Capítulo 8. Los experimentos de Mendel y el nacimiento de la genética

Las contribuciones de Mendel

1. A mediados del siglo XIX, Gregor Mendel realizó cruzamientos experimentales con variedades de Pisum sativum (arveja común). Usó formas puras que poseían características claramente diferentes y no cambiaban de una generación a otra.

2. Al cruzar dos variantes de una misma característica, Mendel observó que en la primera generación (F₁) todos los individuos presentaban sólo una de las variantes, a la que Mendel llamó variante dominante. En la siguiente generación (F₂), obtenida por autopolinización de la F₁, reaparecía la variante ausente en la primera generación y Mendel la llamó variante recesiva. En la F₂, la proporción entre variante dominante y variante recesiva era aproximadamente 3:1.

3. Según la "primera ley de Mendel", o principio de segregación, cada individuo lleva un par de factores hereditarios para cada característica. Los miembros del par segregan durante la formación de los gametos. Los factores hereditarios de Mendel coinciden con el actual concepto de gen.

Fig. 8-6. El principio de segregación

A partir de un cruzamiento entre plantas de la generación P, una planta de guisante homocigótica para el alelo dominante (BB) y la otra homocigótica para el alelo recesivo (bb), se obtienen las generaciones F₁ y F₂. El fenotipo de la progenie -la generación F₁- es púrpura, pero su genotipo es Bb. La F₁ heterocigótica produce cuatro tipos de gametos: masculinos B, femeninos B, masculinos b y femeninos b, en proporciones iguales. Cuando esta planta se autopoliniza, los gametos masculinos y los femeninos, B y b, se combinan al azar y forman, en promedio 1/4 BB (púrpura), 2/4 (o 1/2) Bb (púrpura) y 1/4 bb (blanco), lo que significa una relación genotípica de 1:2:1. Esta relación genotípica da cuenta de la relación fenotípica: tres dominantes (púrpura) a un recesivo (blanco), que se expresa como 3:1.

4. Los alelos son variantes de un mismo gen presentes en una población. Los dominantes se representan con letras mayúsculas y los recesivos con minúsculas.

5. Los individuos diploides que tienen dos alelos iguales de un gen determinado son homocigóticos para ese gen; los individuos cuyos alelos son distintos son heterocigóticos para el gen en cuestión. Los alelos dominantes se expresan en la condición homocigota y en la heterocigota, mientras que los alelos recesivos lo hacen sólo en la homocigota.

6. El genotipo es la constitución genética de un individuo. El fenotipo, resultado de la interacción entre el genotipo y el ambiente, es su apariencia externa.

7. Al analizar simultáneamente la herencia de dos características, Mendel observó que la F₁ era homogénea, y que en la F₂ aparecían los cuatro fenotipos posibles en una proporción 9:3:3:1 (doble dominante:dominante/recesivo:recesivo/dominante:doble recesivo).

8. La "segunda ley de Mendel", o principio de distribución independiente, establece que durante la formación de los gametos, cada par de alelos segrega independientemente de los otros pares.

Fig. 8-8. El principio de la distribución independiente

Una planta homocigótica para semillas redondas (RR) y amarillas (AA) se cruza con una planta de semillas rugosas (rr) y verdes (aa). Toda la generación F_l tiene semillas redondas y amarillas (RrAa). En la F₂, de las 16 combinaciones posibles en la progenie, 9 muestran las dos variantes dominantes (RA, redonda y amarilla), 3 muestran una combinación de dominante y recesivo (Ra, redonda y verde), 3 muestran la otra combinación (rA, rugosa y amarilla) y 1 muestra las dos recesivas (ra, rugosa y verde). Esta distribución 9:3:3:1 de fenotipos es el resultado esperado de un cruzamiento en el que intervienen dos características que se distribuyen independientemente, cada una con un alelo dominante y uno recesivo en cada uno de los progenitores.

Sobre genes y cromosomas

9. Sutton supuso que los elemente descritos por Mendel -que hoy conocemos como genes- están en los cromosomas y que los alelos -las formas alternativas de un gen- se encuentran en cromosomas homólogos. Cuando se separan los cromosomas homólogos durante la meiosis I, también se separan los alelos de cada gen y cuando los gametos se fusionan durante la fecundación, se forman nuevas combinaciones de alelos.

Fig. 8-10. Distribución de los cromosomas en un cruzamiento mendeliano según la hipótesis de Sutton

Aunque el guisante tiene 14 cromosomas (n = 7), aquí se muestran solamente cuatro, los dos que llevan los alelos determinantes de la textura redonda o rugosa y los dos que llevan los alelos determinantes del color amarillo o verde. En este caso, un progenitor es homocigoto recesivo y el otro, homocigoto dominante, por lo que los únicos gametos que pueden producir son RA y ra (R indica ahora no sólo el alelo, sino el cromosoma que lleva el alelo, y lo mismo ocurre con los otros símbolos). La generación F_l será entonces Rr y Aa. Cuando una célula de esta generación entra en meiosis, al separarse los cromosomas homólogos en la anafase I, R se separa de r y A se separa de a, y se distribuyen en forma independiente. Entonces, se obtienen cuatro tipos diferentes de gametos femeninos y cuatro masculinos que se pueden combinar en 16 (4 x 4) modos diferentes.

