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Librogen – Ernesto G. Pirillo

LIBROGEN Introducción a la genética

Ernesto G. Pirillo

Pirillo, Ernesto Gustavo Librogen. - 1a ed. - Ciudad Autonoma de Buenos Aires : el autor, 2011. 212 p. ; 21x15 cm. ISBN 978-987-33-1097-3 1. Genetica. I. Título CDD 575 Fecha de catalogación: 06/09/2011

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INDICE INTRODUCCIÓN ...................................................................................................... 6 1. CICLO CELULAR ............................................................................................ 8 2. DIVISIONES CELULARES ............................................................................ 10 La mitosis ......................................................................................................... 10 La meiosis ........................................................................................................ 12 3. CICLOS DE VIDA ........................................................................................... 16 Gametogénesis en las plantas ....................................................................... 16 Gametogénesis animal ................................................................................... 17 Gametogenesis en organismos haploides .................................................... 18 4. MENDEL Y SUS DESCUBRIMIENTOS ....................................................... 19 Primera ley de Mendel .................................................................................... 19 Segunda Ley de Mendel ................................................................................. 21 5. OTRAS RELACIONES ALELICAS............................................................... 24 Dominancia incompleta. .................................................................................. 24 Codominancia. ................................................................................................. 24 Cruzamiento retrógrado o retrocruza. ........................................................... 25 Cruza de prueba. ............................................................................................. 25 Alelos múltiples. ............................................................................................... 26 Alelos letales. ................................................................................................... 27 Expresividad y penetrancia............................................................................. 28 Árbol genealógico - pedigrí ............................................................................. 28 6. GENES LIGADOS ........................................................................................... 30 Ligamiento ........................................................................................................ 30 Mapa genético.................................................................................................. 33 7. SEXO Y HERENCIA ....................................................................................... 34 Genes ligados al cromosoma X ..................................................................... 34 Genes holándricos ........................................................................................... 36 Genes parcialmente ligados al sexo .............................................................. 37 Genes limitados a un sexo ............................................................................. 37 Mecanismo Z - W de determinación sexual .................................................. 37 Determinación sexual en mamíferos ............................................................. 38 8. INTERACCIÓN GENÉTICA.......................................................................... 41 Interacción ........................................................................................................ 41 Epistasis ........................................................................................................... 42 Pleiotropismo ................................................................................................... 43 9. ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DEL MATERIAL HEREDITARIO .............. 44 Ácidos nucleicos .............................................................................................. 44 Replicación del ADN........................................................................................ 47 Transcripción .................................................................................................... 47 Traducción ........................................................................................................ 49 Splicing alternativo........................................................................................... 52 Epigenética ....................................................................................................... 52 10. MUTACIONES ................................................................................................ 54 Mutaciones genómicas ................................................................................... 54 Mutaciones cromosómicas ............................................................................. 58 Mutaciones génicas ......................................................................................... 61 11. GENÉTICA CUANTITATIVA ....................................................................... 63

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ANÁLISIS DE LOS CARACTERES MÉTRICOS ........................................ 67 Descomposición de la varianza...................................................................... 67 Coeficiente de determinación genética ......................................................... 68 Descomposición de la varianza genética ...................................................... 68 Heredabilidad en sentido estricto ................................................................... 69 MEJORAMIENTO TRADICIONAL ............................................................. 72 Introducción ...................................................................................................... 72 Variedad ........................................................................................................... 72 Métodos de mejoramiento en especies con autofecundación .................... 73 Métodos de mejoramiento en especies de fecundación cruzada ............... 74 Métodos de mejoramiento en especies de propagación asexual ............... 75 Métodos de mejoramiento en especies animales ........................................ 75 SELECCIÓN .................................................................................................... 78 Respuesta a la selección ................................................................................ 78 Metodos de selección...................................................................................... 78 ENDOGAMIA Y HETEROSIS ....................................................................... 81 Sistemas de reproducción .............................................................................. 81 Endogamia y depresión por consanguinidad ................................................ 82 Coeficiente de endogamia .............................................................................. 82 Vigor híbrido o heterosis ................................................................................. 84 GENÉTICA DE POBLACIONES ................................................................... 86 Introducción ...................................................................................................... 86 Equilibrio de Hardy - Weinberg ...................................................................... 86 Factores de alteración ..................................................................................... 89 HERENCIA CITOPLÁMICA ......................................................................... 90 Efecto materno ................................................................................................. 90 Mitocondrias ..................................................................................................... 91 Cloroplastos ..................................................................................................... 91 Plásmidos ......................................................................................................... 91 PROBABILIDAD ............................................................................................. 93 Cálculo de probabilidad................................................................................... 93 Método del Chi - cuadrado ............................................................................. 95 HUELLAS ........................................................................................................ 98 Huellas genéticas ............................................................................................ 98 Reacción en cadena de las polimerasas ( pcr ) ........................................... 98 TERAPIA GÉNICA ....................................................................................... 100 Terapia génica ............................................................................................... 100 Genes suicidas .............................................................................................. 101 GENOMA HUMANO .................................................................................... 102 Proyecto genoma humano ............................................................................ 102 Proteoma humano ......................................................................................... 103 CLONACIÓN ................................................................................................. 105 BIOTECNOLOGÍA ....................................................................................... 109 Introducción .................................................................................................... 109 ADN - recombinante ...................................................................................... 110 Técnicas de clonación de ADN .................................................................... 111 Plásmido Ti para introducir nuevos genes en plantas ............................... 112 Biotecnología genética .................................................................................. 113 BIOPROSPECCIÓN ...................................................................................... 118 PREGUNTAS Y PROBLEMAS .................................................................... 121

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RESPUESTAS ................................................................................................ 125 GLOSARIO GENÉTICO .............................................................................. 128 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................ 136

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INTRODUCCIÓN

Hablar de genética en estos tiempos es estar hablando de la ciencia que más desarrollo ha tenido en

los últimos 30 años. Sin duda que los avances observados en esta materia son los más espectaculares en cuanto a la cantidad y calidad de los descubrimientos y especialmente de las aplicaciones.

Es así que la genética, o sea aquella parte de la biología que estudia los mecanismos de la transmisión de los caracteres hereditarios, ya sea en cuanto a sus alteraciones, formas y consecuencias, debe ocupar un papel preponderante en los conocimientos de todos aquellos que estén interesados en conocer los fundamentos científicos de la existencia de los seres vivos, como también de su diversidad. La genética se ocupa de los genes en todos sus aspectos, ya sea desde el punto de vista del modo de transmisión de los caracteres de generación en generación, como así también de su estructura y función y el de su comportamiento en las distintas poblaciones. La biología se ha visto unificada desde el momento que se comenzaron a conocer los genes y el modo como actúan. Muchos procesos fisiológicos podemos comprenderlos mejor debido al conocimiento del modo de acción de los genes implicados. Por otro lado, sabemos que no existe ningún organismo viviente que no sea producto de algún proceso natural o del mejoramiento realizado por el hombre. Este mejoramiento el hombre lo puede realizar a partir de la observación minuciosa de los procesos que realiza la naturaleza en sus individuos. A partir de esa observación detallada y poniendo en práctica conocimientos de química, botánica, bioquímica, genética, anatomía, fisiología, estadística, etc. y sofisticadas técnicas de laboratorio, el hombre logra muchas veces realizar en el laboratorio lo que un organismo realiza en la naturaleza. Los conocimientos sobre los fenómenos hereditarios han sido importantes para el hombre desde hace mucho tiempo. La propia civilización fue posible cuando las tribus nómadas aprendieron a domesticar plantas y animales. Mucho antes que la genética existiera como disciplina científica, los hombres se interesaban por la herencia de rasgos deseables e indeseables de la población humana, seleccionaban los granos de mayor rendimiento y vigor y los animales de mejor piel y carne. Existen datos de que los asirios ya realizaban cruzamientos entre plantas y mucho más cerca en el tiempo, las grandes civilizaciones indígenas americanas, realizaban con éxito el mejoramiento de, por ejemplo, el maíz. A comienzos del siglo XX, a partir de las investigaciones que el monje Gregor Mendel propuso a la consideración de la comunidad internacional fue posible comprender las bases genéticas de la selección y de ese modo darle un marco científico a procesos que el hombre ya observaba desde hacía mucho tiempo pero que no se explicaba el por qué de su ocurrencia. Se comenzaron a obtener nuevas variedades de plantas, fundamentalmente mediante la formación de los híbridos y se alteraron los sistemas genéticos animales para aumentar la productividad. Desde aquel momento hasta éstos, nuestros tiempos modernos, han pasado muchas cosas en biología. Con el trascendente hito del descubrimiento de la estructura de la molécula de ADN por Watson y Crick luego se descifró el código genético y, posteriormente, con las enzimas de restricción se desarrolló la técnica del ADN recombinante, o ingeniería genética, que han producido un cambio fundamental en el estudio y en las aplicaciones de la genética y de las biotecnologías. A partir de ese momento la genética molecular, conjuntamente con técnicas apropiadas, comenzaron a intervenir en la mejora genética, ya se en el campo animal como vegetal. Hemos ido más allá de las técnicas convencionales de mejora genética, hasta alcanzar la capacidad de producir modificaciones químicas y moleculares específicas del aparato genético de cualquier ser vivo. Es así que las aplicaciones genéticas tienen mucho que ver con sectores de suma importancia en el desarrollo de un pueblo, como ser la mejora en la producción de granos y forrajes, en la producción de carne y leche, de huevos, hortalizas, flores, etc.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo En el campo de la medicina, con las nuevas técnicas de terapia génica se abre un nuevo campo en el tratamiento, estudio y prevención de determinadas enfermedades. El campo del derecho, también se ha visto beneficiado con las nuevas técnicas de la genética molecular. Muchos juicios sobre violación, paternidad, asesinatos, etc. han sido resueltos rápidamente mediante el análisis de muestras de ADN y la lectura de sus huellas genéticas. La secuenciación de la totalidad del genoma humano, como así también la de otras especies permitirá, en el futuro, conocer con exactitud la constitución y ubicación física de cada uno de los cientos de genes distribuidos en los cromosomas, despertando curiosidad en muchas personas y una cierta ansiedad y esperanza de encontrar soluciones a muchas enfermedades, en la mayoría. En los últimos años, la sofisticada tecnología de la genética molecular nos ha suministrado un amplio espectro de técnicas (biotécnicas o bioensayos) debido a lo cual se abre un campo nuevo en la utilización de la biodiversidad. Muchos países ya han celebrado convenios de prospección de su diversidad biológica y otros lo harán en un futuro próximo. Este proceso involucra tanto a las industrias farmacéuticas como a centros de investigación, universidades, políticos, recolectores individuales, comunidades autóctonas, organizaciones no gubernamentales, industrias, etc. por lo que seguramente tendrán un gran impacto tanto a nivel cultural como económico en las comunidades involucradas. Palabras extrañas como ADN recombinante, clones, vegetales o animales transgénicos, genoma humano, terapia génica, código genético y muchas más invaden al público en general diariamente por los medios de comunicación masiva demostrando una vez más que la ciencia de la genética día a día nos presenta algo nuevo. Los avances en genética influenciarán en forma radical nuestra calidad de vida en los próximos años, como así también el modo de organizar la utilización de nuestros recursos naturales y en la de hacer frente a la revolución biotecnológica ya comenzada. El siglo XXI será, indudablemente, el siglo de la biología y en especial de la genética, debido a lo cual es indispensable que esta materia sea incluida en todos los planes de estudio del nivel medio superior de nuestra enseñanza. Se deberán incorporar estos conocimientos, no solo como parte de la instrucción de la persona, sino como una forma de darle instrumentos de formación de pensamiento a fin de que pueda evaluar con un cierto criterio las innovaciones que, en este campo, se vayan incorporando a nuestro quehacer cotidiano.

LIBROGEN, con un lenguaje ameno y accesible, espera convertirse en un aporte en ese sentido. Muchas Gracias.

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1. CICLO CELULAR

El estudio de la genética lo circunscribiremos en un principio y en la mayor parte del libro, a lo que

sucede en el núcleo de la célula y más específicamente en unas estructuras muy particulares, que tienen propiedades de tinción especiales, llamadas cromosomas.

Si observamos una célula de un organismo eucariótico, como ser la de un árbol o la de un mamífero, podremos diferenciar a un verdadero núcleo, separado del resto de la célula o citoplasma. En cambio en las células de individuos procariotas, como ser los virus, bacteriófagos y bacterias, no se logra distinguir un verdadero núcleo, ya que no se distingue una verdadera membrana nuclear. En los procariotas podemos identificar al cromosoma encerrado dentro de la pared celular que es muy rígida. Por el contrario, en las células de los eucariotas, ya sea vegetales o animales, podemos identificar diversas estructuras morfológicas, entre las que se diferencia claramente el núcleo, rodeado de su envoltura nuclear y dentro del cual se encuentra la matriz o jugo nuclear, la cromatina y el nucleolo. La envoltura nuclear, formada por dos membranas, posee poros que actuarán como selectores de materiales de ingreso o egreso al núcleo a partir del citoplasma. Durante la división celular la membrana se rompe y los fragmentos pasan a formar parte del retículo endoplasmático. Por otro lado el nucleolo es el órgano que sirve para el armado de los ribosomas que luego intervendrán en la síntesis proteica. En lo que respecta a la cromatina podemos decir que está formada por moléculas de ADN asociadas a proteínas y organizada en filamentos llamados cromosomas. En los cromosomas de los organismos eucarióticos se pueden encontrar, además del ADN o ácido desoxiribonucleico, asociado a proteínas básicas (histonas) presentes en los cromosomas procariotas, algunas proteínas ácidas e iones calcio y magnesio y moléculas de ARN mensajero. A este complejo lo denominamos cromatina, la eucromatina y la heterocromatina, de acuerdo a la capacidad que tienen de teñirse con determinados colorantes. Desde un punto de vista genético en las porciones de eucromatina, o cromatina verdadera, se encontrarán la mayor parte de los genes activos o funcionales de un individuo. Por el otro lado, la heterocromatina, que se tiñe más fuertemente, la podemos dividir en dos clases: constitutiva y facultativa. La heterocromatina constitutiva se encuentra principalmente en las zonas cercanas al centrómero del cromosoma. En cambio, la heterocromatina facultativa está representada, por ejemplo, en mamíferos, por la condensación de uno de los cromosomas X de la hembra, seguido por la inactivación de los genes que en él se encuentran, formando lo que se denomina Cuerpo de Barr. El número de cromosomas es característico de cada especie y en cada célula somática (o del cuerpo) podemos encontrar un número diploide (2n) de cromosomas. Los gametos o células sexuales de un individuo, poseen un número haploide (n) de cromosomas. Así un espermatozoide o un óvulo humanos tendrán 23 cromosomas cada uno. La unión de ambos dará como resultado una célula con 46 cromosomas que es el número diploide de la especie humana. Cada cromosoma de origen paterno tendrá su homólogo de origen materno. De estos 46 cromosomas podemos distinguir un par de cromosomas denominados sexuales, el cromosoma X y el cromosoma Y, que poseen una homología parcial, como ya veremos más adelante. Los otros 44 cromosomas se denominan autosomas. Podemos ahora hablar del cariotipo como la dotación completa de los cromosomas de ese individuo o especie. En cambio el término genoma o genomio se utilizará cuando queramos referirnos al patrimonio hereditario o material genético completo de un individuo. Cada cromosoma posee un centrómero, ubicado en algún lugar a lo largo del filamento, que lo divide en dos y le confiere un nombre particular. Así un cromosoma en donde el centrómero está ubicado aproximadamente en la mitad se llamará metacéntrico. Si en cambio está ubicado cerca de un extremo será telocéntrico. Las formas de los cromosomas, así como el número, es característico de cada especie.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo A lo largo de los cromosomas y durante el estadío de la profase de las divisiones celulares, se distinguen unas pequeñas estructuras, que semejan a cuentas de un collar. Son los gránulos de ADN llamados cromómeros. Además del núcleo, dentro de la célula, podemos diferenciar el citoplasma, donde se encuentran las mitocondrias, el retículo endoplasmático, el aparato de Golgi y los ribosomas. CICLO CELULAR Antes de analizar cómo se divide una célula deberemos interpretar cómo transcurre su vida. Tradicionalmente se ha dividido el ciclo de vida de una célula en dos etapas principales: interfase y división celular. En los primeros tiempos se pensaba que en el período de interfase, que se intercala a los períodos en que las células están en división, no ocurría nada y las células se encontraban en reposo. Nada más alejado de la verdad como veremos a continuación. El período de la interfase podemos sub-dividirlo en 3 etapas: Comenzamos por el llamado período G1 (de gap 1, en inglés). En él la célula realiza una intensa actividad metabólica. Principalmente, en lo que respecta a la formación de los distintos tipos de ARN, (ácido ribonucleico) indispensables para la síntesis de las proteínas. Muchas células que han perdido la capacidad de dividirse permanecen en este período el resto de sus días, como por ejemplo las células nerviosas, glóbulos blancos, células vegetales colenquimáticas y parenquimáticas, etc. Aquellas células que continúan con su división pasan a la siguiente etapa o período S (de síntesis). Como su nombre lo indica, en este período se produce la síntesis del material hereditario, o duplicación del ADN. NOTA: Este proceso es indispensable para poder afrontar las divisiones celulares. Es obvio que si la célula se va a dividir, primero deberá duplicar su material para poder mantener su patrimonio a través de sus ciclos. De otro modo, inmediatamente iría a la destrucción. Lo veremos con más detalle al tratar los procesos de división celular. Una vez duplicado su material la célula desemboca en el período G2 (de gap2) en donde se prepara para la división.

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2. DIVISIONES CELULARES

En los Eucariotas, u organismos superiores, han sido identificados dos tipos de tejidos: los tejidos somáticos que constituyen la estructura completa del organismo (el soma) y los tejidos germinales que están involucrados en la reproducción sexual. Estos dos tipos de tejidos son distinguibles por medio de distintos mecanismos de multiplicación de sus células: la mitosis para los tejidos somáticos y la meiosis para los tejidos germinales. La mitosis La mayor parte de los tejidos que forman el cuerpo de un individuo se forman a partir de una célula original mediante el proceso de mitosis. Si una célula se divide por mitosis se obtendrán como productos al final de la división, dos células hijas idénticas. Como podemos deducir, si a partir de una célula obtenemos dos con el mismo material hereditario, citoplasma, organelos, etc., es obvio que la célula original deba duplicar su material hereditario antes de entrar en división. Esta duplicación o síntesis de ADN la célula la realiza en la interfase que antecede a la mitosis y más específicamente en el período S, si bien algunas células continúan con la síntesis aún entrada la profase. En esta fase (profase) los cromosomas se encuentran ya duplicados y comienzan a acortarse. Están formados por dos cromátidas unidas por medio del centrómero, las cromátidas hermanas. Si consideramos que partimos de una célula de un organismo diploide, la célula tendrá una cantidad 2n como nivel de ploidía, o sea 2 juegos cromosómicos básicos, un juego cromosómico de origen paterno y el otro de origen materno. Si en la interfase se duplicó el material hereditario, es lícito señalar que al inicio de la profase la célula tendrá un nivel de ploidía igual a 4n.

