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Práctica #7
GENETICA MENDELIANA Y
GENETICA DE POBLACIONES
I. Objetivos
*
Conocer conceptos básicos de la genética mendeliana y cómo se transmiten las características de
generación en generación.
*
Determinar la frecuencia de ciertos rasgos de herencia monogénicas y poligénicas, que se observa con
facilidad en el fenotipo de familiares.
*
Estudiar algún ejemplo de transmisión mendeliana de la herencia.- Codominancia
*
Conocer los parámetros utilizados en genética cuantitativa
*
Diferenciar entre frecuencia fenotípica, frecuencia genotípica y frecuencias alélicas
II.
Introducción
El proceso biológico por medio del cual las especies tratan de asegurar la continuidad genética y el
mantenimiento de la población es el de la reproducción. Cuando un individuo produce progenie sin la
participación de células sexuales especiales se denomina reproducción asexual, el cual difiere con el de la
reproducción sexual en que en esta última participan dos núcleos especializados que se fusionan para dar
origen a un huevo fertilizado.
Inicialmente, se consideraba que la transmisión de las características a la siguiente generación ocurría por
una fusión de las características paternas. Sin embargo, a partir de los experimentos de e Gregor Mendel
(1822-1884) con variedades de arvejas o guisantes (Pisum sativum, Fabaceae) se llegó a la conclusión de que
los rasgos hereditarios se transmiten y se distribuyen de una generación a otra según las leyes de
probabilidad, en forma de unidades separadas que se mantienen invariables a lo largo de las generaciones.
De acuerdo con los conceptos genéticos más modernos, el gen debe considerarse una unidad funcional que
ocupa un segmento de un cromosoma que consta de pocas a muchas unidades estructurales dispuestas
linealmente (secuencia de nucleótidos en la cadena de ADN) que codifica para una característica
determinada. La palabra “locus” significa sitio específico en la cadena nucleotídica en que se encuentra el
gen
Es posible que existan a nivel poblacional variantes de un mismo gen producto del proceso de mutación, lo
que eventualmente puede contribuir al proceso de la evolución. La constitución génica de un individuo se
conoce como GENOTIPO, y la expresión de los genes, en interacción con el ambiente, produce el
FENOTIPO del individuo.
En los organismos que son diploides cada individuo es portador de 1 par de genes, uno es heredado de la
madre, y el otro del padre. Un ser vivo en el cual los dos genes para una característica dada son iguales, es un
HOMOCIGOTO. Una planta de frijoles que posee los pares de genes YY o yy es homocigoto para el color
de la semilla. Un organismo en el cual los dos genes para una característica dada son diferentes es
HETEROCIGOTO. En el ejemplo anterior, una planta de frijoles que es heterocigota para el color de la
semilla se representa con las letras Yy. En un organismo híbrido, como lo es un heterocigoto, el gen que se
manifiesta es el DOMINANTE. Por el contrario el gen que no se expresa es el RECESIVO. Sin embargo
pueden ser que ambos genes se expresen y produzcan un fenotipo diferente. En dicho caso, los alelos para
este gen serian codominantes.
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El Cuadro de Punnett se usa para combinar los gametos de los parentales (P) y determinar la probabilidad
que tiene la descendencia de poseer uno o varios rasgos. Cuando se preparan el cruce, se asignan letras a los
alelos. La letra mayúscula simboliza el alelo dominante y la letra minúscula, el alelo recesivo.
Por ejemplo, una característica determinada por un sólo gen es el
lóbulo de la oreja en humanos, que puede ser libre o adherido (Fig. 1).
El gen tiene 2 alelos. El alelo para el lóbulo libre (alelo E) es
dominante sobre el del lóbulo adherido (alelo e). Hay 2 FENOTIPOS y
tres GENOTIPOS posibles. Si su lóbulo es libre, usted puede tener uno
de estos GENOTIPOS: EE ó Ee, mientras que si su lóbulo es adherido,
su genotipo sólo puede ser ee.
Figura 1. Lóbulo libre (izq) y
adherido (der) de la oreja
Por ejemplo, usted quiere conocer la probabilidad de de que Homocigoto Heterocigoto Homocigoto
se presente éste
dominante
recesivo
rasgo en la
EE
Ee
ee
descendencia
cuyo padre es
heterocigoto y presenta el lóbulo libre y la madre tiene el lóbulo
adherido. E representa el alelo dominante y e el alelo recesivo.