10. A comienzos del siglo XX, Hugo de Vries descubrió que las variantes alélicas se originaban a partir de cambios repentinos en el material hereditario. A esos cambios los llamó mutaciones.

11. Los genes que se encuentran en el cromosoma X corresponden a características ligadas al sexo. En las especies animales cuyos machos tienen un sistema de cromosomas sexuales XY, las proporciones fenotípicas de las características ligadas al sexo en la F₂ no cumplen la primera "ley de Mendel".

12. La segunda "ley de Mendel" tiene validez para genes que se encuentran en distintos cromosomas o lo suficientemente alejados unos de otros. El entrecruzamiento entre cromosomas homólogos permite que los genes se separen y se recombinen. Los genes ligados son aquellos que, por encontrarse próximos, tienden a segregar juntos.

13. El lugar que ocupan los genes en los cromosomas se denomina locus. Los alelos de un mismo gen ocupan el mismo locus en los cromosomas homólogos.

14. Los genes están dispuestos linealmente en los cromosomas. Cuanto menor es la distancia entre ellos, menor es el porcentaje de recombinación. La frecuencia de recombinación permite conocer el orden y la distancia de los genes en los cromosomas.

Fig. 8-19. Entrecruzamiento

La posibilidad de recombinación en cualquier punto entre B y D es mayor que entre B y C, simplemente porque la distancia entre B y D es mayor y, en consecuencia, hay más lugar (y por tanto mayor probabilidad) para que ocurra el entrecruzamiento.

Ampliando el concepto de gen

15. En el fenómeno de dominancia incompleta, el cruzamiento de dos organismos homocigotos (uno dominante y el otro recesivo) origina una F₁ homogénea, pero con un fenotipo intermedio al de ambos progenitores. En el caso de la codominancia, los individuos heterocigotos de la F₁ expresan en forma simultánea los dos fenotipos de los progenitores.

Fig. 8-22. Dominancia incompleta

Un cruzamiento entre una planta Antirrhinum con flores rojas (R₁R₁) y una con flores blancas (R₂R₂). Este cruzamiento se parece mucho al realizado entre una planta de guisante de flores púrpura y otra de flores blancas que se muestra en la figura 8-6, pero hay una diferencia significativa. En este caso, ningún alelo es dominante. La flor del heterocigoto presenta un fenotipo intermedio entre los dos colores.

16. Se denomina alelos múltiples a la existencia en la población de más de dos variantes alélicas de un mismo gen. Tales variantes presentan entre sí diferentes relaciones de dominancia.

17. Además de las interacciones entre los alelos de un mismo gen, existen interacciones entre los alelos de genes diferentes. Como resultado de estas interacciones, en las características determinadas por más de un gen aparecen diferentes fenotipos.

18. La epistasis consiste en el enmascaramiento del efecto de un gen por parte de otro gen. Cuando ocurre esto, las proporciones mendelianas no se cumplen.

Fig. 8-25. Epistasis en arvejillas de olor

Bateson y sus colegas encontraron un ejemplo claro de interacción génica epistática en la arvejilla de olor Lathyrus odoratus. Cuando cruzaron dos variedades puras obtenidas en forma independiente, ambas de flores blancas, encontraron que toda la progenie de F₁ se autopolinizaran, de 651 plantas que florecieron en la generación F₂, 382 tenían flores púrpura y 269, flores blancas. Si examinamos cuidadosamente estas proporciones, se verá que se ajustan a una relación 9:7. ¿Cómo podemos explicar este resultado? Recordemos que en un cruzamiento en el que se analizan dos genes cuyos alelos se distribuyen independientemente se espera que la relación fenotípica sea 9:3:3:1. La explicación en este caso es que dos genes diferentes tienen efecto sobre el color de las flores. Se representan los alelos de estos genes como C, c, P y p. La proporción fenotípica 9/16 de F₂ muestra los efectos de los dos alelos dominantes (C y P). La proporción 7/16 reúne al resto de la progenie. Sólo una planta que haya recibido los alelos dominantes de ambos genes (o sea, el alelo P y el alelo C) es capaz de producir pigmento púrpura. En este caso, cualquier gen en la condición homocigoto recesivo es epistático u oculta el efecto del otro gen. Cuando el gen C es homocigoto recesivo (cc), las flores son blancas aunque esté presente un alelo P dominante (como en los fenotipos ccPp y ccPP). De modo semejante, cuando el gen P es homocigoto recesivo (pp), las flores también son blancas (como en los fenotipos Ccpp y CCpp).

19. La pleiotropía es el caso en que un gen afecta a más de una característica.

20. La herencia poligénica es aquella en la que el fenotipo es el resultado de la acción acumulativa de los efectos combinados de muchos genes. Estas características presentan una variación continua.

21. La expresividad se refiere a la variación o proporcionalidad en la expresión de un genotipo; la penetrancia, a fenotipos cuya frecuencia no coincide con la esperada. Los términos expresividad y penetrancia se utilizan para referirse a casos en los que el fenotipo asociado a un gen depende de factores ambientales o desconocidos.

Alteraciones cromosómicas

22. Los cromosomas pueden sufrir cambios que afectan su número (alteraciones numéricas) o su estructura (alteraciones estructurales). Estos cambios pueden alterar la viabilidad o la fertilidad de un organismo, o mantenerse como parte de la variabilidad genética de la población. Se consideran mutaciones y ocurren durante la mitosis o la meiosis.