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Los cromosomas continúan acortándose y desaparece la membrana nuclear conjuntamente con el nucleolo, distribuyéndose todo el contenido del núcleo en el jugo celular. En la prometafase los cromosomas migran hacia el ecuador de la célula, ubicándose en la placa ecuatorial durante la metafase. Aparecen los husos acromáticos, que unen los dos polos y a los cuales se adhieren los cromosomas a través del centrómero. Los cromosomas a este punto se encuentran condensados y acortados al máximo. Con la migración de los cromosomas hacia los polos, debido al acortamiento de las fibras de los husos acromáticos, comienza la anafase. Una vez que los cromosomas alcanzan los polos, comienzan su descondensación, se reconstituyen las membranas nucleares y reaparecen los nucleolos, llegamos a la telofase. La completa división ocurre con la formación de una separación entre las dos células hijas que divide al citoplasma. Como consecuencia de la mitosis cada par de cromátidas hermanas se separó y a cada célula hija fue una de ellas. De este modo se restablece el número 2n de ploidía pues cada cromátida representa ahora a un cromosoma. Se han producido dos células hijas con idéntico material hereditario que la célula madre manteniendo de este modo una estructura hereditaria constante en todas las células que derivan de la primera célula o cigoto.

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En general todas las células son capaces de dividirse por mitosis, si bien hay algunos tipos que lo hacen más frecuentemente, como ser las de la epidermis y las células embrionarias. Por el contrario las células nerviosas o neuronas y las células vegetales adultas, al especializarse en alguna función particular, pierden capacidad de división. También la mitosis es el mecanismo básico de todas las formas de reproducción asexual. La meiosis Anteriormente habíamos comentado que los tejidos germinales, involucrados con la reproducción sexual se distinguían de los otros tejidos por que en ellos ocurría un tipo de división de sus células diferente a la mitosis, la meiosis. Como consecuencia de esta división celular se obtienen células hijas con la mitad del número cromosómico de la célula madre. Antes de entrar en la verdadera división celular, el material cromosómico se duplica en el período interfásico llamado S como hemos visto anteriormente en las etapas del ciclo celular. Por lo tanto, las células 2n cuando comienzan la meiosis tendrán un complemento cromosómico igual a 4n. Luego de sufrir dos divisiones consecutivas se obtendrán 4 células haploides (n).

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Para entender mejor lo antedicho analizaremos la meiosis paso a paso de un modo similar a lo que sucede en la realidad. La meiosis podemos estudiarla como dos divisiones celulares consecutivas, una primera en donde los cromosomas homólogos (cromosomas de origen materno y paterno) que se habían apareado se separan y una segunda en donde se separan las cromátidas hermanas. La primera división de la meiosis comienza con la Profase I, subdividida como sigue: Leptonema: los cromosomas homólogos se encuentran ya duplicados en sus dos cromátidas hermanas, unidas por su centrómero, si bien los cromosomas se observan como filamentos simples, muy finos y largos ya que la espiralización está ausente o es mínima al inicio de esta fase. Cigonema: cada cromosoma busca su homólogo para aparearse punto por punto. A diferencia de lo que ocurre en la mitosis, los cromosomas de cada par, uno de origen paterno y el otro de origen materno, realizan en este momento lo que se denomina sinapsis. Mientras dura la sinapsis, se forma lo que se

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denomina complejo sinaptinémico que es el responsable de mantener unidos longitudinalmente, punto por punto, a los cromosomas homólogos. Paquinema: los pares de cromosomas se manifiestan como una unidad de apareamiento completo. Cada unidad la llamamos bivalente pues está formado por la unión de los dos cromosomas homólogos. Como cada cromosoma ya se encuentra duplicado en dos cromátidas hermanas se forma para cada par la asociación de 4 cromátidas hermanas, entonces también se puede denominar tétrada a cada bivalente. Debido a este acercamiento entre los cromosomas homólogos es muy posible que las cromátidas se puedan romper y volver a unir con la otra del cromosoma homólogo. Este proceso se denomina croosing-over o entrecruzamiento. Diplonema: el intercambio de material genético a nivel de las tétradas se hace visible en este estadío mediante la aparición de figuras con formas de "X" llamadas quiasmas, involucrando dos de las cromátidas, una por cada cromosoma homólogo del par. Los quiasmas se han encontrado en casi todos los organismos superiores, si bien faltan en los machos de muchos dípteros como, por ejemplo, en el macho de Drosophila melanogaster. Diacinesis: los cromosomas se observan más cortos y espesos debido a la espiralización. Se vuelven más intensamente colorables y debido a la repulsión que ocurre entre los cromosomas homólogos los quiasmas parecería que se corrieran hacia los extremos de los cromosomas, fenómeno que se denomina terminalización de los quiasmas. A este punto termina la profase I. Metafase I: los bivalentes se van a ubicar al azar en la zona ecuatorial de la célula. La membrana nuclear y los nucleolos desaparecen y cada bivalente se une a través de sus centrómeros a las fibras del huso acromático en un estadio anterior denominado prometafase. Anafase I: a diferencia de lo que ocurre en mitosis, en esta fase se separan los centrómeros homólogos llevando cada uno las dos cromátidas hermanas hacia los polos, unidas por su centrómero original. Recordemos que en la mitosis no hay apareamiento de cromosomas homólogos. Telofase I: se reorganizan los cromosomas y el citoplasma. Se forman dos nuevas células y dos nuevos núcleos. NOTA: en este punto se reestablece el nivel 2n de ploidía de la célula interfásica pues al comienzo de la profase I y debido a la duplicación de las cromátidas, la célula se considera 4n, como ya hemos visto. Al fin de la telofase I, cuando se produce la separación de los centrómeros homólogos y se forman dos células, se reestablece el nivel original 2n en cada célula. A partir de este momento, cada una de esas células entra en la segunda división de la meiosis. Luego de una interfase de diversa duración en los distintos organismos llamada intercinesis, donde no hay duplicación de ADN, comienza la segunda división de la meiosis, que es muy similar a una división mitótica, ya que separa cromátidas hermanas. Profase II: los cromosomas de cada una de las células hijas están formados por dos cromátidas hermanas unidas por un solo centrómero. Metafase II: todos los cromosomas migran al plano ecuatorial de la célula. Anafase II: los centrómeros se dividen y las cromátidas simples se dirigen hacia los extremos de la célula debido al acortamiento de las fibras de los husos acromáticos. Telofase II: se reorganizan las nuevas células, se vuelven a formar las membranas nucleares, reaparecen los nucleolos y las células se organizan en entidades separadas. Como producto de la meiosis a partir de una célula 2n se formaron 4 células hijas, los productos meióticos, que son haploides (n).

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Esta reducción en el número cromosómico, junto con la fecundación, asegura el mantenimiento del patrimonio hereditario con las variaciones genéticas a través de las generaciones. ¿Cuáles son las diferencias sustanciales entre la meiosis y la mitosis? 1.

La meiosis requiere el apareamiento de los cromosomas homólogos.

2.

Se producen los entrecruzamientos que se manifiestan citológicamente a través de los quiasmas y genéticamente a través de las formas recombinantes.

3.

Por medio de la mitosis a partir de una célula 2n se originan dos nuevas células 2n, en cambio por la meiosis a partir de una célula diploide ( 2n ) se originan 4 células haploide ( n ) que formarán luego de un proceso de maduración los gametos.

4.

La meiosis ocurre solamente en células especializadas de la línea germinal de un individuo a diferencia de la mitosis que ocurre en la mayor parte de las células somáticas.

¿Qué mecanismos hacen a la diferencia entre los productos meióticos? Las células obtenidas por medio de meiosis son diferentes a la célula madre, como ya vimos, por la cantidad del material pero, además, son diferentes en cuanto a la calidad de la información que llevan debido fundamentalmente a dos procesos: a)

el entrecruzamiento, que ocurre en la profase I, y

b)

la distribución al azar de los cromosomas en la placa metafásica.

Evidentemente el entrecruzamiento entre cromátidas homólogas permite reunir información genética de origen materno con aquella de origen paterno en un mismo cromosoma. Por otro lado, y debido a que no hay una ubicación preferencial de los cromosomas en la placa metafásica, es muy poco probable que todos los cromosomas de origen paterno migren a un polo y los de origen materno hacia el otro. De este modo las combinaciones posibles, solamente teniendo en cuenta esta fuente de variación, dependerán del número cromosómico de la especie. Por ej. en el hombre se obtendrán 223 posibles distintas distribuciones de los cromosomas al momento de formar los gametos. Si a esta cantidad le sumamos las posibles variaciones debidas a los entrecruzamientos, lograremos tener una idea de los diferentes tipos de gametos que puede producir un mismo individuo. Lo mismo ocurre en los demás seres vivos y es la base más importante de la gran biodiversidad que encontramos en la naturaleza.

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3. CICLOS DE VIDA

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amos a dividir los ciclos de vida en dos, los de las plantas y los de los animales. Tendremos en cuenta solamente a las plantas superiores que producen flores, llamadas angiospermas y a los animales superiores del orden de los mamíferos, entre los cuales incluimos al hombre. Estos ciclos biológicos variarán en distinta proporción cuando se trata de plantas o animales inferiores, como ser los musgos, protozoarios, algas y hongos. Gametogénesis en las plantas En las plantas, los productos que intervienen en la fecundación son las esporas. Debemos distinguir entre la gametogénesis que ocurre en la parte masculina de la flor, llamada microesporogénesis, que dará como resultado esporas reproductivas llamadas granos de polen, de la megagametogénesis, proceso de gametogénesis en la parte femenina de la flor u ovario, que dará como resultado el megagametofito o saco embrionario maduro. Ambos procesos, tanto el que se realiza en la parte masculina de la flor como aquel que se realiza en la parte femenina, provienen de la realización de divisiones celulares en células de tejidos diferenciados. A partir de la meiosis y con posteriores mitosis u otros procesos se obtendrán los productos finales que luego intervendrán directamente en la fecundación y por lo tanto en la formación de un nuevo individuo. A) microesporogénesis En la parte masculina de la flor de una planta, supongamos en la panoja de una planta de maíz, a partir de una célula madre de las micrósporas, (microesporocito) y luego de una meiosis se obtienen 4 micrósporas, que debido a que son producto de una meiosis serán haploides. Estas micrósporas sufren dos mitosis sucesivas. En la primera, el núcleo que es haploide, forma dos nuevos núcleos, denominados núcleo generativo y núcleo del tubo o tubular. En una posterior mitosis, el núcleo generativo se divide dando dos núcleos llamados ahora núcleos espermáticos. Como producto de la microesporogénesis se obtuvieron esporas masculinas a partir de las cuales derivan los gametofitos masculinos llamados granos de polen, que en su interior llevan citoplasma y 3 núcleos haploides. B) megaesporogénesis En la parte femenina de la flor, en nuestro caso donde se forma la espiga, ocurre algo similar a lo anteriormente visto para la parte masculina, pero con algunas variaciones. A partir de las células madres de las megásporas en el tejido germinal femenino se forman, luego de una división meiótica, cuatro células haploides (megásporas). De éstas una sola sobrevive y se transforma, luego de tres divisiones mitóticas, en ocho núcleos haploides dentro de una célula que ahora se denomina saco embrionario u óvulo. Estos ocho núcleos se ubican en distintas posiciones dentro del saco embrionario de acuerdo a la función que les corresponderá posteriormente. Así un núcleo, denominado núcleo del huevo u oósfera se ubica junto con otros dos, las sinérgidas, en el extremo cercano al micrópilo por donde penetrará, al momento de la fecundación, el tubo polínico.

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Otros tres núcleos se ubican al extremo opuesto y forman las antípodas. Los restantes dos núcleos haploides se fusionan para dar origen a un núcleo diploide o núcleo de fusión, al centro del óvulo o saco embrionario. C) fecundación Al momento de la fecundación, el núcleo del tubo del grano de polen (espora masculina) emite el tubo polínico, cuya función es la de llegar hasta el micrópilo del óvulo (espora femenina) para llevar los dos núcleos espermáticos. Uno de estos núcleos se une con el núcleo de fusión dando origen a un núcleo triploide que, posteriormente, dará origen a los tejidos aleurónicos y endospérmicos de la nueva semilla. Por el otro lado, el otro núcleo espermático se une con la oósfera para dar origen al embrión de la semilla. Las sinérgidas y las antípodas estarían involucradas en los primeros estadíos de crecimiento del embrión y de la semilla. La semilla ya está formada y luego de la germinación dará origen a una nueva planta que cerrará el ciclo de alternancia de generaciones, una esporofítica diploide, representada por la planta que produce esporas y una gametofítica en donde las esporas se transforman en gametofitos, que generan gametos cuya unión reestablece la forma esporofítica y así sucesivamente. Gametogénesis animal Así como acabamos de ver la gametogénesis en las plantas, en los mamíferos sucede algo similar. Por un lado debemos considerar la gametogénesis en el sexo masculino que producirá los espermatogonios y por el otro la formación del óvulo a través del proceso de gametogénesis en el sexo femenino. a) macho En el interior de los testículos se encuentra una capa de células diploides llamadas espermatogonios. Por mitosis estas células producen los espermatocitos primarios también diploides, los que luego de sufrir la primera división meiótica darán origen a los espermatocitos secundarios y posteriormente a las espermátides como producto de la segunda división meiótica y por lo tanto haploides. Por un proceso de maduración las espermátides formarán cuatro espermatozoides también haploides. b) hembra En las gónadas femeninas sucede algo similar para llegar a la formación del gameto u óvulo. Las células primordiales son los oogonios, que darán origen, por mitosis, a los oocitos primarios siempre diploides. Estos oocitos sufren una división meiótica. Como producto de la primera división se forma un oocito secundario y un corpúsculo polar. El oocito secundario, prosiguiendo con la meiosis, dará lugar, a una oótide y un segundo corpúsculo polar y el corpúsculo polar anterior dará origen a otros dos corpúsculos polares secundarios. La oótide madurará en el óvulo haploide y los corpúsculos polares degenerarán. Al momento de la fecundación los espermatozoides acarreados por el esperma llegan hasta el óvulo, lo penetran y los núcleos haploides femenino y masculino se unen para dar origen al cigoto diploide que por posteriores divisiones mitóticas formará un nuevo individuo. Al momento de la fecundación del óvulo con el espermatozoide se forma el cigoto o célula huevo que seguirá su camino hasta la formación de un individuo adulto. Puede ocurrir que las primeras dos células,

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Librogen – Ernesto G. Pirillo

productos de la primer mitosis, sigan desarrollándose como individuos separados. Se formarán, por lo tanto, dos individuos iguales, siempre del mismo sexo, grupo sanguíneo, etc. y de características genéticas idénticas, llamados gemelos, gemelos monocigóticos o gemelos univitelinos. Los gemelos nacen genéticamente idénticos y luego las causas externas podrán influir de una manera diferente sobre cada uno de ellos. Con respecto a los mellizos, gemelos dicigóticos, gemelos bivitelinos o gemelos no idénticos, éstos son producto de la fecundación de dos o más óvulos por distintos espermatozoides, pueden ser de distinto sexo, grupo sanguíneo, color de pelo, etc. como cualquier hermano, sólo que han compartido el mismo momento de gestación y nacimiento. Gametogenesis en organismos haploides En muchos organismos haploides, como son muchas algas verdes y rojas y muchos hongos, la fecundación origina un cigoto diploide en el cual ocurre una meiosis formadora de esporas, en las que se ha restablecido el número haploide de cromosomas característico de la especie. A partir de estas esporas se forman los nuevos individuos adultos que producirán esporas haploides que intervendrán en la fecundación reiniciando el ciclo, como se puede ver en el siguiente esquema. ADULTO (n)

ADULTO (n)

células n

células n

cigoto diploide (2n)

esporas (n)

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Librogen – Ernesto G. Pirillo

4. MENDEL Y SUS DESCUBRIMIENTOS

E

n esta unidad vamos a tratar de interpretar los trabajos del investigador Gregor Mendel, que han servido de base para el estudio posterior de los mecanismos hereditarios. Aprovecharemos para dar ciertas definiciones que nos serán de utilidad a medida que avancemos en el libro y que forman parte del vocabulario genético, sin las cuales nos sería imposible entendernos. Comencemos por tratar de repetir las investigaciones del monje Gregor Mendel, aunque más no sea, en forma resumida y sin tener que realizar todo el minucioso trabajo que él realizó a lo largo de varios años. En primer lugar analicemos la especie con la cual Mendel realizó sus investigaciones: el guisante (Pisum sativum), o arveja. Esta especie era relativamente fácil de obtener en el mercado y, como todas las pertenecientes a la familia de las leguminosas (poroto, habas, alfalfa, etc.) tienen la particularidad de ser autógamas y por lo tanto si no se interviene en la polinización, se autofecundarán. Tiene tiempos de generación relativamente cortos y se obtienen muchos descendientes por generación por lo que Mendel pudo elegir líneas de distintos colores, formas, tamaños, etc. para sus experimentos. Además de elegir una especie que se adaptó muy bien a sus investigaciones, Mendel tuvo la particularidad de anotar todo lo que observaba, llevaba un pormenorizado control y recolección de datos, que les sirvieron posteriormente para extraer sus conclusiones con respecto a la transmisión de los caracteres. Es en esto que adquieren relevancia sus investigaciones, ya que hasta ese momento no existía suficiente cantidad de datos para realizar un análisis estadístico como para darle fortaleza a sus conclusiones. Si bien sus comunicaciones a la Sociedad Científica de Brno, en 1865, no fueron muy tenidas en cuenta en ese momento, retomaron importancia posteriormente, en el 1900, cuando sus postulados y sus conclusiones fueron corroborados por gran cantidad de científicos de fama en ese entonces. Primera ley de Mendel Los dos miembros de una pareja génica se distribuyen en cada uno de los gametos, o sea, segregan, de forma tal de que cada gameto llevará a un miembro, y sólo uno, de cada pareja génica. Cruzando dos líneas de arvejas, una con frutos lisos y otra con frutos rugosos, todos los individuos de la primera generación, o F1, son idénticos entre sí y presentan el carácter de uno de los padres, (esto también se conoce como ley de la uniformidad de la F1.) Este carácter que se manifiesta en la F1 se llama dominante, mientras que aquel que no se manifiesta se llama recesivo. Las dos líneas que se eligen para la cruza difieren en características visibles, como ser la textura del tegumento de los granos de arveja. O sea, tienen dos fenotipos distintos, que van asociados a factores que se heredan y pasan a la próxima generación. Estas dos líneas elegidas por Mendel eran homogéneas para el carácter elegido, en este caso la textura del tegumento, siendo, por lo tanto, una línea con tegumento liso y la otra con tegumento rugoso. O mejor expresado ahora, diríamos una línea con fenotipo liso y otra con fenotipo rugoso. Mendel deduce que los distintos caracteres eran debido a la presencia de factores (que luego se llamaron genes) y que para cada carácter hay dos de estos factores. Además estudió paralelamente otras características, como ser el color de los cotiledones y de las vainas, la altura de las plantas, etc. como podemos observar en los cuadros siguientes.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo

caracter

fenotipos

semilla

lisa o rugosa

color cotiledones

amarillo o verde

color de la flor

rojo o blanco

forma de la vaina

hinchada o hendida

vaina

verde o amarilla

altura de la planta

largo o enano

floración

axial o terminal

Frecuencias observadas por Mendel en las cruzas realizadas considerando algunos caracteres mencionados.

parentales

F1

proporción de individuos

frecuencia F2

semilla lisa x rugosa

liso

dom / rec 5.47 : 1.85

dom / rec 2.95:1

cotiledones amarillos x verde

amarillos

6.00 : 2.00

3.00:1

vaina verde x amarilla

verde

428 : 152

2.82:1

planta alta x enana

alta

787 : 277

2.84:1

Ahora podemos escribir la mencionada cruza considerando a cada uno de los caracteres con una letra: p.ej. "L" para liso que domina sobre "l" que representa al carácter rugoso, del siguiente modo: Generación parental