Dado que el padre es heterocigoto para el fenotipo lóbulo libre,
queda representado como Ee, mientras la madre será ee.
p: ½
Individuo lóbulo adherido
p: ½
p: ½
e
e
E
Ee (¼)
Ee (¼)
p: ½
Individuo lóbulo libre
En un cuadro de Punnett cada alelo y su probabilidad son
ubicados en cada segmento.
e
ee (¼)
ee (¼)
En este caso, la probabilidad de tener descendencia que muestre el fenotipo lóbulo libre es ½ (¼ Ee + ¼ Ee).
Igual ocurre con la probabilidad de una descendencia con el rasgo lóbulo adherido (ee).
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III. Procedimiento
Durante la sesión de laboratorio se realizarán 2 ejercicios que le permitirán conocer los principios básicos de
la genética mendeliana y la genética de poblaciones. Para ello, el grupo de laboratorio será dividido en 8-10
subgrupos de trabajo conformados por 3-4 estudiantes cada uno. Todos los subgrupos realizarán los dos
experimentos
Al finalizar los experimentos, se hará una discusión de los resultados obtenidos. Cada subgrupo debe estar
preparado para discutir sus resultados.
Ejercicio 1.- Genealogía de su familia inmediata (4 generaciones)
1. Para cada miembro de la genealogía determine las características fenotípicas utilizando los rasgos
especificados en el siguiente cuadro.
Utilice la nomenclatura que se muestra en la página 53
Característica fenotípica
Cruce de manos
Descripción
Cruce sus manos y observe ¿cuál brazo está adelante, el
izquierdo o el derecho? La característica de colocar su brazo
izquierdo en la parte superior está controlada por un gen
dominante. Si usted coloca el brazo derecho al frente
entonces es homocigota recesivo para ese carácter.
Pico de belleza
El pico distintivo en el centro de la frente está causado por un
gen dominante. Mientras una línea de cabello continuo está
controlada por un gen recesivo. Evalúe en donde empieza a
crecer el cabello.
Enrollamiento de lengua
Trate de doblar los lados de su lengua de manera que casi se
toquen. La habilidad para hacer esto está controlada por un
gen dominante.
Lóbulo de la oreja
Los lóbulos de la oreja pueden estar separados o fusionados
del borde de la mandíbula
Camanances
Los hoyuelos que aparecen en las mejillas cuando usted sonríe
están controlados por un gen dominante.
Hoyuelo de barba
Está controlado por un gen dominante.
Grosor de labios
Los labios gruesos son dominantes sobre los labios delgados
Pecas
La presencia de pecas está controlada por un gen dominante
Uso de las manos
La mayor habilidad en la mano derecha domina sobre la
mayor habilidad en la mano izquierda (“zurdo”)
Habilidad para
detectar sabor de PTC
La feniltiocarbamida (PTC) es una sustancia química cuyo
sabor amargo es percibido por la mayoría de los gustadores
(dominante) pero no por un reducido número de individuos no
gustadores o ageúsicos (recesivo).
2. Infiera el genotipo de cada uno de los individuos de la genealogía (incluido usted) e indique si las
características son dominantes o recesivas.
3. Considere ahora la muestra que representa su clase de laboratorio.
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4. Estime la frecuencia absoluta y relativa de los alelos de cada característica para la muestra. Anótela en
el reporte.
Ejercicio 2.- Genética de Poblaciones
Patrones de herencia.- Codominancia
Hasta éste punto hemos considerado un patrón de herencia con dominancia completa, es decir, el individuo
homocigoto dominante o heterocigoto expresa el fenotipo dominante mientras que el individuo homocigoto
recesivo expresa el fenotipo recesivo. Sin embargo, la transmisión (herencia) de los rasgos puede ocurrir en
diversas formas. Por ejemplo, para algunos rasgos, un cruce entre dos alelos diferentes resulta en un fenotipo
que combina los dos alelos (dominancia incompleta). Por otra parte, la expresión de los dos alelos de un gen
particular se conoce como codominancia. En este caso, los fenotipos para ambos alelos se expresan al mismo
tiempo y con igual probabilidad en el heterocigoto.
El sistema de grupos sanguíneos es un excelente ejemplo de codominancia
El sistema sanguíneo ABO y Rh
El análisis de los grupos sanguíneos en humanos ocupa un lugar especial en la genética, en primer lugar por
sus contribuciones al establecimiento de algunos principios genéticos y luego por su importancia clínica en la
transfusión de sangre.
La nomenclatura de los grupos sanguíneos se ha
hecho de modo fragmentario, empleándose
varios sistemas. El sistema ABO propuesto por
K. Landsteiner en 1900 se refiere a la presencia
de diferentes glucoproteínas en la superficie de
los glóbulos rojos. El sistema tiene 3 alelos (IA,
IB y IO) donde los alelos IA y IB son dominantes
sobre el alelo Io, pero codominantes entre si. En
un heterocigoto los alelos codominantes se
expresan de manera completa y equitativa, produciendo una condición fenotípicamente distinta al fenotipo
intermedio entre los dos extremos. Cada alelo codifica para una glucoproteína diferente (ANTIGENO) que se
distinguen con pruebas en las que cada una produce una respuesta inmunológica diferente. El alelo A
codifica para la presencia del antígeno A en la superficie de los glóbulos rojos, mientras el alelo B codifica
para el antígeno B. El alelo O no produce antígeno.
