuo triple heterocigoto, obtenga:

Tipo silvestre 88Rayado fino 21Braquítico 2Braquítico, rayado fino 339Antera espiga 355Antera espiga, rayado fino 2Antera espiga, braquítico 17Antera espiga, braquítico, rayado fino 55TOTAL 879

a) El mapa de los genes en el cromosoma 1. b) Los fenotipos de los padres homocigotos puros usados para obtener el heterocigoto, con el cual

se realizó el cruzamiento de prueba del que se derivan los datos.c) Los valores de coincidencia e interferencia.

d) ¿Cual es el grado o fuerza del ligamiento entre estos tres genes?

9.- En una serie de ensayos de cruzamientos, la tasa de recombinación entre los genes a y c es 0.1; entre a y b de 0.27; y entre b y c de 0.2. Determine el orden de los tres genes. Explique por qué la suma de las tasas de recombinación de los dos pares de genes más cercanos no es igual a la tasa entre los dos genes más lejanos.

10.- Del cruzamiento de prueba de ratas de laboratorio de genotipo BbEeGg se obtuvieron los siguientes resultados gaméticos:

BEG 310 BEg 113beg 328 beG 99Beg 52 BeG 18bEG 60 bEg 20

a) ¿Cuál es la distancia entre B-E y entre E-G?b) ¿Cuál es la frecuencia esperada de Doble Crossing-over?c) ¿Cuáles son los valores de Coincidencia e Interferencia?