Generación F1

Fenotipo

frutos lisos

X

Genotipo

L L

l l

Gametos

100% L

100% l

Fenotipo

frutos lisos

Genotipo

L l

Gametos

50% L

frutos rugosos

50% l

La diferencia entre las dos proporciones es solamente aparente, la relación de segregación es 1:2:1 también en el caso de dominancia completa, sólo que la primer clase fenotípica y la segunda son iguales y entonces la segregación se vuelve 3:1. P

lisos

F1 F2

X

rugosos

todos lisos lisos

rugosos

¾

¼

Fenotipos 3:1

3 lisos

:

1 rugosos

2 clases

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Librogen – Ernesto G. Pirillo

En caso de ausencia de dominancia completa, si cruzamos entre sí individuos de la F1, en la F2 aparecen 3 tipos de individuos: un tipo igual a un progenitor de la generación parental, otro igual al otro progenitor y el tercer tipo igual a los individuos de la F1. Proporción fenotípica 1:2:1, o sea, a 3 clases de genotipos corresponden 3 clases fenotípicas. Se pueden observan los resultados para el caso de dominancia completa, como en los porotos de Mendel, en la cruza entre lisos y rugosos. P

lisos

X

LL F1

F2

rugosos ll

todos lisos

gametos

Ll

½ L; ½ l

lisos

lisos

rugosos

LL

Ll

ll

¼

½

¼

Fenotipos

3 lisos

:

1 rugosos

3:1

L -

:

l l

2 clases

Si unimos ahora los conceptos vistos en la meiosis y consideramos que cada individuo es diploide y tiene un par de cromosomas homólogos, podemos representar a cada uno de ellos por dos letras o símbolos que identifican los factores. Cada individuo recibe un factor de cada uno de los padres para así formar su genotipo o constitución genética. A cada una de las copias de factores, tanto al de origen paterno como al de origen materno, responsables de la manifestación de un carácter, las definimos como alelos, o sea son las formas alternativas en que puede manifestarse un gen. Por lo tanto, la unión de gametos que poseen alelos idénticos produce un genotipo homocigótico. Puede tener los dos alelos dominantes o los dos alelos recesivos. Por el contrario, dos alelos diversos (uno dominante y el otro recesivo) producirán un genotipo heterocigótico. El vocablo híbrido se utilizará como sinónimo de heterocigótico y llamaremos monohíbrido aquel genotipo que posee heterocigosidad en un solo gen. A este punto podemos también ampliar el concepto de fenotipo a toda característica o rasgo distintivo de un organismo. Nos referimos a todas las características morfológicas, funcionales o de comportamiento que constituyen en su conjunto a un individuo. El rasgo puede ser visible a simple vista (Ej.: forma de las semillas, el color de una flor) u observarse a partir de determinadas pruebas bioquímicas (Ej.: prueba serológica para determinación de los grupos sanguíneos). Segunda Ley de Mendel Dos caracteres, debidos a genes diferentes, segregan independientemente en la F2. Los miembros de diferentes copias de alelos se distribuyen independientemente unos de otros cuando se forman los gametos del dihíbrido.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo Mientras que en los monohíbridos se observa que los dos tipos parentales vuelven en la F2, en el caso de un dihíbrido se observan los dos tipos parentales, en nuestro caso los amarillo-lisos y los verderugoso, y aparecen dos nuevos tipos, el amarillo-rugoso y el verde- liso. Para poder llegar a las conclusiones a que llegó Mendel deberemos realizar una cruza teniendo en cuenta dos caracteres contemporáneamente, o sea, considerando el anterior carácter liso- rugoso (L y l) y ahora también el carácter del color de la semilla, amarillo o verde (amarillo,"A", domina sobre verde,"a"). P Gametos

amarillo–liso

X

verde–rugoso

AALL

aall

AL

al

F1

Amarillo - liso AaLl

Gametos

¼ AL

¼ Al

¼ aL

¼ al

F2

amarillo-liso

amarillo-rugoso

verde-liso

verde-rugoso

9/16 A-L-

3/16 A-ll

3/16 aaL-

1/16 aall

Trataremos de explicar las proporciones obtenidas en el cuadro anterior. Los gametos obtenidos desde cada parental serán como indicado 50% "AL" y 50% "al". De la cruza entre los gametos provenientes de cada uno de los parentales se obtiene la F1 con genotipo AaLl y con fenotipo amarillo-liso, o sea se obtienen individuos heterocigóticos todos iguales entre sí. Estos heterocigotos podrán dar 4 tipos de gametos: AL, Al, aL y al. Cada uno de ellos tendrá una probabilidad de 1/4. Por lo tanto, si cruzamos entre sí los heterocigotos de la F1, para obtener la F2, podríamos tener las 16 combinaciones indicadas en la siguiente cuadrícula genotípica, o cuadro de Punnet, cada una con probabilidad igual a 1/16 (1/4 por 1/4). Cuadrícula genotípica o cuadro de Punnet. gametos

AL

Al

aL

al

AL

AALL

AALl

AaLL

AaLl

Al

AALl

AAll

AaLl

Aall

aL

AaLL

AaLl

aaLL

aaLl

al

AaLl

Aall

aaLl

aall

Un sistema gráfico de más inmediata comprensión para explicar la distribución obtenida podría ser considerar las tres clases dadas de la segregación del gen "A" y sobre cada una de esas acoplar las posibles clases de la segregación del gen "L". Este es el sistema ramificado de mucha mayor practicidad.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo

AA

Aa

aa

1/4

1/2

1/4

LL

1/4

AALL

1/16

Ll

2/4

AALl

2/16

ll

1/4

AAll

1/16

LL

1/4

AaLL

2/16

Ll

2/4

AaLl

4/16

ll

1/4

Aall

2/16

LL

1/4

aaLL

1/16

Ll

2/4

aaLl

2/16

ll

1/4

aall

1/16

Nueve de las combinaciones genotípicas que se obtuvieron corresponden al fenotipo amarillo-liso (A-L-) y como cada combinación tiene 1/16 de probabilidad, el fenotipo AL aparecerá con una probabilidad igual a 9/16. El fenotipo amarillo-rugoso (A-ll) 3/16, el fenotipo verde-liso (aaL-) 3/16 y el fenotipo doble recesivo verde- rugoso (aall), sólo aparecerá 1/16 veces. Este tipo de segregación, que podemos observarla en cuadro del sistema ramificado siguiente presupone que los dos caracteres segreguen independientemente. ¾ L-

9/16 A-L-

amarillo-liso

¼ ll

3/16 A-ll

amarillo-rugoso

¾ L-

3/16 aaL-

verde-liso

¼ ll

1/16 aall

verde-rugoso

¾A-

¼ aa

Se pueden calcular para cualquier número de genes, los diferentes tipos de gametos, las clases fenotípicas y las distintas clases genotípicas en F2, de un modo rápido mediante la aplicación de las siguientes fórmulas generales tipos de gametos

clases fenotípicas

clases genotípicas heterocigóticas

en F1

en F2

en F2

1

2

2

3

2

4

4

9

n

2n

2n

3n

nº de genes

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Librogen – Ernesto G. Pirillo

5. OTRAS RELACIONES ALELICAS Dominancia incompleta. En algunas plantas, como la bella de noche (Mirabilis jalapa) y la boca de león (Anthirrinum majus) en las cruzas entre una planta con flores rojas y una planta con flores blancas, la progenie F1, heterocigótica, presenta flores de color rosa, intermedia entre los dos parentales. En la F2 tendremos, como ya visto, 3 clases fenotípicas, dos iguales a cada parental y la otra, en una proporción de 1/2 igual a la F1. Algo similar ocurre en el trigo, en las cruzas entre plantas con cariopses rojas y plantas con cariopses blancas si bien con algunas modificaciones que analizaremos en otro capítulo. Un caso que podría incluirse en esta sección es el de la coloración de la piel. A partir de los estudios del grupo de Keith Cheng (2005) de la Pennsylvania State University, trabajando sobre el pez cebra, encontraron un gen que gobernaría la producción de melanina. Hasta hace un tiempo se consideraba que la producción de melanina, relacionada directamente con el color de la piel, estaba relacionada con más de 100 genes diferentes. (ver genética cuantitativa). La mutación del gen en cuestión, produce una proteína más corta que alteraría la producción de melanina y por lo tanto la piel sería más clara al poseer menor cantidad de melanosomas. Aquellos individuos con la otra variante producen la otra variante proteica y el color de la piel es oscuro. El gen humano equivalente al gen encontrado en el pez cebra sería el SLC24A5, el cual añadido a embriones de dicho pez haría que este retorne a su coloración oscura de la piel. Cheng, trabajando conjuntamente con el antropólogo Mark Shriver, han encontrado que la proteína SLC24A5 tiene dos variantes: una con el aminoácido treonina y la otra con el aminoácido alanina en su reemplazo. En un estudio llevado a cabo por estos investigadores, sobre 308 individuos se observó que la variante con treonina es la que produce la piel más clara mientras que la de alanina produce la piel más oscura. Los individuos con ambas versiones de la proteína presentan coloraciones de distinta graduación entre los extremos. Parecería que este gen estaría también involucrado en el color del cabello y de los ojos y se especula con que produzca mucha información para encontrar tratamientos contra el cáncer de piel u otras enfermedades relacionadas con la piel. Codominancia. En el caso de la codominancia ambos alelos de un par se manifiestan. O sea cada uno mantiene su identidad y logra manifestarse. A veces el genotipo heterocigótico es intermedio a los parentales, pero muchas otras veces forma un fenotipo que no podemos clasificarlo como intermedio. Por ejemplo, el caso del grupo sanguíneo MN en el hombre. En este caso son posibles 3 grupos distintos: el M, el N y el MN. Cada uno representado como sigue: grupo sanguineo (fenotipo)

genotipo

grupo M

MM

grupo N

NN

grupo M-N

MN

Otro caso es el del Sistema de Grupos Sanguíneo ABO en el humano. Lo analizaremos cuando trataremos el tema de alelos múltiples. También existe codominancia en la herencia de la anemia falciforme humana. En este caso los heterocigotos no presentan anemia y los glóbulos rojos se deforman pero no llegan a tener la forma

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Librogen – Ernesto G. Pirillo extrema de hoz que impediría la captación del oxígeno de la sangre, como ocurre con los homocigóticos para el alelo Hbs. genotipo

fenotipo

Hba Hba

sano, sin anemia

Hba Hbs

portador, pero sin anemia

Hbs Hbs

anémico grave

Cruzamiento retrógrado o retrocruza. El cruzamiento de un individuo de la F1 con uno de los progenitores (cualquiera de ellos y con cualquier constitución genética) se denomina retrocruza. Un individuo cualquiera de la F1, por lo tanto, podrá ser retrocruzado de dos modos distintos, con un progenitor y con el otro. No es de mucha utilidad para averiguar la constitución genética de la F1 pero sí tiene mucha importancia en planes de mejoramiento, como veremos más adelante. Cruza de prueba. Cuando el cruzamiento retrógrado o retrocruza se realiza con el progenitor de genotipo recesivo para los genes en consideración, se denomina cruza de prueba o test-cross y el objetivo es poner en evidencia la constitución genética de dicho individuo. Recordemos la cruza para un solo gen y supongamos que tenemos un conjunto de individuos lisos de la F2. Al tomar un individuo no podemos saber si es heterocigota u homocigota. Sabremos que en ese conjunto de individuos lisos habrá el doble de individuos heterocigóticos, pero no podemos saber cual es cual a simple vista. Deberemos proceder a cruzar estos individuos con un individuo que sabemos es homocigótico recesivo para el gen (o genes) en estudio. Como podemos observar, en la cruza de prueba, se pone en evidencia la constitución genotípica del individuo y por lo tanto la clase de gametos que produce. Si el individuo bajo examen es liso y homocigótico LL producirá sólo gametos "L" que combinados con los "l" producidos por el otro progenitor dará, en la descendencia, 100% de individuos Ll (lisos). Por el contrario, si el individuo liso tomado fuera heterocigótico producirá dos tipos de gametos, "L" y "l" y por lo tanto una descendencia 1/2 lisa y 1/2 rugosa. De este modo, la cruza de prueba sirve para demostrar el genotipo de los individuos bajo examen. En el primer caso el individuo liso era homocigótico y en el segundo heterocigótico. La cruza de prueba, obviamente, se puede realizar también teniendo en cuenta dos genes de segregación independiente, simultáneamente. Consideremos la cruza de prueba de los individuos F1 para el caso de dos genes, o sea: amarillo liso (AaLl) por amarillo rugoso (aall).

gametos de c/progenitor

al

1/4 AL

1/4 AaLl

amarillo-liso

1/4 Al

1/4 Aall

amarillo-liso

1/4 aL

1/4 aaLl

verde-liso

1/4 al

1/4 aall

verde-rugoso

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Librogen – Ernesto G. Pirillo La descendencia de ese cruzamiento estará en la proporción 1:1:1:1, que se corresponde con las distintas clases de gametos producidos por ese individuo ya que los gametos producidos por el progenitor recesivo no inciden en el fenotipo de la descendencia. Otro ejemplo gametos

al

1/2 AL

1/2 AaLl amarillo-liso

1/2 Al

1/2 Aall amarillo-rugoso

La conclusión entonces es que los fenotipos de los descendientes de una cruza de prueba son la imagen exacta de los gametos producidos por el individuo en examen. Alelos múltiples. Debido a que, hasta el momento, solamente nos hemos referido a aquellos genes que había utilizado Mendel en sus experimentos, podríamos pensar que cada gen tiene la posibilidad de estar presente en sólo dos formas alternativas u alelos. Sin embargo, existe la posibilidad de que en un determinado locus génico, o lugar del cromosoma donde se ubica un determinado gen, existan más de dos alelos. Este es el caso de los alelos múltiples. Si bien en un organismo diploide sólo pueden existir dos alelos, uno en cada cromosoma homólogo, bien podrían existir otras formas alélicas. Como ejemplo podríamos citar el caso del sistema ABO de los grupos sanguíneos en el hombre. Como todos sabemos, según este sistema, existen 4 grupos posibles, a saber: grupo A

grupo B

grupo AB

grupo 0

Por otro lado, también sabemos que la serie alélica para este sistema está formada por los siguientes 3 alelos con las siguientes relaciones de dominancia entre ellos: ( Ia = Ib ) > i En donde Ia = Ib significa que existe una relación de codominancia entre ellos, pero que cualquiera de ambos domina sobre "i" que es el alelo recesivo de la serie. Como cada individuo puede tener dos y sólo dos de estos alelos, las combinaciones posibles con sus correspondientes fenotipos son las siguientes:

Ia Ia

grupo sanguíneo A

Ia i

grupo sanguíneo A

Ib Ib

grupo sanguíneo B

Ib i

grupo sanguíneo B

Ia Ib

grupo sanguíneo AB

ii

grupo sanguíneo 0

Otro caso típico de serie de alelos múltiples es el color del pelo en los conejos. Para este gen, llamado C, tenemos 4 alelos ( C , cch, ch, c ) en orden de dominancia entre ellos. La combinación de dos de ellos en un individuo diploide nos dará los fenotipos que detallamos a continuación:

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Librogen – Ernesto G. Pirillo

fenotipo

genotipo

oscuro uniforme

CC, Ccch, Cch, Cc

chinchilla

cchcch, cchch, cchc

himalaya

chch , chc

albino

cc

En el caso de serie de alelos múltiples como hemos visto la simbología cambia un poco con respecto a los casos simples. Por convención se suele utilizar una letra que caracteriza al gen en cuestión, p.ej.: C de color, y luego letras en superíndices que indicarán de cuál alelo se trata. Como en este caso el color más común, o silvestre, es el "C", se lo escribirá con mayúscula y la forma alternativa, "c", con minúsculas. Conviene a este punto realizar algunas consideraciones con respecto a la simbología de los varios alelos en el caso de la Drosophila melanogaster. Los genetistas han convenido en nombrar al gen bajo estudio con una letra inicial minúscula y distinguir si es dominante o recesivo con el superíndice " + ". Así algunos de los alelos de la serie "white" para el color del ojo serían los siguientes: white (blanco)

w

ivory (marfil)

wi

pearl (perla)

wp

honey (miel)

wh

apricot (damasco)

wa

cherry (rojo cereza)

wch

blood (rojo sangre)

wbl

red (rojo normal, tipo salvaje o wild type)

w+

En este caso, "white" (ojo blanco) es recesivo con respecto a todos los otros alelos. En el otro extremo de la lista se encuentra el alelo para el color de ojo común, red (rojo normal), que es dominante sobre todos los otros alelos. En el caso mencionado la mutación o mutaciones son recesivas con respecto al gen tipo salvaje pero también existe la posibilidad que el alelo mutado sea dominante con respecto al salvaje. Este es el caso del alelo para ojo Bar, también en Drosophila. Por lo tanto, al ser una mutación dominante, se escribe con la letra de la mutación (B de Bar ) y en mayúscula, o sea, " B " y entonces B+ corresponderá al tipo salvaje o normal. Alelos letales. El primer caso de un gen letal fue descrito por Cuenot en 1905 cuando trabajaba con una línea de ratones que el denominó amarillos pues eran más claros con respecto a los normales, que son de color gris amarronado. El problema se le presentó cuando, a partir de una cruza entre ratones amarillos obtuvo una proporción de 2 : 1 amarillo : normal. Además en cruzas de ratones amarillos con ratones grises les daba una proporción de 1 amarillo : 1 gris . El hecho de esta observación y debido a que esperaba una proporción de 1 : 2 : 1 en la cruza entre amarillos Cuenot postuló la teoría que uno de los genotipos homocigóticos era letal antes de su nacimiento.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo Por lo tanto, si consideramos a los ratones amarillos como heterocigotos, Aa, la cruza entre dos de ellos nos daría: 1/4 AA

1/2 Aa

1/4 aa

gris

amarillo

letal

Al desaparecer antes del nacimiento los individuos "aa" la proporción que observaba Cuenot era 2 amarillos : 1 gris. No siempre los genes considerados letales lo son a un estado tan drástico como el gen antes mencionado. Se estaría en presencia de características de subletalidad, como ser disminución de la sobrevivencia de los individuos homocigóticos para un determinado gen, manifestación a una determinada edad de los efectos del gen, etc. En el hombre existen varios genes letales y subletales. Por ejemplo, un caso muy conocido es el de la Talasemia o anemia del mediterráneo. El gen para la Talasemia es el " Th ", gen letal dominante. Los posibles genotipos serán: Th Th

anemia grave, mueren por modificaciones graves de los glóbulos rojos. (talasemia mayor)

Th th

casi normal, sobreviven. (talasemia menor)

th th

normales

A diferencia de los casos vistos hasta el momento, podríamos agregar que los casos de letalidad o subletalidad, no solamente se manifiestan cuando el individuo ya nació o alcanzó el estado adulto, sino que también existen casos de letalidad al estado pregamético (incapacidad para la maduración de los gametos) y gamético. Expresividad y penetrancia. Se entiende como expresividad de un determinado gen a la intensidad con la cual se manifiesta dicho gen. La expresividad puede verse muchas veces modificada por causas externas al individuo ( medio ambiente) o internas (interacciones génicas). Es así que un grupo de individuos genéticamente idénticos pueden manifestarse fenotípicamente (expresarse) en distintos grados. Por otro lado se entiende como penetrancia a la capacidad que tiene un determinado individuo de mostrar su genotipo a través de su fenotipo. Es así que podemos distinguir una penetrancia completa, en donde los fenotipos se corresponden exactamente a las clases genotípicas, y penetrancia incompleta, en donde algunos individuos, si bien son portadores del gen, este no puede ser identificado mediante la observación del fenotipo. Ejemplo de penetrancia incompleta en el hombre: la calvicie. La polidactilia (más de cinco dedos en las extremidades) en el hombre está determinada por un gen dominante "P". Podemos encontrar, por lo tanto, individuos PP, Pp y pp. Ocurre que algunos de los individuos heterocigóticos no manifiestan la enfermedad. Se dice entonces que el gen tiene una penetración menor de cien por cien pues no todos los individuos con genotipo P - presentan la enfermedad, o bien la expresión de la enfermedad se manifiesta en los dedos de las manos y no en los de los pies. Árbol genealógico - pedigrí Las relaciones de parentesco en una familia cuando se analiza un carácter determinado, se pueden hacer más sencillas, desde el punto de vista práctico, si las ponemos en un esquema.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo Para armar un árbol genealógico se deben respetar ciertos signos para que de ese modo cualquiera que lo lea, y conozca esos signos, pueda interpretarlo rápidamente.