Los antígenos expresados por cada uno de los alelos reaccionan con ciertas proteínas del plasma sanguíneo
(ANTICUERPO). Esta interacción es altamente específica y puede dar como resultado la aglutinación
celular. La tabla 1 muestra la relación entre el tipo sanguíneo, antígenos celulares, anticuerpos del plasma y
genotipo posible en el sistema ABO
El sistema Rh constituye otro ejemplo de alelos múltiples con interés dada su relación con la enfermedad
hemolítica del recién nacido y su importancia en la transfusión. Los genes responsables de la producción de
éstos antígenos se conocen como alelos Rh descrito por K. Landsteiner y A.S. Weir en 1940. El sistema Rh
es genéticamente complejo, pero se puede describir en base a la presencia de otro antígeno que se expresa en
la membrana superficial de los eritrocitos y codificado por un único par de alelos D y d; donde las personas
Rh (+) son DD o Dd y las Rh (-) son dd.
1. Tome un algodón con alcohol y limpie la zona de la yema del dedo índice.
2. Con una lanceta punce el área y oprima el dedo para sacar tres gotas de sangre.
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3. Coloque en un portaobjeto tres gotas de sangre separadas una de la otra.
4. El instructor agregara una gota de antígeno para los tres tipos sanguíneos ABO. Mezcle cuidadosamente
con un mondadientes.
5. Al término del periodo de reacción reporte si se observa (+) o no (-) algún signo de aglutinación
6. Determine el grupo sanguíneo y el Rh con el factor antígeno D siguiendo los siguientes cuadros:
7. Elabore un cuadro de distribución de frecuencias de los fenotipo de grupos sanguíneos (ABO y Rh)
de la clase:
Frecuencias fenotípicas de una población son las proporciones o porcentajes de individuos de cada
fenotipo que están presentes en la población, ó
Número de individuos de un fenotipo
Número total de individuos
Una población no es considerada sólo como un grupo de individuos que comparten características
fenotípicas específicas, sino un grupo reproductivo que permite la transmisión de los genes de una
generación a la siguiente. Desde el punto de vista de la genética cuantitativa, se analiza la distribución de
frecuencias genotípicas y frecuencias alélicas de genes específicos en una población a través de
generaciones sucesivas, en lugar de la relación de fenotipos que utilizaría el geneticista mendeliano
clásico.
La composición genética de la población puede ser evaluada calculando la proporciones o porcentajes de
individuos de cada genotipo presentes en la población (frecuencias genotípicas), ó
Número de individuos de un genotipo
Número total de individuos
Considere el siguiente ejemplo
Fenotipo
A1
A2
Genotipos
Nº de individuos
A1A1
A1A2
A2A2
Total
15
30
5
50
Frecuencias
genotípicas
15/50 = 0,3 => 30%
30/50 = 0,6 => 60 %
5/50 = 0,1 => 10 %
1 Î 100%
50
8. Elabore un cuadro de distribución de frecuencias de los fenotipo y genotipos de grupos sanguíneos
(ABO y Rh) de la clase
La constitución genética de una población, refiriéndose a los genes que ella lleva, se describe también
por medio del arreglo de las frecuencias alélicas o génicas; esto es, por la especificación de los alelos
presentes en cada locus y los números o proporciones de los diferentes alelos en cada locus. Las
frecuencias alélicas o génicas se refieren a la proporción particular de un alelo entre todas las copias del
gen en la población.
El siguiente ejemplo permite conocer como se calcula las frecuencias alélicas a partir de las frecuencias
genotípicas. También demuestra que dos poblaciones de la misma especie (y por lo con el mismo acervo
genético) no presentan las mismas frecuencia alélicas.