Podemos distinguir dos familias: 1) La familia de la izquierda en donde, a partir de una cruza (matrimonio entre humanos), nacen 5 hijos, el primero un macho, los segundos son gemelos monocigótiocs machos, el tercer hijo es una hembra y el cuarto un macho. 2) Por el otro lado, la otra familia está compuesta por una hembra, un macho y otra hembra. 3) El individuo bajo estudio es una hembra fruto de la cruza entre el primer hijo de la familia 1 y la primogénita de la familia 2.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo

6. GENES LIGADOS Ligamiento

Cuando Mendel realizó sus trabajos con la arveja, todavía no se relacionaba a los genes con los cromosomas. Recordemos que para ese entonces a los entes encargados de transmitir los caracteres les llamaban factores y que, afortunadamente para Mendel y para los posteriores estudios de genética, los caracteres que estudió se encontraban situados en cromosomas diferentes. Pero también sabemos que en biología, a partir de la observación de casos que no concuerdan con lo ya conocido, se sigue estudiando hasta poder dar una explicación acertada y por lo tanto adelantar en el conocimiento y describir otro fenómeno. Es así que Bateson y Punnet, en 1905, trabajando con un tipo de arveja diversa a aquella de Mendel, Lathyrus odoratus, encontraron algunas diferencias entre las proporciones observadas y aquellas esperadas con respecto a la segregación independiente en la F2 de acuerdo a la segunda Ley de Mendel, que hacía poco tiempo había sido redescubierta. Estos investigadores por ese tiempo estaban estudiando la herencia de otros caracteres de esa planta, uno con respecto a la forma del polen y el otro sobre el color de las flores: polen alargado flores rojas polen redondo flores púrpura En la F2 las proporciones eran bastante diferentes a la esperada 9:3:3:1 y por lo tanto, unido a que por esos tiempos ya Sutton (1903) estaba relacionando a los factores hereditarios con los cromosomas, se comenzó a hablar del fenómeno del ligamiento. Igualmente hubo que esperar a los trabajos de Thomas Morgan con Drosophila para poder llegar a alguna conclusión importante con respecto al ligamiento de los genes. En este caso los genes a analizar eran los siguientes: ojo púrpura (pr) alas vestigiales (vg) ojo rojo (pr+) alas normales (vg+) Siendo dominantes ojo rojo y alas normales sobre ojo púrpura y alas vestigiales, respectivamente. Si se considera la cruza entre dos individuos, uno doble homocigoto recesivo y el otro doble homocigoto dominante, la F1 será un doble heterocigota: pr+ pr vg+ vg (fenotipo normal). Morgan entonces realizó la cruza de prueba de estos individuos (a diferencia de estudiar la F2, como habían hecho Batteson y Punnet) y observó lo siguiente: (recuérdese que una cruza de prueba pone de manifiesto las clases de gametos que produce un individuo). fenotipos de la cruza de prueba

genotipos

nº de individuos

pr+ vg+

1339

pr vg

1195

ojos rojos - alas vestigiales

pr+ vg

151

ojos púrpuras - alas normales

pr vg+

154

ojos rojos - alas normales ojos púrpuras - alas vestigiales

30

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total

2839

Se esperaría una proporción 1:1:1:1 de las cuatro clases fenotípicas posibles, muy diferentes a las observadas. Morgan al utilizar la cruza de prueba para sus estudios tenía la posibilidad de analizar lo que ocurría en un parental (pues el otro sabía que aportaba gametos todos recesivos) y entonces pudo extraer conclusiones que no hubiera podido hacer si trabajaba con la F2, como lo hacían los otros investigadores. Cuando analizabamos, la segunda Ley de Mendel, decíamos que para que se cumplan los postulados de esa segunda ley los genes (por ese tiempo llamados factores) debían segregar independientemente uno de otro en el momento de formar los gametos. Con los conocimientos actuales podemos interpretar esto fácilmente, ya que sabemos que los genes están ubicados en los cromosomas y que si los caracteres que estamos considerando están ubicados en cromosomas diferentes, al realizar meiosis y separarse los cromosomas homólogos en anafase, segregarán en forma independiente uno de otro. ¿Qué sucedería si los genes que estamos estudiando estuviesen ubicados sobre un mismo cromosoma y en posiciones bastante cercanas uno de otro ? Trataremos de dar una explicación lo más simple posible a continuación. Actualmente, no nos es muy difícil interpretar que al estar juntos sobre un mismo cromosoma los genes tendrán algún tipo de "interferencia" en el momento de la segregación cuando los pares de cromosomas homólogos se separan, pero pensemos en los estudios de los investigadores de principio de siglo pasado, cuando todavía no se tenían los conocimientos actuales. Analicemos un cruzamiento determinado, en Drosophila, considerando dos genes que se encuentran ubicados muy cerca uno de otro sobre el par de cromosomas número 2. Los genes a considerar son el gen "n" que confiere color negro al cuerpo y el gen "vg" que hace desarrollar alas vestigiales en las moscas. Ambos recesivos con respecto a los normales, cuerpo marrón y alas normales. A hembras dihíbridas se les hace la cruza de prueba y se obtienen: nº de individuos

fenotipos

genotipos

1260

tipo común

+ +

1230

cuerpo negro, alas vestigiales

n vg

270

negras

n +

240

vestigiales

+ vg

3000

Si estuvieran involucrados dos genes con segregación independiente se tendrían que haber obtenido igual proporción de cada clase, o sea una proporción 1:1:1:1. Lo que ha sucedido es que en las clases fenotípicas que encontramos en mayor proporción, comunes y cuerpo negro y alas vestigiales, (+ +) y (n vg), los alelos para esos caracteres se heredaron juntos en un mismo cromosoma.

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+

progenitores

+

n

vg

n

vg

x +

+

n +

vg

+

cruza de prueba

x n

vg

n

vg

|

Los gametos + + y n vg son los que encontraremos en mayor proporción y que corresponderán a los mismos fenotipos pues como sabemos en una cruza de prueba el otro progenitor aporta sólo alelos recesivos. Las llamaremos combinaciones de tipo parental. ¿Y las otras dos clases fenotípicas, de dónde provienen? Si recordamos la profase meiótica, cuando se realizaba el apareamiento entre cromosomas homólogos existía la posibilidad de que ocurriera entrecruzamiento entre ellos. Si consideramos la posibilidad que ocurra un entrecruzamiento entre las posiciones de los dos genes que estamos considerando, obtendremos las otras dos clases genotípicas, producto del intercambio de trozos de los cromosomas homólogos

+

n

+

vg

+

vg

n

+

. De este modo se obtienen las dos clases que restaban y que, debido a que son producto del entrecruzamiento, estarán en menor proporción. Estas dos nuevas combinaciones las llamamos tipo recombinante.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo Mapa genético Debido a los avances actuales en genética molecular y en la secuenciación del material hereditario (ver Genoma Humano) la construcción de un mapa genético ha variado mucho y mucho más avanzará con el tiempo. De cualquier manera se presenta a continuación el sistema con el cual se comenzó la construcción de un mapa de ligamiento a partir de la frecuencia de recombinación. Si pensamos en el espacio físico que tiene un cromosoma y en la ubicación física de cada gen en su locus génico, podemos hacernos la idea que va a haber mayor o menor probabilidad de que exista un entrecruzamiento tanto sea mayor o menor el espacio o la distancia física que haya entre ambos genes. En nuestro ejemplo, y partiendo de la cantidad de recombinantes podemos estimar la distancia entre ellos. 510 / 3000 x 100 = 17 unidades de mapa Para utilizar una unidad de medida que sirviera para realizar los mapas genéticos se creo la unidad de mapa o centimorgan que corresponde a 1 por 100 de individuos recombinantes entre dos genes ligados. De acuerdo a nuestros resultados los genes "n" y "vg" se encontrarían separados a aproximadamente 17 unidades de mapa o centimorgan. Para la construcción de mapas genéticos más detallados se deberán tener en cuenta más de dos genes a la vez, lo que permitirá ir ubicando a cada gen en una posición relativa en cada cromosoma, dependiendo esta posición de la frecuencia de recombinación. De este modo se puede deducir la sequencia de los genes a lo largo de un cromosoma pero no la distancia física. O sea, se puede medir una distancia por la probabilidad que ocurra croosing-over en ella, pero como no se sabe si el croosing-over ocurre con la misma probabilidad en todas las zonas del cromosoma no se puede extrapolar esta distancia a una distancia física, por ejemplo medida en Armtrong. De este modo si tenemos que entre, por ejemplo, dos genes A y B, hay una distancia de 10 cmorgan no quiere decir que la distancia física será el doble de otros, por ejemplo C y D que se encuentren a 5 centimorgan. En base a esto se puede construir lo que se llama un mapa genético que no es otra cosa que una representación de un cromosoma con la posición relativa de sus genes, en términos de frecuencia de recombinación. ¿Qué sucedería si la frecuencia de recombinantes es 50%? Las clases estarían en una proporción 1:1:1:1 y por lo tanto se consideran que están segregando independientemente. Por lo tanto, están en grupos de ligamiento distintos o bien están sobre un mismo cromosoma pero separados a más de 50 centimorgan o unidades de mapa. Todas las frecuencias de recombinación entre dos genes tendrán valores entre 0 y 50 %. Debemos distinguir a este punto, entre genes ligados y aquellos genes que se encuentran en un mismo cromosoma. Dos genes separados por una distancia genética mayor a 50 cmorgan no se consideran ligados a pesar de encontrarse ubicados en un mismo cromosoma.

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7.

SEXO Y HERENCIA

Genes ligados al cromosoma X

Corría el año 1910, cuando en el laboratorio del Dr. Morgan, que por ese entonces estaban estudiando intensivamente la mosca del vinagre o Drosophila melanogaster, dentro de todos los individuos bajo estudio encuentran un macho con los ojos blancos. Recordemos a este punto que la Drosophila posee mayoritariamente ojos color rojo. Obviamente, que este descubrimiento causó admiración en el grupo de investigadores y muy especialmente al citado Morgan. Es entonces que decide comenzar a realizar cruzas con dicho animal para poder saber un poco más de la herencia de este rasgo. En primer lugar, cruzó a ese macho con ojos blancos con una hembra proveniente de una línea pura que sabía era homocigótica para el color de ojos (rojos, por supuesto) y los resultados de la misma fueron los que se ven en el siguiente cuadro. Estos resultados podían demostrar que el carácter bajo estudio, ojo blanco, era un carácter recesivo. Si así fuera en la generación F2 esperaríamos, como ya visto, una proporción 3:1 ojo rojo a ojo blanco, entre todos los descendientes, pero llamativamente el Dr. Morgan obtuvo: CRUZA 1 ojo blanco

P

ojo rojo

x 100% ojo rojo

F1 F2

F1

x

F1

3470

ojo rojo

machos y hembras

782

ojo blanco

machos

Si bien no se aleja mucho de la proporción esperada ( debería haber obtenido 3189 con ojos rojos y 1063 con ojos blancos ) llamó la atención pues todos los individuos con ojos blancos, eran machos y no había ninguna hembra con esa característica. Obviamente había que continuar con los estudios. Es así que se realizó la cruza de machos F2 con ojos blancos por hembras F2 (con ojos rojos, obvio). De este cruzamiento se obtuvo: 1) Mayor cantidad de individuos con ojos rojos. 2) Dentro de cada sexo, las proporciones eran casi iguales. Tomemos un instante y hagamos la cruza recíproca, o sea: CRUZA 2 P

hembra ojo blanco

x

F1

hembras

ojo rojo

machos

ojo blanco

F1

x

F1

hembras

1/2 ojo rojo

1/2 ojo blanco

machos

1/2 ojo rojo

1/2 ojo blanco

F2

macho ojo rojo

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Librogen – Ernesto G. Pirillo Podemos observar que: 1) La F1 difiere de lo esperado según las leyes de Mendel, pues no es uniforme. 2) Todos los individuos con ojo blanco eran machos. 3) El carácter de la hembra se lo pasaba a sus descendientes machos y no a las hembras. Por ese entonces ya se sabía que existían algunos cromosomas que eran diferentes, morfológicamente, a todos los demás y que estaban relacionados con la determinación del sexo. A la luz de los resultados precedentes se tuvo que admitir que el gen bajo estudio se encontraba en estos cromosomas sexuales y más precisamente en el cromosoma X. Ahora sí estamos capacitados para explicar los resultados obtenidos, de la siguiente manera: CRUZA 1

P

Xw Y ojo blanco X

F1

Xw+ Xw+ ojo

x w+

w

w+

X ;X

Y

rojo

100% ojo rojo

F2

Xw+ Xw

x

Xw+ Y

hembras

Xw+ Xw+

Xw+ Xw

ojo rojo

machos

Xw+ Y

Xw Y

1/2 ojo rojo 1/2 ojo blanco

CRUZA 2

P

Xw+ Y ojo rojo

F2

w

hembras

X

machos

Xw+ Y

X

blanco

1/2 ojos rojo; 1/2 ojo blanco

Xw+ Xw w+

Xw Xw ojo

x Xw+ Xw ; Xw Y

F1

Xw Y

x w+

X

w

X

1/2 ojo rojo ; 1/2 ojo blanco

Xw Y

1/2 ojo rojo 1/2 ojos blanco

Esta herencia, que al principio fue llamada herencia cruzada la denominamos herencia ligada al sexo. En el hombre son numerosos los caracteres ligados al sexo. Entre los principales podemos citar los casos del daltonismo y de la hemofilia. En ambos casos podemos realizar o analizar la herencia de cualquiera de estas dos enfermedades siguiendo el mismo mecanismo que hemos realizado anteriormente para el carácter ojo "white" en Drosophila. Recordemos que tanto el daltonismo como la hemofilia se deben a un gen recesivo, por lo que los posibles genotipos, para el caos del daltonismo, serán: D = alelo normal, visión perfecta de los colores. d = alelo mutado, daltonismo. En el siguiente cuadro se presentan los genotipos y fenotipos posibles paa el caso de daltonismo. Se tienen en cuenta sólo el par de cromosomas sexuales X e Y.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo

genotipos mujeres

varones

D

D

XD

Xd

fenotipos

X X

normal normal, portadora para el alelo de daltonismo

Xd Xd

daltónica

XD Y

normal

Xd Y

daltónico

En el caso de las mujeres, al llevar dos cromosoma X, existe la posibilidad de obtener individuos homocigotas y heterocigotas, pero en el caso de los varones, al llevar un solo cromosoma X, se habla de hemicigóticos para un determinado gen. A este punto corresponde mencionar como es, a grandes rasgos, la morfología de los cromosomas sexuales, X e Y. Para ello es conveniente analizar la figura siguiente, en donde se puede observar que entre estos dos cromosomas existen 3 regiones bien definidas:

región propia del cromosoma Y

Y X

región homóloga

región propia del cromosoma X

a) una porción propia del cromosoma X. Brazo heterólogo del cromosoma X. b) una porción del cromosoma X que tiene homología con una sección del cromosoma Y. Brazos homólogos. Porciones de apareamiento meiótico entre ambos cromosomas. c) una porción propia del cromosoma Y. Brazo heterólogo del cromosoma Y. Los casos vistos hasta el momento son todos genes ubicados en la región del cromosoma X que no tiene homología con ningún segmento del cromosoma Y (brazo heterólogo). Son los casos denominados de herencia ligada al sexo. Pero en los otros segmentos también se encuentran ubicados algunos genes. Veamos algunos ejemplos. Genes holándricos En el brazo heterólogo del cromosoma Y se encuentran algunos genes propios de los varones y que se transmiten de padres a hijos varones ya que son heredados junto con aquel cromosoma. Ejemplos: la

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Librogen – Ernesto G. Pirillo presencia de pelos en el exterior de los pabellones auriculares, la sindactilia del segundo y tercer dedo del pie y algunas otras características. A estos genes se los denomina genes holándricos. Genes parcialmente ligados al sexo Existen genes que están ubicados en la región homóloga de ambos cromosomas, o sea en los brazos homólogos. La herencia de estos caracteres es muy similar a la herencia de los genes autosómicos y muchas veces la manifestación de un carácter mutado dependerá de si el individuo que lo porta es hembra o macho ya que en la expresión de dichos genes influye el ambiente hormonal interno del individuo. O sea en estos casos podemos ver como el ambiente puede actuar en la formación de un fenotipo. A estos casos se los denomina genes parcialmente ligados al sexo, rasgos influidos por el sexo, herencia pseudoautosómica o diagínica. Ejemplo: en humanos existe un gen para la calvicie que muestra los siguientes genotipos y fenotipos:

genotipos mujeres

XC

XC

XC Xc

varones

fenotipos normal normal, portadora para el alelo de la calvicie

Xc Xc

calva

XC YC

normal

XC Yc

calvo

Xc Yc

calvo

Como podemos observar, en los individuos heterocigóticos el gen se manifiesta de diversa manera, haciéndolo en forma dominante en los machos y recesivo en las mujeres. Genes limitados a un sexo Este sería el caso de todos aquellos genes que, aún portándolos un macho, no los puede expresar, ya sea por características morfológicas como también hormonales. El ejemplo más común es el de la producción de leche por parte de los individuos machos, ya sea en el hombre como en animales. En este caso se dice que la penetrancia de ese gen es cero en ese sexo. Mecanismo Z - W de determinación sexual Existen algunas especies, entre las cuales encontramos algunas de interés económico, como la gallina doméstica, en donde la determinación sexual es al contrario de lo visto en los casos de Drosophila y el hombre. En la gallina el sexo heterogamético es la hembra y el homogamético el macho. Morgan fue el primero que denominó a los cromosomas de la gallina y de las mariposas como Z y W. Correspondiendo a los machos un genotipo ZZ y a las hembras de estas especies ZW. Como en realidad en la gallina no se encuentra un verdadero cromosoma W se ha convenido en considerar ZZ a los machos y ZO a las hembras, pero el mecanismo de herencia es similar al ZW. Ejemplo: Sabemos que existe un carácter "B" que determina color negro barreado en el plumaje de gallinas o gallos que lo posean. Supongamos la cruza entre un macho de la raza Langshan (negro) con una gallina de la raza Plymounth Rock Barreada. Luego haremos la cruza recíproca.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo CRUZA A

P

F1

CRUZA B (recíproca

Xb Xb

XB O hembra barrada

x

macho negro

hembras

Xb O

negras

machos

XB Xb

barreados

de la cruza A)

P

F1

Xb O hembra negra

XB XB

x

macho barreado

hembras

XB O

barreadas

machos

XB Xb

barreados

Como podemos observar la cruza A, que se realiza generalmente, tiene mucha utilidad en la determinación del sexo en los pollitos recién nacidos por el color del plumaje, las pollitas serán de color negro y los machos de color barreado. La cruza B, no nos será de utilidad para sexar los pollitos por el color del plumaje, pues todos serán barreados. Determinación sexual en mamíferos La presencia de los cromosomas sexuales, en sus dos formas posibles, XX e XY actualmente no basta para la determinación del sexo de un individuo del género humano como se hacía hasta hace poco tiempo, relacionando a la presencia de los cromosomas la presencia de los genes que sobre ellos se debieran encontrar. Es que los estudios han avanzado a gran velocidad, tanto en el campo molecular como en el del desarrollo y en el psicológico, lo que hace que la determinación del fenotipo sexual en el hombre no sea una cosa tan simple como decir que si es XX es mujer y si es XY será varón, como se asumía hace un tiempo. Actualmente, la determinación genética del sexo tiene que ver con un desarrollo embrional correspondiente a cada sexo y por lo tanto tiene que ver con el desarrollo de las gónadas, ya sean masculinas o femeninas, ovarios y testículos. También sabemos que en los vertebrados, el hombre incluido, las gónadas tienen potencialidad bisexual indiferenciada, o sea podrán desarrollarse en femeninas o masculinas, pero en un principio tienen la potencialidad para ambos sexos. Si la gónada posee un gen llamado SRY, a partir de la séptima semana de desarrollo se produce el cambio a sexo masculino, o sea, comienzan a formarse los testículos. En cambio, si no está presente el gen SRY (caso XX, normal) el crecimiento de las gónadas continúa y alrededor de la novena semana se desarrollarán los ovarios. Se dice, entonces que, si no existe una orden en contrario (debido a la presencia del gen SRY) el embrión se desarrollará como hembra. Recordemos que los cromosomas sexuales poseían una sección homóloga y que realizan apareamiento meiótico como cualquier autosoma, pudiendo producirse entrecruzamiento en esa región cromosómica.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo En ese trozo del cromosoma Y humano se encuentra el citado gen SRY ( sex determining region of the Y chromosome ) o región del cromosoma Y determinante del sexo, que es el encargado del posterior desarrollo sexual masculino del individuo. En una situación normal esa región se encuentra en el cromosoma Y y por lo tanto un individuo XY desarrollará como un varón normal, en donde el gen SRY presente intervendrá en la síntesis de andrógenos y de la sustancia llamada MIS (substancia inhibidora mülleriana), de especial importancia en el bloqueo de los conductos de Müller a partir de los cuales se dasarrollan los órganos femeninos, por lo tanto se desarrollarán los testículos y demás órganos sexuales masculinos. Esto ocurre aproximadamente entre la 6a y 7a semana del desarrollo del embrión. Si por algún quiasma ocurrido en la meiosis del varón, el gen SRY se muda y va unido al cromosoma X, podría darse el caso que un individuo que fuera cromosómicamente XX, posea características masculinas, tanto a nivel de órganos como hormonal. También puede darse el caso contrario, en donde un individuo que es cromosómicamente XY, no posea el gen SRY y por lo tanto desarrollará como hembra. En resúmen: MACHO

HEMBRA

gen SRY

ausencia de SRY

testículo

ovario

andrógenos

ausencia de andrógenos

MIS

ausencia de MIS

próstata, vasículas seminales, canales deferentes, pene

útero, trompas, vagina, clítoris y labios vaginales

Existen casos en donde por alguna situación se desarrollan ambos tejidos, el testicular y el ovárico, entonces se formarán individuos hermafroditas, muy común en animales inferiores y muy raro en el género humano. Todas las consideraciones realizadas anteriormente tienen que ver con el sexo génico, cromosómico, cariotípico y gonadal. Pero también existen otras categorías de sexo, como ser el sexo legal, masculino y femenino, y el sexo psicológico en donde influyen de manera considerable las condiciones ambientales (familiares, educacionales, culturales, etc.) en las cuales se realiza el crecimiento del individuo. A propósito de esto, a mediados del año 1994, el Dr. Dean Hamer publicó un estudio sobre la relación genética de la homosexualidad. Según los estudios del Dr. Hammer, existiría una sección del cromosoma X, llamada XQ28 que aparecía en mayor proporción en individuos "gay" con respecto a lo esperado. La presencia de esa región cromosómica no determina la homosexualidad ni tampoco todos los "gay" poseen esa región. Nadie hasta el momento ha encontrado el (o los) gen (genes) de la homosexualidad. Es un campo de estudio completamente abierto y en el mismo intervienen diversos factores. Algunos sostienen que la orientación sexual de un individuo está también relacionada al sexo psicológico, influenciado por el ambiente, conjuntamente a una sexualidad génica, adquirida por herencia. En la actualidad, en éste y en muchos otros caracteres, parecería que el determinismo genético está ganando muchos adeptos y son muchos los que sostienen que todo o la mayor parte de nuestro ser ya vendría determinado desde antes del nacimiento por nuestra carga genética. Es obvio que muchas de las diferencias entre los individuos son debidas a diferencias entre los genes, pero es también cierto que negar el efecto de la cultura, educación, nutrición, familia, etc., en características ligadas a nuestra personalidad y nuestra conducta es negar gran parte de la libertad de elección del ser humano para forjarse como tal y de buscar su mejor forma de adaptarse al medio.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo Es muy probable, que con el desarrollo de la epigenética (ver capítulo 9), se pueda dilucidar cada vez más el sistema de transmisión, regulación, etc. de características de este tipo.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo

8. INTERACCIÓN GENÉTICA Interacción

A

medida que se fue avanzando en las investigaciones, con diversos organismos y distintos caracteres, se fueron observando algunas modificaciones a las proporciones mendelianas tradicionales o esperadas, lo que hizo pensar en una interacción entre genes diversos en un mismo organismo. Un gen que mediante su efecto altere la manifestación de otro gen, o un gen que, según en que estado se encuentre, actúe sobre la manifestación o sobre la función de otro gen. Es así que ya no deberíamos pensar en un gen, o alelo de un gen, como una entidad aislada, sino en una interacción entre ellos. A modo de ejemplo presentamos el caso de interacción entre genes diversos en el trébol blanco (Trifolium repens). Se han encontrado en el trébol blanco, como también en el lotus de los cuernitos (Lotus corniculatus), cepas con distintos grados de concentración de cianuro (HCN), cepas con alto contenido (cepas tipo A) y cepas con bajo contenido (cepas tipo B). Si se cruza una planta de la cepa A con una de la cepa B, se observará una proporción mendeliana clásica ya sea en la F1 como en la F2 : P

cepa A (alto)

x

F2

cepa B (bajo)

alto

F1 3/4 alto

:

1/4 bajo

De estos resultados podríamos concluir que el alto contenido de cianuro se debe a un gen dominante y obviamente el bajo contenido a un gen recesivo. Supongamos ahora cruzar otras dos cepas provenientes de otro lugar, una de alto contenido y otra de bajo contenido de cianuro. Obviamente los resultados serán similares a los vistos anteriormente. Ahora bien, qué pasaría si cruzáramos ambas cepas de bajo contenido de cianuro. Contrariamente a lo esperado (todo bajo), obtendremos todas plantas con alto contenido de cianuro y en la generación F2 obtendremos una proporción de 9/16 alto : 7/16 bajo, que si bien se alejan de las proporciones mendelianas esperadas para una F2 en donde intervienen dos genes con segregación independiente, podemos interpretarlo como la segregación de un dihíbrido para dos genes complementarios, en donde podemos escribir los genotipos del siguiente modo: Cepa de bajo contenido HCN de la primera cruza: aaBB Cepa de bajo contenido HCN de la segunda cruza: AAbb P

aaBB (bajo)

x AaBb

F1 F2

AAbb (bajo)

9/16 A-B9/16(alto)

3/16 A-bb

3/16 aaB-

1/16 aabb

7/16 (bajo)

Ahora podemos interpretar que para obtener una cepa con alto contenido de HCN deberán estar presentes contemporáneamente los dos genes al estado alélico A y B. Todas las otras combinaciones nos darán bajo contenido de HCN. Esto es un típico ejemplo de interacción entre genes y estos genes se dice que son complementarios y si bien las proporciones en la F2 parecen raras vemos que ello sólo es a nivel fenotípico. Si interpretamos esto en términos de una cadena metabólica podemos escribirlo del siguiente modo:

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Librogen – Ernesto G. Pirillo

En este caso el gen 1 sería el gen A y el gen 2 sería el gen B. Ambos genes al estado de A y B se complementan y producen ambas enzimas E1 y E2 que actúan separadamente. La E1 sobre el precursor produciendo el substrato que en este caso es el glucósido de cianógeno, sobre el cual actúa la otra enzima E2, formando el ácido cianhídrico que es el producto final de este camino biosintético. Si en cambio alguno de los genes, gen1 o gen2, están al estado alélico "a" o "b" no se produce la enzima correspondiente y por lo tanto el camino biosintético se interrumpe y el contenido de HCN será bajo a nulo. Epistasis En el color del bulbo de la cebolla podemos encontrar un típico ejemplo de un gen mostrando epistasis. El alelo más común o salvaje "C" determina la manifestación de color y su alelo "c" la inhibe, dando por consecuencia bulbos blancos. Por otro lado tenemos al alelo "R" para color rojo y que es dominante sobre el alelo "r" para color amarillo. Veamos qué sucede en la siguiente cruza: P

CCRR (rojo)

ccrr (blanco)

CcRr (rojo)

F1

F2

x

9/16 C-R- rojo

3/16 CCR- amarillo

3/16 ccR- blanco

1/16 ccrr blanco

La típica proporción mendeliana fenotípica en F2 fue modificada a 9:3:4 como consecuencia de la epistasis del primer gen sobre el segundo. Entonces, podemos hablar de epistasis como una dominancia de un gen sobre otro. Pero nótese bien que la dominancia, como se vio anteriormente, es una interacción intragénica (entre alelos de un mismo gen), en cambio la epistasis es una dominancia intergénica, o sea entre genes distintos. El gen que domina se llama epistático y aquel que es dominado hipostático. En nuestro ejemplo definimos al gen "c" como epistático, pues en la constitución homocigótica "cc" domina sobre el gen para color, que entonces se llama hipostático. De acuerdo a como sean las relaciones entre los distintos genes epistáticos observaremos en la F2 distintas segregaciones, siempre modificaciones de la segregación clásica 9:3:3:1. En la siguiente tabla podemos observar algunas de las proporciones epistáticas encontradas en la segregación fenotípica de un dihíbrido en F2.

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tipos de interacción

A-B-

A-bb

aaB-

aabb

clásica, dominancia

9

3

3

1

doble recesivo

9

recesiva

9

dominante

7 3

4 12

1

Pleiotropismo Hablar de fenotipo, hasta el momento, es asociar un determinado estado alélico de un gen, con un determinado carácter. Por ejemplo, recordemos los genes involucrados en los primeros experimentos de Mendel con la arveja, los alelos para los grupos sanguíneos en el ser humano y el alelo white (w) para el color del ojo en Drosophila melanogaster, que produce falta de pigmento en el ojo y por ende el ojo de color blanco. Analicemos, por otro lado, el caso del gen "frizzle" en el pollo con su alelo F que produce el enrulado característico de las plumas. En este ejemplo la presencia de este gen, que se corresponde con el fenotipo comentado, va acompañado de una mayor pérdida de calor por parte del pollo frizzle respecto de un pollo provisto con plumas normales, esto provoca una mayor necesidad de energía metabólica y por lo tanto un mayor consumo de alimentos, lo que provoca modificación de las dimensiones de las glándulas suprarenales, una circulación sanguínea más activa, aumento del tamaño del corazón, mayor cantidad de sangre circulante, buche, estómago e intestino defectuosos, menor fertilidad y fecundidad, etc,etc. En otras palabras este gen determina modificaciones en numerosos caracteres, o sea se encuentran relaciones diversificadas entre el gen frizzle y un conjunto de características que, si bien se pueden manifestar independientemente, todas están correlacionadas con la constitución alélica para el gen frizzle. Estas diversas consecuencias del mismo gen se describen como efecto pleiotrópico del gen.

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9. ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DEL MATERIAL HEREDITARIO Ácidos nucleicos

L

a composición química de los ácidos nucleicos presentes en las células es conocida desde hace mucho tiempo. Así como se sabe que los ácidos nucleicos son dos, el ADN (ácido desoxiribonucleico) y el ARN (ácido ribonucleico), ambos presentes en las células de la mayor parte de los organismos, también se sabe desde hace mucho tiempo que en algunos organismos del tipo viral está presente sólo uno de ellos, el ARN o el ADN. El ADN fue descubierto en el 1869 por el médico suizo F. Miescher, el cual, aún siendo estudiante se había interiorizado de la composición química de los tejidos de organismos vivientes. En ese tiempo Miescher, trabajando con glóbulos blancos extraídos de pus de la vendas de heridos de un hospital, pudo aislar un compuesto formado por azufre y fósforo en concentraciones variables, que llamó nucleína. También pudo obtener esa nucleína a partir de espermatozoides de salmón, que utilizó debido a la facilidad de obtención de los mismos como así también el hecho que en ese material el citoplasma es mínimo. El botánico Zacharías pudo posteriormente asegurar que la nucleína no solo estaba asociada a los núcleos de los organismos estudiados sino, más específicamente, a los cromosomas (1881). Más tarde, en el 1884, fue Hertwig quien, uniendo las investigaciones de Miescher sobre los espermatozoides de salmón y las observaciones de Zacharías y las propias sobre núcleos y cromosomas y sobre el proceso de fecundación de los huevos del erizo de mar, propone por primera vez una relación de la nucleína con la fecundación y sobre todo con la transmisión hereditaria de los caracteres, sobre la cual Miescher había mostrado, a pesar de algunas sugerencias, cierto escepticismo. La nucleína era por lo tanto una asociación ADN-proteína (nucleoproteína). Es decir, un compuesto formado por ácidos nucleicos (ácidos orgánicos encontrados predominantemente en el núcleo de la célula) y proteínas tales como histonas, protaminas o ambas. Sólo los ácidos nucleicos son portadores de la información genética. La función de los componentes proteínicos de los cromosomas, a partir de algunos experimentos con histonas sugiere que pueden ser agentes de represión génica. El ADN está formado por una parte idéntica para todas sus moléculas que constituye la estructura y por una parte variable representada por la bases. La estructura a doble espiral está formada por unidades de fósforo y azúcar en modo alternado, mientras que la parte variable está formada por cuatro bases nitrogenadas que se alternan en distinto modo. Las bases, que formarían los supuestos escalones de esa escalera a espiral, son las purinas y las pirimidinas. Las purinas son la Adenina y la Guanina. Las pirimidinas son la Timina, la Citosina y el Uracilo

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BASE NITROGENADA

NUCLEOSIDO

adenina

adenosina

guanina

guanosina

timina

timidina

citosina

citidina

uracilo

uridina

PIRIMIDINAS

PURINAS

Librogen – Ernesto G. Pirillo

El apareamiento puede ocurrir sólo entre una purina y una pirimidina y en particular entre la A (adenina) y la T (timina), y viceversa entre la T y la A, y entre la C (citosina) y la G (guanina), como así también entre la G y la C. Entre la T y la A hay dos puentes hidrógeno y entre la G y la C tres. La diferencia fundamental que justifica la especificidad de cada ADN es debido a la secuencia de las bases que lo componen.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo La asociación base-azúcar se denomina nucleósido, que se transforma en nucleótido al agregársele el fósforo. El ADN es un compuesto de miles de pares de nucleótidos.

En esta figura se observa el nucleótido formado por la base nitrogenada adenina, el azucar ribosa y un grupo fosfato.

La estructura que hoy conocemos del ADN se la debemos a Watson y Crick (1953) cuando describen su definitivo modelo estructural. Ellos precisaron que la estructura del ADN era representada por una molécula constituida por dos cadenas nucleotídicas arrolladas en hélice que presentan al exterior el ácido fosfórico y el azúcar que garantizan la continuidad y la estabilidad y en el interior las bases púricas y pirimídicas que se enfrentan unidas por uniones débiles de hidrógeno. Actualmente, se sabe que muchos tipos de ADN presentan en algún momento de su ciclo vital una estructura a superhélice, o sea una posterior helicoidización de la hélice original. La molécula de ADN es así un polímero largo, es decir, una macromolécula compuesta por un número de subunidades similares o idénticas, llamadas monómeros, vinculados covalentemente. Foto: esquema de la doble hélice de ADN. Fuente: Google imágenes.