El gen que codifica para la expresión de una inmunoglobulina en sangre presenta 2 alelos: M y N, que al
combinarse producen 3 genotipos diferentes: MM, MN y NN. Se colectaron muestras de sangre de
individuos de la misma especie, distribuidos en dos localidades diferentes y se contabilizo las
proporciones genotípicas que se muestran a continuación:
Localidad
San José
Puntarenas
p = frecuencia del alelo M y
q = frecuencia del alelo N,
Frecuencias genotípicas
MM
MN
NN
0.835
0.156
0.009
0.312
0.515
0.173
Frecuencia alélicas
p
q
0.92
0.08
0.57
0.43
siendo p + q = 1
A partir de los datos anteriores, la frecuencia del alelo M sería:
p = f(MM) + ½ f(MN) = 0.835 + ½ (0.156) = 0.913 para San José y
= 0.312 + ½ (0.515) = 0.569 para Puntarenas
Para el alelo N
q = f(NN) + ½ f(MN) = 0.009 + ½ (0.156) = 0.087
= 0.173 + ½ (0.515) = 0.431
para San José y
para Puntarenas
Claramente, las frecuencias alélicas varían entre poblaciones.
Es importante señalar que, en el ejemplo anterior, las frecuencias alélicas puedes ser calculadas a partir
de las frecuencias genotípicas, al no existir una relación de dominancia entre los alelos. En caso
contrario, no sería posible distinguir entre homocigotos y heterocigotos y por lo tanto, el procedimiento
anterior no podría ser utilizado
Aunque el sistema de grupos sanguíneos humanos (ABO) se toma a menudo como un ejemplo simple de
polialelismo, es de hecho una situación relativamente compleja que combina la codominancia de A y B,
la presencia de un alelo nulo O y la dominancia de A y B sobre O.
Para tres alelos (A, B, O) que codifican para los grupos sanguíneos en humanos, las frecuencias alélicas
se identifican como p, q y r, respectivamente, siendo (p + q + r = 1). A partir de un cuadrado de Punnett,
podemos calcular las frecuencias genotípicas.
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alelo
F (frec.)
A
(p)
B
(q)
O
(r)
A
B
O
(p) (q)
r
AA AB AO
(p2) (pq) (pr)
AB BB BO
(pq) (q2) (qr)
AO BO OO
(pr) (qr) (r2)
donde
Frecuencia
alélica
[AB]
(AA)
(AO)
(BB)
(BO)
(AB)
Frecuencia
genotípica
p2
2pr
q2
2qr
2pq
[O]
(OO)
r2
r2
Fenotipo Genotipo
[A]
[B]
p2+2pr
q2+2qr
2pq
Usando:
F [A] + F [O] = (p2 +2pr) + r2 = (p+ r) 2
F [B] + F [O] = (q2 +2qr) + r2= (q+ r) 2
F [O] = r2
Bernstein (1930) simplificó los cálculos,
p = 1 - (F [B] + F [O])1/2
q = 1 - (F [A] + F [O])1/2
r = (F [O])1/2
Estudie el siguiente ejemplo:
De un total de 1623 individuos analizados con respecto al grupo sanguíneo ABO se encontró la siguiente
distribución:
AB: 61
A: 672
B: 147 O: 743
(Total: 1623)
A partir de estos datos se puede construir la siguiente tabla:
Grupo
Nº Obs. Proporciones
B+O
A+O
O
890
1415
743
Total
1623
0.5484
0.8718
0.4578
0.7405
0.9337
0.6766
Frecuencias
alélicas
p = 0.2595
q = 0.0663
r = 0.6766
1.0024
9. Complete su cuadro de resultados con las frecuencias alélicas obtenidas en su grupo de laboratorio
En grupos de 4 personas, elabore una lista de factores que podrían alterar las frecuencias génicas de
la clase con respecto a estos grupos sanguíneos. Luego, se hará una discusión del tema en toda la
clase, dirigida por su instructor.
10. Su instructor le suministrará los datos obtenidos en años anteriores. Con esos datos, calcule,
frecuencia fenotípica, frecuencia genotípica y frecuencia alélica
11. Compare sus resultados con los datos que se muestran a continuación
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Frecuencias alélicas de los tipos sanguíneos en Costa Rica obtenidos de una muestra de 2196
individuos adultos
Sistema ABO
Fenotipo Observados
A
708
B
267
AB
56
O
1154
Factor antígeno D del sistema Rh
Alelo
A
B
Frecuencia
0.19579
0.07689
O
0.72732
1
Alelo
Rh+
Rh-
Frecuencia
0.76112
0.23888
1
¿Qué diferencias observas entre los resultados obtenidos en el laboratorio y los reportados en el
cuadro anterior? ¿A qué se debe estas diferencias?
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SÍMBOLOS UTILIZADOS PARA LA CONSTRUCCIÓN DE UN ÁRBOL
GENEALÓGICO
Mujer
Hombre
Mujer y hombre con el rasgo expresado
Mujer y hombre fallecidos
Sexo no identificado
Matrimonio o padres
Generación
Adoptado
Hermanos
Aborto
Gemelos idénticos
Gemelos fraternos
Matrimonio consanguíneo
Divorcio o relación previa