La otra clase de ácido nucleico, llamado ácido ribonucleico (ARN) es ligeramente diferente del ADN: 1) contiene azúcar ribosa, el ADN desoxiribosa (le falta un grupo hidroxilo en posición 2). 2) contiene como pirimidina al uracilo (U) en lugar de timina. 3) las moléculas de ARN son, generalmente, mucho más cortas que las de ADN. Su función primaria es intervenir en la síntesis proteica y es así que encontramos tres tipos de ARN:

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Librogen – Ernesto G. Pirillo 1) ARNm: (mensajero) portador de información genética. 2) ARNr: (ribosómico) forma los ribosomas y constituye la mayor parte del ARN celular. 3) ARNt: (transferencia) que se adhiere a los aminoácidos y durante la síntesis de las proteínas los coloca en la secuencia correcta con otros aminoácidos, usando el complejo ARNm-ribosoma como modelo. En algunos virus de plantas, como el virus del mosaico del tabaco, no hay ADN y el ARN funciona como material genético, a partir del cual se sintetizan las proteínas, sin pasar por una molécula de ADN. Otros virus, como por ejemplo los leucovirus (producen leucemia en las ratas), el rousvirus (que produce el sarcoma de Rous en pollos) o el VIH (virus de la inmunodeficiencia humana), poseen como material hereditario al ARN, pero para la síntesis de las proteínas primero sintetizan una molécula de ADN y luego proceden como veremos para la mayoría de los genes eucarióticos. Se los denomina retrovirus y no transfieren información de ARN a ARN directamente sino que deben pasar por el ADN. Replicación del ADN En el momento de la replicación ( o autoduplicación ) del ADN las dos bandas de la doble hélice se separan a lo largo de la línea que forman las bases al interior de la molécula debido a la fragilidad de las uniones puente- hidrógeno que las unían y entonces cada banda se convierte en molde para la formación de otra banda complementaria, atrayendo nucléotidos libres y enlazando los nucleótidos adyacentes bajo la dirección de la enzima ADN-polimerasa. Cada filamento de ADN tiene en una extremidad una polaridad 3' y en la otra 5' dependiendo de cual extremidad está libre, si la que está unida al C-5 o al C-3 del azúcar. La síntesis de la nueva cadena de ADN procede en dirección 5'-3'. O sea, los nucleótidos se agregan y la cadena crece en sentido 5'- 3'. Ahora bien, si las cadenas de la doble hélice de ADN son antiparalelas, aquella que usa como molde la que es 3'- 5' no tendrá problemas en ir formando la nueva cadena, pero, ¿qué ocurre con la cadena complementaria, pues el extremo libre será el 5' y como sabemos la cadena de molde debe tener el 3' libre y crecer en sentido 5'- 3'?. A diferencia de lo que ocurre en la otra cadena, en donde el crecimiento es continuo, en ésta el crecimiento es discontinuo y se realiza de a trozos, llamados, en honor a su descubridor Segmentos de Okazaki. La síntesis en esa cadena se realizará también en sentido 5'-3' de la nueva cadena y los fragmentos serán unidos por medio de una enzima ligasa. Transcripción Las proteínas, que son el producto final de los genes, son una secuencia de aminoácidos, a diferencia de los ácidos nucleicos que son una secuencia de nucleótidos. Debemos tratar de entender entonces cómo puede la información dada en un lenguaje de cuatro letras (A,T,G y C) traducirse en un lenguaje correspondiente a 20 aminoácidos. Lo que deberemos interpretar es el modo en que se produce la transmisión del mensaje desde el ADN hasta la proteína, es decir, el producto génico.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo La estructura del ARNm es muy parecida a la del ADN como ya hemos dicho, en cuanto que se diferencia de una base, el uracilo y por su azúcar, la ribosa. La síntesis del ARN se lleva a cabo en el núcleo, mediada por la actividad de una enzima ARNpolimerasa - ADN-dependiente, la ARN- polimerasa II, la cual es responsable del ensamble de los nucleótidos que componen la cadena del ARN. El mensaje genético vendría entonces transcripto en el ARN basándose en el modelo del ADN. Para esta transcripción es necesario que la doble hélice de ADN se abra y entonces permitir la formación de la cadena de ARN. Para la formación del ARN maduro deben ocurrir una serie de pasos intermedios, que veremos a continuación, correspondientes a un gen eucariótico tipo. La cadena que se transcribirá será la de sentido 3'-5'. Una vez identificada la banda de ADN esta servirá de molde para la transcripción, mediada por la ARN-polimerasa II. Unos cuantos pares de bases antes del punto de inicio de la transcripción se encuentra la región del promotor, indispensable para que comience a actuar la ARN-polimerasa II. En esta zona se han identificado sub-regiones que variarán de acuerdo a los distintos organismos, pero en modo general las principales son: • La región denominada TATA-box debido a la abundancia de T y A en ese sector ( TATAAAA ), a -30 pares de bases del inicio de la transcripción. • A unas 75 pares de bases del inicio de la transcripción se encuentra el CAAT box ( GGCCAATCT ) que parecería tiene mucha importancia en la eficiencia del promotor. • A -90 pares de bases del inicio se encuentra otra región característica llamada GC box ( contiene la secuencia GGGCGG ). La región del promotor es indispensable para la funcionalidad del gen pero no se transcribe. Por el otro extremo, unos 20 pares de bases antes del extremo 5', existe una secuencia AATAAA que sería un indicador del final del gen y serviría de señal para el posterior agregado de la cola de poli-A. En un primer paso se obtiene un producto primario de la transcripción, luego a este producto se le agrega un gorro o caperuza ( cap, en inglés) en el extremo 5' (del transcripto), y una cola de poliadenina ( o poli-A ) al extremo 3' (del transcripto). Posteriormente se eliminan regiones que no se traducirán posteriormente, llamadas intrones, y se sueldan las otras regiones llamadas esones (o exones) que sí contienen toda la información necesaria para la posterior síntesis de la proteína. Todas las bases del gen se transcriben, incluyendo los intrones, para formar un ARN pre-mensajero o producto primario. Este producto luego sufre un "splicing", en donde se cortan y remueven las regiones intrónicas que no se traducirán. Por último se vuelven a unir las regiones que llevan a los exones. El producto es el ARN transcripto o ARN mensajero que será utilizado para la síntesis de la proteína correspondiente. Entonces, exón (o esón) es aquella porción de ADN transcripta y traducida. Por el contrario intrón será aquella porción de ADN, que se encuentra entre los exones, y que es transcripta en un primer momento, pero no será traducida. A continuación se presenta un esquema de los procesos de la transcripción y traducción en el caso de un gen discontinuo.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo

- 90

- 75

- 30 pb

GC box

CAAT box

TATA box

ADN

NUCLEO

5´

5´

3´

transcrito primario

transcripción CAP

EXON

INTRON

EXON

INTRON

EXON

poly A

CITOPLASMA

splicing ARNm

traducción

proteínas

Ejemplo: Para el caso del gen de la ovoalbúmina, la secuencia original de ADN está formada por aproximadamente 7700 bases. El ARN transcripto tiene sólo 1872 nucleótidos, de los cuales deberemos restarles el sector del leader o guía (unos 64 nucleótidos) y el sector posterior a la señal de terminación (unas 650 bases) para llegar a los ll58 nucleótidos que codificarán para los 386 aminoácidos de la proteína del huevo. Traducción La traducción sería el proceso por el cual la célula interpreta un mensaje escrito en nucleótidos (ARNm) y lo transforma en un mensaje escrito en aminoácidos, el polipéptido. Tenemos la información genética en la molécula del ARNm que, a este punto, se ha movilizado del núcleo al citoplasma para ser traducida. ¿Cuál puede ser el código de interpretación de esa secuencia para que sea traducida? O sea, ¿cuántas bases codificarán para cada aminoácido cuando se realice la síntesis proteica ?. Es claro que esa relación no puede ser 1 ya que en este caso los aminoácidos que podríamos codificar serían sólo 4 (1 por cada nucleótido); no puede ser 2 porque serían codificados sólo 16 aminoácidos (combinaciones de 4 bases tomadas de a 2 = 42, o sea ,16); con 3 bases que codifican para un aminoácido se pueden tener 64 combinaciones, más que suficientes para explicar el sistema de decodificación.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo El código se dice, entonces, que es degenerado ya que para cada aminoácido hay más de una tripleta que lo codifica, como podemos ver en la tabla del código genético, donde se indican para cada tripleta el aminoácido que corresponde. Segunda

P U r i m e C r a A l e t r G a

U UUU UUC UUA UUG CUU CUC CUA CUG AUU AUC AUA AUG GUU GUC GUA GUG

Phe Phe Leu Leu Leu Leu Leu Leu Ile Ile Ile Met Val Val Val Val

C UCU UCC UCA UCG CCU CCC CCA CCG ACU ACC ACA ACG GCU GCC GCA GCG

Ser Ser Ser Ser Pro Pro Pro Pro Thr Thr Thr Thr Ala Ala Ala Ala

letra A UAU UAC UAA UAG CAU CAC CAA CAG AAU AAC AAA AAG GAU GAC GAA GAG

Tyr Tyr Stop Stop His His Gln Gln Asn Asn Lys Lys Asp Asp Glu Glu

G UGU UGC UGA UGG CGU CGC CGA CGG AGU AGC AGA AGG GGU GGC GGA GGG

Cys Cys Stop Trp Arg Arg Arg Arg Ser Ser Arg Arg Gly Gly Gly Gly

U C A G U C A G U C A G U C A G

T e r c e r a l e t r a

El código genético. Phe: fenilalanina; Leu: leucina; Ile: isoleucina; Met: metionina; Val: valina; Ser: serina; Pro: prolina; Thr: treonina; Ala: alanina; Tyr: lirosina; His: histidina; Gln: glutamina; Asn: asparagina; Lys: lisina; Glu: ácido glutámico; Cys: cisteína; Trp: triptofano; Arg: arginina; Ser: serina; Gly: glicina.

Como se puede observar, existen tres tripletas que no codifican para ningún aminoácido. Por el contrario, esas tripletas, UAA, UAG y UGA son tripletas o codones sin sentido, indicadoras del final de la traducción, como veremos más adelante. El código es absolutamente linear y cada tripleta o codón (secuencia de tres bases) codifica para un solo aminoácido. ..... A U A A C C G G U U A A U G C ....... La adición de una base, por ejemplo una U, en la posición 7, cambiaría la lectura de todos los codones que se encuentran a la derecha de la base añadida. ..... A U A A C C U G G U U A A U G C ....... Lo mismo sucede con las pérdidas de nucleótidos en número de uno o dos. Cuando se pierde una tripleta entera, si bien se pierde la información para el agregado de un aminoácido, no se produce el corrimiento de lectura de toda la secuencia. Síntesis proteica El dogma central de la biología molecular, formulado por Francis Crick decía que la información genética va de ADN a ADN o de ADN a ARN. Actualmente, después del descubrimiento de los retrovirus, en donde el flujo de la información va en sentido inverso, o sea desde el ARN al ADN ese dogma se ha visto parcialmente modificado. El primer paso, como se ha visto, está representado por la transcripción del ADN. O sea, cuando la molécula del ADN sintetiza el ARN mensajero a partir de la secuencia de bases de una de sus hélices.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo El ARNm se moviliza desde el núcleo al citoplasma y se va a encontrar con los ribosomas. Estos inicialmente se encuentran bajo formas de unidades simples en el citoplasma pero cuando toman contacto con el mensajero forman largas cadenas llamadas poliribosomas. Los ribosomas están constituidos por proteína (ribosomal) y ARN (ribosomal). Este ARNr es sintetizado en el nucleolo de la célula por medio de la enzima ARN-polimerasa I en los organismos eucarióticos. Hay también genes que codifican para otro tipo de ARN llamado de transferencia ( ARNt ) o transfer. Este tiene características diferentes al mensajero y al ribosomal: está formado por 70-80 nucleótidos, o sea es un ARN pequeño, y además es más estable que los otros. En su síntesis interviene la enzima ARN-polimerasa III. Su mayor estabilidad es debida al hecho que, si bien tiene una estructura linear como los otros, tiene las bases unidas en modo de formar una doble hélice en algunas regiones. Debido a enrollamientos varios se arriba a una forma característica: las bases están dispuestas en modo de poderse unir, pero en los trozos donde no hay complementariedad entre las bases se forman anillos. Existen 64 tipos de ARNt, cada uno correspondiente a una tripleta del código genético. Tienen dos zonas características, una es donde se encuentra el anticodón, la otra zona será donde se unirá el aminoácido.

ARN de transferencia.

Fuente: Google images. archivo.abc.com.py

A este punto se inicia, en los ribosomas, la síntesis proteica: los ARN de transporte o transferencia (ARNt), cargados con los aminoácidos, se van a unir a los codones del ARN mensajero (ARNm). En los ribosomas existen dos sitios, el sitio A donde el ARNt hace contacto con el ARNm y el sitio P donde se producirá la unión del nuevo aminoácido con la cadena polipeptídica en formación. • • • •

•

La traducción comienza siempre a partir de la tripleta AUG, correspondiente a la metionina. El ARNt se separa y deja su aminoácido unido al sucesivo. Interviene la enzima sintetasa que establece la unión entre los aminoácidos El ribosoma corre a lo largo del ARNm y continúa la síntesis. Este mecanismo ocurre a lo largo de toda la cadena hasta encontrar una señal de fin de la traducción, representada por alguno de los codones sin sentido que indican que el polipéptido ya está terminado

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Librogen – Ernesto G. Pirillo

Traducción.

Fuente: Google images. www.botanica.cnba.uba.ar

Actualmente se utiliza el término cistrón como sinónimo de gen. Entonces después de lo que hemos visto un cistrón sería una porción de ADN que posee toda la información para la síntesis de una proteína o bien para algún tipo de ARN. En procariotas, la situación es un poco distinta a lo que hemos visto para los organismos eucarióticos. En primer lugar existe una sola enzima polimerasa que sintetiza todos los tipos de ARN. Además, a diferencia de los genes fragmentados eucarióticos, los genes procarióticos son unidades continuas de ADN, por lo tanto no existe el mecanismo del "splicing" ni la preparación mediante el agregado del CAP y de la cola poli-A. Splicing alternativo Hasta hace muy poco se consideraba que a un gen le correspondía una proteína. O sea, que un gen tenía la información para producir solamente una proteína. A partir del descubrimiento de este mecanismo, se sabe que a partir de una misma secuencia de ADN se pueden obtener diversas proteínas. En síntesis, el splicing alternativo, consiste en la obtención de varios ARN maduros a partir de un solo ARN transcripto primario, y por ende varias proteínas. Epigenética La epigenética, hace referencia a la regulación, expresión génica heredable, pero no ligada a cambios en los nucleótidos del ADN. Fue utilizada por primera vez por Conrad H. Waddington en 1953 para referirse a las interacciones entre genes y ambiente. La expresión de un mismo genoma en distintos fenotipos, debido a influencias ambientales, podría explicarse mediante la herencia epigenónima y al ser las modificaciones heredables, permitiría un análisis genético a través de las generaciones. En los mecanismos de regulación epigenética, estarían directamente involucradas la cromatina y las histonas (ver cap. 1). Algunos genes podrían ser “silenciados“, si en el momento de la transcripción no se encontraran completamente disponibles, por ejemplo, debido a un alto grado de condensación de la cromatina.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo Los principales tipos de mecanismos de información epigenética serían: la metilación de la citosina del ADN, la impronta genética (forma de manifestarse que tiene un gen dependiendo de su proveniencia parental) y la modificación de las histonas. En contraste (o en forma complementaria) al genoma se presenta el epigenoma. O sea, el conjunto de información epigenética de un organismo. Muchas de las variaciones epigenéticas explicarían las variaciones entre gemelos idénticos ya que la constitución cromosómica de ambos es la misma.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo

10. MUTACIONES

A continuación estudiaremos aquellas situaciones genéticas nuevas debido a la variación de la

estructura de los cromosomas como así también variaciones en la estructura de los genes y en el número cromosómico de las especies involucradas.

Debido principalmente a fallas en los procesos de división celular, como por ejemplo, la falta de la formación del huso acromático en metafase, se producen células con el complemento cromosómico doble o se crean células con cromosomas en exceso o en defecto con respecto al número normal de la especie. Estos casos de mutaciones genómicas pueden dividirse entonces en dos grandes grupos: euploidía, en donde encontramos variaciones del complemento básico cromosómico y aneuploidía donde encontramos variaciones cromosómicas simples, es decir de algunos cromosomas. Estos fenómenos descriptos se presentan con mayor regularidad en vegetales, en donde la producción artificial de los mismos ha llevado a la formación de nuevas variedades y especies útiles al hombre, pero además también se encuentran en los animales, si bien en éstos, especialmente del grupo de los animales inferiores, su importancia económica es muy relativa. Además, veremos los casos de aneuploides para los cromosomas sexuales en el hombre y distintos tipos de aberraciones o mutaciones cromosómicas, que afectan la morfología de los cromosomas y, finalmente, algunos tipos de mutaciones génicas. variaciones de

mutaciones

grupos euploidía

nº cromosomas

genómicas

aneuploidía delecciones duplicaciones

estructura de los cromosomas

cromosómicas

inversiones translocaciones sustitución de bases transiciones

estructura de los genes

génicas

transversiones inserción o delección de una o más bases

Mutaciones genómicas Euploidía Como sabemos, toda especie tiene un número cromosómico básico llamado n si hablamos del nivel haploide y 2n si lo hacemos del nivel diploide, nivel llamado típico para la mayoría de las especies. Pero existen variaciones a estos niveles de ploidía. Es así que, por ejemplo, podemos encontrar especies con tres complementos cromosómicos (triploides), o especies tetraploides (tetra = 4) o pentaploides o hexaploides, etc. En el caso de los triploides, provenientes, por ejemplo de la fecundación de un gameto 2n (formado a partir de un individuo tetraploide) por un gameto n (obtenido a partir de meiosis de un individuo normal 2n), se utiliza la elevada esterilidad de los triploides con aborto de las semillas, una característica ampliamente buscada, por ejemplo, en la producción de sandías o de uvas de mesa sin semillas.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo Otra consecuencia de los poliploides es la mayor dimensión de sus células y por lo tanto también de los individuos, debido al complemento extra de cromosomas, condición muy utilizada en floricultura y en horticultura, dándoles mayor valor comercial a las frutas y hortalizas poliploides. Van Bogaert (1975) comparando variedades diploides y tetraploides de Lolium encontró que las variedades tetraploides eran 72 al 84 % más altas, producían un 59% más de semillas y un 18% más de materia verde que las variedades diploides como así también tenían mayor resistencia a las enfermedades debido a los efectos favorables de la duplicación de sus cromosomas. También encontramos variedades comerciales tetraploides de otras plantas forrajeras importantes, como ser Trifolium pratense y Trifolium hybridum, como así también plantas ornamentales como Zinias u hortícolas como la remolacha. En general, en la formación de los poliploides, podemos distinguir los autopoliploides, en donde se produce una autoduplicación del número cromosómico, fenómeno bastante común en el reino vegetal, y los alopoliploides, en donde luego de una cruza entre dos especies diversas se produce un híbrido F1 estéril pero que, por posterior formación de gametos viables (con todos los cromosomas de la F1), producirá individuos con el complemento cromosómico duplicado. La formación espontánea de la poliploidía es muy común, pero el hombre, para utilizar las ventajas anteriormente citadas, induce la formación de poliploides para mejorar sus cultivos. Mediante la aplicación de determinadas sustancias, entre las cuales la más conocida es la Colchicina, extraída del Colchicum autumnale, sobre tejidos meristemáticos de la planta a tratar, se inhibe la formación del huso acromático y por consecuencia, se forma un tejido poliploide. Este proceso es denominado C-mitosis. Si este tejido involucra órganos que intervienen en la reproducción, como por ejemplo dieran origen a ramas florales, en la meiosis se obtendrán gametos con un número cromosómico duplicado. Así entonces un autotetraploide producirá gametos funcionales diploides que si se unen entre sí darán nuevamente un individuo tetraploide. Con respecto a los alopoliploides podemos decir que derivan de la cruza entre dos especies diversas con la producción de un híbrido F1 estéril, ya que los cromosomas no se reconocen y por lo tanto no se produce apareamiento en la profase meiótica. Mediante algún proceso de poliploidización, como por ejemplo el nombrado C-mitosis, se pueden obtener tejidos poliploides, que si involucran órganos florales formarán a la meiosis gametos viables. Estos gametos viables también podrían formarse a partir de la no disyunción de los cromosomas del híbrido F1. La fecundación posterior entre dos gametos no reducidos nos daría la formación del alopoliploide o anfidiploide fértil. Se cree que esta situación es menos probable que la citada en primer término, pero las dos tienen validez y son dos posibles formas de la restauración de la fertilidad en un híbrido interespecífico estéril. La Raphanobrasica, producida artificialmente por Karpechenko (1928), híbrido entre Raphanus sativus (2n=18) y Brasica oleracea (2n=18) es un caso típico de una cruza entre dos especies distintas pertenecientes además a dos géneros diversos. La cruza F1 resultó estéril pero se produjeron algunas semillas que luego se desarrollaron en plantas adultas y dieron individuos con 36 cromosomas que producían meiosis normal debido a la organización de los cromosomas en bivalentes en la meiosis. O sea, los cromosomas provenientes del género Raphanus se unían con sus homólogos y los del género Brasica con los suyos. Existen muchos ejemplos de alopoliploides naturales o espontáneos, como ser la Avena sativa (n=21) que parecería ser un hexaploide proveniente de distintas avenas con número básico n=7.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo El Triticale, cuyos primeros intentos de formación datan de 1889, cruzando Triticum aestivum (trigo pan) y Secale cereale (centeno), representa uno de los casos más particulares, ya que las cruzas entre estas dos especies distintas, pertenecientes además a dos géneros diversos, dió muchos híbridos estériles. Afortunadamente también se formó alguna planta que produjo semillas normales. Posteriormente, otros investigadores demostraron que este híbrido era un anfidiploide, derivado de la duplicación espontánea de los juegos cromosómicos de las dos especies intervinientes, 42 cromosomas del trigo y 14 del centeno. Este híbrido realiza meiosis normalmente, como ya visto, pues los cromosomas derivados de cada especie se aparearán entre sí en la profase. Se han realizado muchos otros trabajos para obtener Triticale mediante el tratamiento de los híbridos con Colchicina utilizando ambos tipos de trigos, el Triticum aestivum y también el Triticum durum. Los diversos tipos de Triticales obtenidos han mostrado elevada producción de grano, gran resistencia al frío, alto contenido en proteína y elevado contenido de lisina, mayor que la del trigo pero inferior a la del centeno. El caso del algodón es otro ejemplo muy conocido y de gran importancia económica. El Gossypium hirsutum o algodón americano con 52 cromosomas proviene de la cruza entre el Gossypium arboreum y el Gossypium thurberi, ambos con 2n=26 cromosomas. A partir del híbrido F1 estéril se obtuvo el anfidiploide con 52 cromosomas. Pero quizás el caso más importante entre los poliploides sea el del trigo. En efecto, las dos especies de trigos más cultivadas en la actualidad, el Triticum durum o trigo candeal o fideos (2n=28) y el Triticum aestivum o trigo pan (2n=42), son anfidiploides, tetraploide en el caso del candeal y hexaploide en el caso del trigo pan, originados a partir de cruzas entre distintas especies del género Triticum y del género Aegilops. En la siguiente figura se pueden observar algunas de las relaciones entre las distintas especies de trigo.

En los animales, el caso típico de poliploidía se da en las células del hígado de los mamíferos, entre ellos el hombre. Además se han encontrado individuos poliploides en coleopteros, lepidópteros y tisanópteros. En conclusión, la poliploidía debe interpretarse como un mecanismo que lleva a la obtención de nuevas especies, ya sea en forma espontánea en la naturaleza o realizadas por el hombre, especialmente en el reino vegetal, ya sea en los autopoliploides en donde hay una duplicación de su propio genoma, como en

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Librogen – Ernesto G. Pirillo los alopoliploides, en donde se encuentra una duplicación de genomas provenientes de especies diversas. En el campo agronómico es donde se han utilizado sus principales ventajas que van desde la utilización comercial de las flores y frutos de notable tamaño hasta la utilización de los mismos como reservorios de variabilidad genética. Aneuploidía Muchas veces la variación en el número cromosómico no involucra a juegos completos de los mismos y es así que se encuentran variaciones en cuanto a simples cromosomas. Pueden, entonces, encontrarse individuos con la falta o con el exceso de 1 ó de varios cromosomas. Las consecuencias genéticas de estas modificaciones van desde la esterilidad hasta la formación de formas aberrantes de individuos, dependiendo de cual o cuales cromosomas son los involucrados en la mutación. Podemos encontrar individuos a los cuales les falta un cromosoma de algún par de homólogos por lo que ese organismo formará gametos normales n y gametos con el número haploide reducido en un cromosoma o sea n-1. Si bien en vegetales estos gametos no tienen mucha viabilidad, en animales pueden subsistir y al unirse con algún gameto con constitución cromosómica normal se formarán individuos 2n-1, en donde las consecuencias dependerán de cual cromosoma es el faltante. A estos individuos se los llama monosómicos. Por el mismo mecanismo descrito anteriormente y producidos principalmente por la no disyunción de algún cromosoma en la metafase I de la meiosis, se pueden formar gametos en donde falta algún cromosoma (nulisómico) o faltan 2 cromosomas de distintos pares (doble nulisómico) y así por el estilo. La combinación de dos gametos nulisómicos para el mismo cromosoma nos llevará a un cigoto nulisómico para el par involucrado, por ejemplo nulisómico-4 si el par es el cuatro, con constitución cromosómica 2n-2. Por otro lado, la unión de dos gametos con algún cromosoma extra, por ejemplo dos gametos con dos cromosomas 4, formará un cigoto tetrasómico para ese par, por lo que el cigoto tetrasómico tendrá constitución 2n+2. Entonces, si en el momento de la fecundación esos gametos con alguna falta o exceso cromosómico se encuentran con un gameto con la constitución cromosómica normal, los descendientes serán anormales con algún tipo de aberración. Un caso particular son los trisómicos, en donde uno de los pares tiene un cromosoma extra formando un trivalente, con fórmula cromosómica 2n+1. Este individuo en la meiosis producirá gametos n y gametos n+1 que contienen un cromosoma extra. En el hombre la trisomía del cromosoma 21 es la más conocida y la más frecuente ( 1:700 bebes ), se debe a la presencia de un cromosoma extra en el par 21 y se denomina síndrome de Down o mongolismo, en honor a L. Down que describió en 1866 esta aberración cromosómica. Esta anomalía tiene mucha relación con la edad de la madre al concebir y está directamente relacionada a la nodisyunción del par 21 en la meiosis materna. Pero existen varios otros tipos de trisomías, un poco menos frecuentes (1:7.000 nacidos vivos) pero con efectos tanto o más deletéreos que los de la trisomía 21, como son las trisomías de los cromosomas del grupo E, o sea los cromosomas 16, 17 y 18 del género humano produciendo distintos fenotipos con malformaciones varias y retardo mental.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo También existen las trisomías de los cromosomas del grupos D, o sea los cromosomas 13, 14 y 15 con una frecuencia mucha menor, de 1 en 14.000 nacidos vivos, ya que una de las principales complicaciones de esta trisomía es la de morir al estado fetal. Las trisomías en el género humano no sólo pueden involucrar a los autosomas sino que el fenómeno de la no disyunción puede también producir gametos con exceso o defecto de un cromosoma X o Y dando origen a distintos síndromes asociados a graves manifestaciones fenotípicas. Un gameto con un cromosoma X en exceso, producto de la no disyunción del par X en la meiosis femenina ( 22 autosomas + XX), al ser fecundado con un espermatozoide normal llevando un cromosoma Y ( 22 autosomas + Y) nos dará un individuo de constitución cromosómica 44 autosomas + XXY, conocido como Síndrome de Klinefelter, o sea machos con diversas características femeninas. Por el otro lado, la constitución cromosómica XO, proveniente, por ejemplo, de la fecundación de un óvulo normal ( 22 autosomas + X ) con un espermatozoide nulisómico para sus cromosomas sexuales ( 22 autosomas ) se conoce como Síndrome de Turner ( 44 Autosomas + XO ) y son individuos fenotípicamente de sexo femenino pero con ovarios y útero escasamente desarrollados, baja estatura, senos muy distantes, poco desarrollados y naturalmente, estériles. La frecuencia de ambos síndromes es bastante elevada, acercándose a 1 en 1000 de los nacidos vivos en el caso del Síndrome de Klinefelter y a 1 en 5000 nacidos vivos para el Sindrome de Turner. Cabe recordar que muchos de los abortos espontáneos (aproximadamente el 20%) son debidos a la condición XO del feto o Síndrome de Turner. La no disyunción de los cromosomas sexuales en la meiosis del macho, puede producir también espermatozoides con dos Y ( producto de una no- disyunción en la segunda anafase meiótica ), los que combinados al momento de la fecundación con un óvulo normal con un X dará un individuo cromosómicamente XYY, llamado Síndrome del doble Y, de amplia discusión, en pasado, debido a la posible asociación a conductas sexuales anómalas y comportamientos agresivos y antisociales. Todo comenzó con investigaciones realizadas en hospitales psiquíatricos de Suecia y de Escocia a comienzos de la década del '60, en donde la frecuencia de este síndrome en los internados en esos hospitales era mayor que en las poblaciones fuera de esos institutos. Si bien los datos no son concluyentes parecería ser que algunos científicos llegaron a la conclusión que la supuesta mayor agresividad de los machos con respecto a las hembras, en la especie humana, podría ser debido a la presencia del cromosoma Y, en donde se encontrarían los genes para la agresividad y las conductas antisociales, por lo que la presencia de un cromosoma Y de más aumentaría esa conducta. De cualquier manera se habla siempre de suposiciones pues los trabajos científicos realizados hasta el momento no llegan a una conclusión valedera debido a un no muy confiable análisis de los datos. Mutaciones cromosómicas Así como hemos visto que pueden existir variaciones en cuanto al número cromosómico de una determinada especie, los simples cromosomas pueden sufrir, debido a causas externas o internas al núcleo de la célula, distintos tipos de aberraciones que modificarán su estructura. Encontramos 4 tipos diferentes de aberraciones cromosómicas: Delecciones Comprende la pérdida de porciones de cromosomas. La pérdida de porciones de cromosomas tendrá mayor o menor efecto dependiendo de cuan grande es la porción perdida. Además las consecuencias en la funcionalidad de los gametos variarán si se trata de gametos animales o vegetales.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo En los primeros una delección podría no provocar grandes consecuencias en cuanto a su sobrevivencia si no involucra genes muy importantes, pero en vegetales, debido principalmente a las etapas de maduración que llevan a cabo los gametos antes de ser funcionales, una delección demasiado larga puede provocar alta mortalidad en los gametos femeninos o masculinos. El efecto genético de la delección nos lleva al fenómeno de la pseudodominancia, en donde la manifestación fenotípica de un gen recesivo hace pensar que está dominando sobre un alelo dominante y lo que verdaderamente ocurre es que el trozo donde se encontraba ese gen dominante ya no se encuentra. La manifestación citológica de esta alteración se presenta, en la profase meiótica, con la formación de un asa o anillo con el segmento del cromosoma que posee los genes de más. Duplicaciones Comprende la repetición o el agregado de segmentos de cromosomas a la estructura normal del mismo. En general, una duplicación no produce efectos tan deletéreos sobre el gameto o individuo que la lleva, como en el caso de las delecciones, ya que la constitución génica se encuentra en su totalidad, al contrario de lo que sucede en las primeras en donde falta material génico. La manifestación citológica de esta alteración, cuando ella es heterocigótica (o sea ocurre en uno solo de los cromosomas homólogos) se presenta en la formación de anillos conteniendo el o los trozos en exceso. Podemos concluir, entonces, que tanto las delecciones como las duplicaciones nos llevarán a la formación de nuevas formas fenotípicas, reducción de la sobrevivencia y disminución de la funcionalidad, dependiendo principalmente de la localización de la mutación, del tamaño de la misma y del rol de los genes involucrados. Inversiones Si consideramos un par de cromosomas homólogos en donde uno de ellos se encuentra normal y el otro se ha roto en dos lugares, el trozo se ha rotado 180° y luego vuelto a unir, podremos interpretar el concepto de una inversión. o A B / C D E F / G H I J o A B / F E D C / G H I J La manifestación citológica de una inversión es un anillo que comprende la zona invertida ya que el único modo de aparearse en sinapsis con el cromosoma normal es formando un asa con el segmento que tiene invertido. Si el segmento invertido no incluye al centrómero, como en el ejemplo, la inversión se llama paracéntrica. Por el contrario, cuando en el segmento invertido está incluido el centrómero, se llaman inversiones pericéntricas. La consecuencia genética principal, se ha dado en decir, es la supresión del entrecruzamiento y esto no es así pues el croosing-over ocurre normalmente aún en el segmento invertido, pero lo que ocurre es que no se observan los recombinantes pues ellos se eliminan o se pierden, pues algunos productos recombinantes no poseen centrómeros o poseen los dos y en la anafase se pierden o se cortan debido a las fuerzas de las fibras del huso y se producen grandes delecciones que no los hacen funcionales. Traslocaciones

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Librogen – Ernesto G. Pirillo Hay ocasiones en donde se produce un intercambio entre porciones de cromosomas no homólogos, o sea, en un cromosoma, por ejemplo el 1, se rompe una extremidad y en otro cromosoma no-homólogo, por ejemplo el 2, ocurre lo mismo, los pedazos se cambian y se unen a los cromosomas equivocados. Esto provocará una translocación del tipo recíproca. La manifestación citológica en el paquinema de la profase I mostrará un apareamiento en forma de cruz, formado por un cuadrivalente en vez de un bivalente, ya que éste es el único modo de poder aparearse. Supongamos una translocación recíproca entre dos cromosomas no-homólogos, uno de cada par sufre la translocación, por lo que se dice que ese individuo es heterocigótico para una translocación recíproca. Entonces los pares I y II quedarán como siguen:

normales

translocados

I

a b c d e. f g h i

a b c d e. f/ p q r

II

j k l. m n o p r

j k l. m n o/ g h i

La translocación involucra a los extremos de un cromosoma de cada par y cuando este individuo hará meiosis el único modo de aparearse en paquinema será en forma de cruz, en donde intervienen los cuatro cromosomas. Prosiguiendo en la meiosis, al producirse la anafase, los centrómeros homólogos comienzan a migrar hacia los polos y se producen las típicas configuraciones en forma de círculos o en forma de ocho, hasta que se produce la separación. Las consecuencias genéticas de las translocaciones se pueden observar a partir de la migración de los cromosomas a los polos y la posterior formación de los gametos. Así, por ejemplo, si a un polo migran los cromosomas I normal y II normal ese gameto será normal, pero por el otro lado, otro gameto contendrá los cromosomas I y II translocado, portando con ellos toda la constitución génica pero con posibles efectos de posición ya que ellos se encuentran unidos a cromosomas que no son los normales. Estos gametos son vitales pero producirán individuos estériles. Esto es el resultado de las figuras en forma de ocho en la anafase I. Si por el contrario la migración a los polos se realiza del siguiente modo: a un polo los cromosomas I normal y II translocado y al otro los I translocado y II normal, los gametos que se producirán llevan consigo amplias delecciones o duplicaciones afectando totalmente su funcionalidad. Esto es el resultado de las figuras en forma de círculo en la anafase I. Ejercicio: dibujar ambas configuraciones y ver qué gametos se obtienen. Entonces, la consecuencia principal de las translocaciones es la amplia letalidad gamética produciendo distintos grados de esterilidad. En el maíz, esta esterilidad se manifiesta en la funcionalidad de los gametos femeninos y masculinos, que provocará grandes deficiencias en el llenado de las espigas. En animales se dice que la letalidad es cigótica ya que un gameto portador de deficiencias o duplicaciones provenientes de las translocaciones generalmente son funcionales pero el cigoto es el que muere. Podemos concluir, con respecto a las mutaciones estructurales que hemos visto (delecciones, duplicaciones, inversiones y translocaciones) que la reducción o la anulación de la recombinación (no por falta de croosing-over sino por la no vitalidad de sus productos) sería la consecuencia genética más

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Librogen – Ernesto G. Pirillo importante, especialmente en las inversiones y en las delecciones y en menor grado en las translocaciones y duplicaciones. Además, como hemos podido ver en todos los casos observados, existe una amplia letalidad o subvitalidad de los productos meióticos, disminuyendo ampliamente la capacidad reproductiva del individuo que posee la mutación estructural. Mutaciones génicas Transversiones: son mutaciones debidas a la sustitución de una purina por una pirimidina o viceversa. Puede haber sustituciones de A por T o C, o viceversa y de G por T o C, o viceversa. Transiciones: son mutaciones debidas a la sustitución de una purina por otra purina ( A por G, o viceversa) y de una pirimidina por otra pirimidina ( T por C, o viceversa ). Estas mutaciones pueden manifestarse en modo espontáneo o bien ser inducidas por agentes químicos o físicos. Los agentes químicos pueden ser agrupados en tres categorías: 1) Análogos de las bases 2) Sustancias que alteran las bases de ADN 3) Acridinas 1) Son bases modificadas, como el 5 Bromo Uracilo, que es similar a la Timina y la 2 amino purina, que es similar a la Adenina. Estas sustancias pueden encontrarse en diversos "estados" que hacen que cambien sus configuración y por lo tanto si están incorporados a la molécula de ADN en el lugar, ya sea de la Timina en el primer caso, como de la Adenina en el segundo, el 5 Br Uracilo en algunos casos se apareará con la Guanina, produciendo una transición y la 2 amino purina se apareará con la citosina, produciendo una transversión. 2) El Acido Nitroso (HNO2) y la hidroxilamina (NH2 OH) son dos sustancias muy importantes en la alteración de la molécula del ADN, produciendo transversiones y transiciones. Además existen otras sustancias químicas que son importantes como mutágenos y cancerígenos que se encuentran en muchos ambientes de trabajo. 3) Las acridinas son sustancias que tienen la particularidad de introducirse entre las bases de la molécula de ADN produciendo un corrimiento de las bases originales. Entre los agentes físicos más importantes podemos citar a los 1) rayos ultravioletas 2) rayos X. 1) El efecto que producen los primeros se debe a la formación de los dímeros de Timina, o sea une a dos moléculas de Timina formando una pareja. Existen enzimas que pueden arreglar el daño hecho por los rayos ultravioletas separando las dos Timinas unidas, por lo que se repararía el daño.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo Por otro lado, existen otro tipo de enzimas que en vez de separar las moléculas de Timina unidas, directamente las eliminan dejando un agujero produciendo una delección o en algunos casos una incorporación de alguna base por medio de la DNA-polimerasa. Estos procesos se denominan de reparación del daño. Cuando este sistema de reparación de los daños efectuados por radiaciones UV no funciona en el humano aparece la enfermedad conocida como Xeroderma pigmentoso. 2) Con respecto a los Rayos-X su efecto parecería que tiene que ver con la intensidad, dosis y presencia de radicales libres en las células irradiadas.

A modo de conlcusión, se puede decir que en el concepto de mutaciones podemos englobar a diversos tipos de modificaciones, ya sea a nivel estructural, a nivel cromosómico o a nivel génico. Sobre las mutaciones génicas, a la luz de todo lo visto en la presente unidad, como en la de la estructura del material hereditario, se puede decir que una mutación significa en su mínima expresión, una variación en la secuencia nucleotídica del gen. Pero como hemos también visto esto no implica que el fenotipo cambie, pues por ejemplo, un cambio en el tercer nucleótido de muchos codones no afecta en nada la incorporación de un determinado aminoácido en una proteína ( p.ej.: los codones para la Treonina, la Prolina, etc.). Entonces podríamos hablar de mutación cuando la variación en la secuencia nucleotídica produzca algún cambio en la secuencia de aminoácidos de la proteína. Pero muchas veces la proteína cambia pero no cambia su función y por lo tanto no observamos un cambio a nivel fenotípico. Por lo tanto deberíamos hablar de mutación como un cambio de la secuencia nucleotídica que produce un cambio en la proteína, alterando su función y produciendo un fenotipo alternativo.

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11. GENÉTICA CUANTITATIVA

En las unidades anteriores hemos trabajado con características a las cuales les correspondían dos o

más formas alternativas, recordemos el caso de la primera Ley de Mendel en donde trabajando con la forma del tegumento de la semilla de la arveja los individuos se podían agrupar en dos clases bien definidas, liso y rugoso.

Luego, al tomar en cuenta otra característica como es el color de la semilla, amarillo o verde, obteníamos las clases correspondientes a la combinación de las mismas, en este caso cuatro clases bien definidas: amarillo-liso, amarillo- rugoso, verde-liso y verde-rugoso y ninguna más que ellas. Más adelante al hacer referencia a los grupos sanguíneos del sistema ABO, los individuos de una determinada población humana podían agruparse en cuatro clases bien definidas: aquellos del agrupo A, B, AB o O. De similar modo obteníamos clases fenotípicas bien definidas cuando hablábamos de la hemofilia o del daltonismo. En todos estos ejemplos podemos observar que la variabilidad entre los individuos es debida a uno o pocos genes que actúan produciendo los diversos fenotipos, que por otro lado, pueden ser agrupados en pocas clases bien diferenciables entre sí. Estos caracteres los llamamos caracteres cualitativos. Hay características que no permiten clasificar a los individuos en clases bien definidas y que para hacerlo se necesita de algún sistema de medición, por ejemplo, medidas de peso, de volumen, de distancia, etc. Estos caracteres, se dice, pueden presentar variablidad continua ya que las diferencias entre las clases no están bien definidas y esas clases se formarán de acuerdo al sistema de medición utilizado. Es así que, por ejemplo, si consideramos la estatura, este es un carácter con variabilidad continua, ya que las diferencias entre una altura y la otra dependerán del sistema de medición que utilizemos. Formaremos las distintas clases de frecuencias según nuestro sistema de agrupación, por ejemplo, clases de a 1 cm, o de a 5 cms. o de a 1 mm. A estos caracteres se los llama caracteres cuantitativos o métricos. A este grupo corresponden muchas características de gran importancia económica en agricultura y ganadería pues están directamente ligados al factor producción. Como ejemplos podemos citar producción de granos por hectárea, de leche por animal, el contenido de grasa de la leche, el peso al destete, la ganancia diaria, la fertilidad, etc. En el género humano también son de importancia y se incluyen en este grupo rasgos como la estatura, el cociente intelectual, patrón de dibujo de los dermatoglifos ( huellas dactilares ) y enfermedades como la esquizofrenia y la diabetes mellitus tipo I. Hasta hace muy poco, también se incluía dentro de este grupo el color de la piel. A partir de los estudios del grupo de Keith Cheng de la Pennsylvania State University, trabajando sobre el pez cebra, encontraron un gen que gobernaría la producción de melanina. Hasta hace un tiempo se consideraba que la producción de melanina, relacionada directamente con el color de la piel, estaba relacionada con más de 100 genes diferentes. (ver otras relaciones alélicas). Estos caracteres, a diferencias de los cualitativos, estarían gobernados por muchos genes con un efecto más o menos pequeño cada uno para formar el fenotipo final.

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La diferencia genética entre caracteres con variabilidad continua y caracteres con variabilidad discontinua está en el hecho que los primeros están asociados a la segregación de uno o pocos genes, mientras que los cuantitativos están asociados a la segregación de muchos genes. El primer experimento, que puso en evidencia la teoría por la cual los caracteres cuantitativos estarían gobernados por varios genes con efectos pequeños actuando en forma conjunta para la formación del fenotipo, fue sugerido por el investigador sueco Nilsson-Ehle en 1908 estudiando el color de los granos de trigo. Este carácter permite distinguir distintos grupos fenotípicos que van desde aquellos de color rojo intenso hasta aquellos de color blanco. Cruzando plantas provenientes de granos de color rojo intenso con plantas provenientes de granos de color blanco, Nilsson-Ehle obtuvo una F1 intermedia en cuanto al color de las cariopses. Siguiendo hasta la F2 pudo obtener una variedad de colores que era superior a las tres ya obtenidas. Es así que observó otras dos clases fenotípicas nuevas, que pudo diferenciar debido a una observación más detallada de los cariopses. Los resultados hasta ese momento quedan resumidos en el siguiente cuadro: fenotipos

rojo intenso

rojo

rojo intermedio

frecuencia fenotípica

1/16

4/16

6/16

rosado blanco 4/16

1/16

Debido a estos resultados el investigador sueco aventuró una explicación y entonces propuso que la transmisión del carácter color del grano de trigo estaba gobernada por dos genes con sus dos copias de alelos, o sea había dos genes que estaban actuando sobre el mismo carácter. Si llamamos a estos genes por R1 y R2 podemos graficar el cruzamiento realizado, del siguiente modo: P

R1 R1 R2 R2

x

rojo intenso F1

r1r1r2r2 blanco

R1r1R2r2 rojo intermedio

F2

R1R1R2R2

R1R1R2r2 R1R1r2R2 R1r1R2R2 r1R1R2R2

R1r1R2r2 R1r1r2R2 r1R1R2r2 r1R1r2R2 R1R1r2r2 r1r1R2R2

rojo intenso

rojo

rojo intermedio

R1r1r2r2 r1R1r2r2 r1r1R2r2 r1r1r2R2

r1r1r2r2

rosado

blanco

La variabilidad observada en la F2 es la resultante de la segregación de dos genes, cada uno con dos alelos, R que agregaría pigmento al fenotipo y r que no lo haría. Es así que la intensidad del color del grano dependerá de la cantidad de alelos R que ese genotipo contenga. En el caso arriba mencionado hemos podido diferenciar cada uno de los genotipos correspondientes a cada uno de los fenotipos pues estamos considerando solamente dos genes. En el caso de un carácter que esté gobernado por 5, 10 ó más genes actuando simultáneamente en la formación de un fenotipo eso sería casi imposible. En estos casos la identificación de las clases fenotípicas que corresponden a cada clase genotípica es cada vez más difícil y a medida que avanzamos en la cantidad de alelos involucrados nos acercamos cada vez más a una distribución normal, simétrica y continua.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo Podemos calcular las clases de frecuencias a partir del desarrollo del binomio ( p + q )n en donde p y q son las frecuencias de los alelos de cada gen, "p" es la frecuencia del alelo que agrega valor al fenotipo (en el anterior ejemplo el alelo R) y "q" es la frecuencia del alelo que no lo hace (en el anterior ejemplo el alelo r), y "n" son los alelos involucrados. Si está actuando un gen será n=2; si lo hacen dos genes n=4, etc. Ejemplo: para n = 2 p = 1/2 q = 1/2 ( p + q )2 = p2 + 2pq + q2 = ¼ ; ½ ; ¼ para n = 4 p = 1/2

q = 1/2

( p + q )4 = p4 + 4p3 q + 6p2 q2 + 4p q3 + q4 = 1/16; 4/16; 6/16; 4/16; 1/16 Comparemos los resultados del experimento sobre el color del trigo de Nilsson-Elhe, con el desarrollo del binomio ( p + q )4 y podremos observar como a cada clase de frecuencia le corresponden los respectivos genotipos. A la primera solo uno de 16 ( 1/16 ) genotipos, a la segunda 4, a la tercera 6, a la cuarta 4 y a la quinta clase sólo uno. Los coeficientes del desarrollo del binomio se pueden extraer del Triángulo de Tartaglia que tiene la siguiente configuración: 1 1 1 1 1 1 1

2 3

4 5

6

1

3 6

10 15

1 4

10 20

(p+q)2 1 gen con sus 2 alelos

1

5 15

(p+q)4 2 genes con sus 2 alelos

1 1 6

1

(p+q)6 3 genes con sus 2 alelos

La cantidad de genotipos en cada clase de frecuencia se corresponde con los coeficientes del desarrollo de dicho binomio y el modo en que están formados los genotipos está indicado por cada clase, por ejemplo, p4 está indicando que esa clase está formada por genotipos con 4 alelos que agregan valor; ( p2 q2 ) está indicando que esa clase fenotípica está formada por individuos con dos alelos que agregan valor y dos que no lo hacen y así todas las demás clases. ¿ Cuántos genotipos distintos dan como fenotipo trigos color Rojo intermedio en el experimento antes mencionado ?. Primero tenemos que considerar que el fenotipo Rojo intermedio se forma con dos alelos "R", que agregan color, y dos alelos "r" que no lo hacen. Por lo tanto, la clase de frecuencia que debemos buscar es la que corresponde a ( p2 q2 ). De la distribución del binomio vemos que el coeficiente que corresponde a esa clase de frecuencia es "6", por lo tanto habrá 6 posibles genotipos que darán el fenotipo Rojo intermedio, ( o más propiamente 6/16 ).

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R1 r1 R2 r2 R1 r1 r2 R2 r1 R1 R2 r2 r1 R1 r2 R2 R1 R1 r2 r2 r1 r1 R2 R2

.A partir de estas consideraciones, y algunas que veremos enseguida, se formuló la teoría poligénica de los caracteres cuantitativos. En contraposición a los factores (como se los denominaba en un principio a los genes) que realizan el control genético de los caracteres cualitativos, u oligogenes, están los poligenes que son los factores que controlan genéticamente los caracteres cuantitativos o a variabilidad continua. Mather, en 1939, enuncia el concepto de sistema poligénico para representar a todo el conjunto de poligenes o factores que intervienen en la manifestación de un caracter determinado a variabilidad continua. En un sistema poligénico el número de factores es muy grande y contribuye con una pequeña parte de la variabilidad total. Es así que la formación de un determinado fenotipo puede deberse a distintas combinaciones de estos poligenes. Además, aparece otro factor como modificador de la expresión de un genotipo, que es el ambiente, de suma importancia en estos sistemas. La contribución del ambiente en un sistema poligénico fue descrita por primera vez por Johannsen, en 1903. Efectivamente, este investigador realizó sus experimentos con porotos y pudo demostrar que un carácter a variabilidad continua, como el peso de las semillas, era determinado por factores heredables y por factores no heredables. A partir de la variedad comercial de poroto Princess, en la cual se encontraba una gran variabilidad en cuanto al peso de la semilla, este investigador logró obtener líneas que en posteriores generaciones no presentaban variación en su peso medio, o sea, se habían estabilizado. Así logró diferenciar 19 líneas puras que variaban en su peso medio de la semilla, yendo desde la línea 1 con un peso medio de 64,2 cg. a la línea 19 con 35,1 cg. Lo sorprendente de este experimento fue la demostración que, dentro de cada línea homocigótica, había una notable variación en lo que se refería al peso de las semillas tomadas individualmente. Debido a estos datos Johannsen concluyó que, por un lado, al no tener más efecto la selección dentro de cada línea había un componente genético que determinaba que cada línea se diferenciara de las otras por su peso promedio. Por el otro lado, la determinación fenotípica estaba influenciada por otros factores no genéticos, o sea ambientales, como quedaba demostrado por la variabilidad del peso de la semilla dentro de las líneas puras. Posteriormente, en 1913, Emerson e East, trabajando sobre el largo de la espiga de maíz en cruzas entre variedades de espiga larga y espiga corta, y los trabajos de East (1915) con líneas puras de tabaco y con el carácter largo de la corola, demostraron la validez del modelo polifactorial para explicar las características hereditarias de los caracteres métricos. Además pusieron en evidencia que la transmisión de los genes según el esquema mendeliano era suficiente para explicar la variabilidad que se observaba en las diversas generaciones a cargo de los caracteres métricos.

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12. ANÁLISIS DE LOS CARACTERES MÉTRICOS

E

videntemente, el método mendeliano no es el adecuado para el análisis de los sistemas génicos de los caracteres métricos ya que la segregación de un único gen no puede ser observada en modo separado de la segregación de otros genes que también controlan el mismo carácter y además en los caracteres métricos o cuantitativos se deberá tener en cuenta las variaciones que producen sobre los genotipos los efectos del ambiente. Los métodos adecuados para este análisis son los métodos estadísticos llamados biométricos, como ser la correlación, la regresión, el análisis de la varianza, etc. que permiten estudiar las unidades de un sistema poligénico en su conjunto y de obtener informaciones sobre la importancia relativa del genotipo y del ambiente en la determinación de las diferencias fenotípicas de los individuos de una población y las características hereditarias de los factores involucrados, como ser acción génica, localización de los bloques de poligenes, etc. Las informaciones obtenidas pueden ser utilizadas para hacer previsiones acerca de la transmisión de determinadas características de los padres a la progenie y realizar evaluaciones futuras en una población donde actúe la selección natural o artificial. Descomposición de la varianza Los métodos estadísticos que se utilizan para el análisis de la variabilidad continua se basan en las propiedades de la distribución normal o curva de Gauss con la cual es posible obtener una buena aproximación a la distribución de frecuencias de un determinado carácter métrico. La distribución normal es una curva continua, simétrica y definida por una función matemática. Los parámetros característicos de esta distribución son: la media ( µ ) y la raíz cuadrada de la varianza, llamada desviación standard ( d ). Las frecuencias correspondientes a cada valor de X estarán dados por las ordenadas en el eje de las Y. A partir de los datos de una muestra se pueden estimar los valores de la media y de la varianza de la población en estudio del siguiente modo:

n Σ _

xi

i=0

media x = __________ N n Σ

( xi - x )2

i=0

varianza V = __________ N-1 donde

Σ indica sumatoria, X el valor fenotípico y N el número total de individuos considerados.

Haciendo esto, nosotros estamos estimando a partir de los valores X y V los valores µ población.

y

d de la

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Librogen – Ernesto G. Pirillo La varianza y la desviación standard son dos medidas de la variabilidad de los datos, o sea, que valores muy altos de estos parámetros indicarán que los individuos considerados son muy diferentes unos de otros en lo que respecta el valor (x). Cuando las diferencias entre los individuos están determinadas tanto por diferencias hereditarias como por diferencias debidas a condiciones ambientales, la varianza observada puede descomponerse en dos partes. Si consideramos que el genotipo es el conjunto de los genes de un individuo y que el ambiente es el conjunto de las causas no hereditarias que influencian la expresión del genotipo, el valor fenotípico (x) puede ser representado por la siguiente ecuación: x=g+e donde "g" es el valor genotípico y "e" la desviación ambiental. Es así que de acuerdo a esta ecuación la varianza fenotípica ( Vp ) de una población de individuos genéticamente distintos y afectados por factores ambientales variables entre un individuo y otro, puede ser descompuesta en dos partes: VP

= VG + VE

donde VG es la varianza debida a las diferencias hereditarias y VE aquella atribuible a causas ambientales. Una situación favorable para el cálculo de cada parte de la varianza fenotípica se da cuando los grupos en objeto están formados por individuos genéticamente homogéneos, como ser en el caso de líneas puras o de progenies clonales. En el caso del género humano y en muchos animales una situación de este tipo se da con los gemelos o mellizos monocigóticos. En todos estos casos la parte de la varianza genética es nula (= 0 ) y por tanto toda la variabilidad fenotípica observada va a deberse a causas ambientales. Coeficiente de determinación genética (heredabilidad en sentido amplio) Es el cociente entre la varianza genética y la varianza fenotípica: h2B = VG / VP El significado de esta relación consiste en que constituye un índice de la importancia que tiene el genotipo como causa de las diferencias fenotípicas entre los individuos de la población. El valor puede variar entre cero y uno. Será cero ( 0 ) cuando las diferencias entre los individuos sea determinada sólo por los factores ambientales, y uno ( 1 ) cuando las diferencias sean debidas sólo a causas genéticas. Debemos decir que la heredabilidad no es una característica del individuo sino de la población a la cual pertenece y en las condiciones ambientales en la cual fue estimada. Descomposición de la varianza genética La descomposición de la varianza fenotípica en dos partes, la genética y la ambiental puede ser importante cuando queramos saber la medida de la importancia del genotipo como causa de las diferencias entre los individuos de una población.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo Por otro lado, nuestro objetivo puede ser evaluar la transmisión de un dado carácter desde los padres a sus hijos, capacidad de padres altos de generar hijos altos, o padres gordos hijos gordos, etc. Es entonces que ya no podemos hacer referencia a la varianza genética (que, como vimos, medía las diferencias de los genotipos) pues los genotipos de los padres no pasan directamente a sus hijos, sino que son los genes los que lo hacen. Los genotipos que se forman en la progenie dependerán de cómo los genes se organizan en los gametos. Por lo tanto, si se quieren hacer previsiones a cerca de la transmisibilidad de un determinado carácter, es necesario tener una medida de las diferencias genéticas que son transmitidas de padres a hijos, o sea, de las diferencias determinadas por cada gen individualmente, independientemente de las combinaciones genotípicas. Estas informaciones pueden obtenerse a través de la descomposición de la varianza genética en partes atribuibles a las diversas acciones génicas que contribuyen al grado de parecido entre parientes. Anteriormente teníamos que VP = VG + VE La VG a su vez se puede dividir en dos partes: VA y VD Donde VA, varianza aditiva o varianza entre valores reproductivos, representa aquella parte atribuible a los efectos medios de los diversos alelos en sí mismos, independientemente de la combinación genotípica en que se encuentran y VD, o varianza debida a los efectos de la dominancia entre los alelos De acuerdo a esta última subdivisión de la varianza genética podemos reformular la ecuación anterior como sigue: VP = VA + VD + VE Heredabilidad en sentido estricto La proporción de la varianza fenotípica total debida a los efectos aditivos de los genes representa la heredabilidad del carácter bajo estudio. Se denomina heredabilidad en sentido estricto ( narrow sense ) para distinguirla de la heredabilidad en sentido amplio ( broad sense ) pues tiene en cuenta solamente la parte de la varianza genética atribuible a diferencias entre los valores reproductivos de los genes: h2N = VA / VP h2B: heredabilidad en sentido amplio. Sirve para evaluar en que grado el valor fenotípico está expresando el valor genotípico. h2N : heredabilidad en sentido estricto. Sirve para evaluar el grado de precisión con que el valor fenotípico estima el valor reproductivo. Obviamente, que si debemos hacer predicciones acerca del grado de semejanza entre parientes o previsiones sobre determinadas características de las generaciones futuras, deberemos utilizar la h2N, porque en esta se tiene en cuenta, solamente, la parte fijable de la varianza que estima el valor reproductivo de un determinado fenotipo.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo Si bien los valores de h2 son específicos para la población en estudio y bajo las condiciones experimentales y no deben extrapolarse a otros casos, generalmente se presentan tablas con los valores de heredabilidades de los caracteres más comúnmente trabajados en selección y que son fruto de recopilaciones de distintos trabajos de investigación en todo el mundo, lo cual permite tomar a esos valores, presentados en las siguientes tablas, como representativos para ser utilizados en los cálculos. Es común considerar a los valores de h2 en la siguiente escala arbitraria:

0 - 0.14

baja

0.15 - 0.29

media

0.30 - 1

alta

A continuación se presentan a título de ejemplo, algunos valores de heredabilidad en distintos grupos de animales y vegetales. ganado para carne peso al nacer

0.40

concentración del semen

0.37

peso al destete

0.61

terneza

0.61

calidad del semen

0.14

porcentaje de partos

0.07

vigor

0.13 ganado lechero

peso al nacer

0.60

producción de leche

0.32

cantidad de leche/año

0.20

total de sólidos en leche

0.50 ganado lanar

peso al nacer

0.30

peso al 1er. año

0.40

peso lana limpia al 1er año

0.35

cara cubierta

0.55

producción de gemelos

0.10

largo del vellón

0.40 ganado porcino

número de cerdos al destete

0.12

peso individual a 180 días

0.30

longitud del cuerpo

0.60

longitud de las patas

0.65

espesor de la grasa posterior

0.50

% de jamón

0.45

nº de tetillas

0.60 pollos

producción de huevos

0.30

peso del cuerpo a 15 días

0.40

peso del cuerpo a 10 semanas

0.40

peso de la albúmina

0.57

peso de la yema

0.07 tomate

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Librogen – Ernesto G. Pirillo

producción promedio por planta

0.02

peso promedio del fruto en gr.

0.80

nº de frutos por planta

0.04

precocidad

0.20 ají

producción promedio por planta

0.01

nº promedio de frutos por planta

0.02

precocidad

0.03

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Librogen – Ernesto G. Pirillo

13. MEJORAMIENTO TRADICIONAL Introducción

Para comenzar a hablar de mejoramiento, tanto vegetal como animal, tenemos que tener bien presente el concepto desarrollado en el capítulo 14, sobre la selección, porque en ella se encuentra la base misma del mejoramiento genético. En un primer momento los investigadores realizaban el mejoramiento de las especies de utilidad, tanto vegetales como animales, sin conocer muchas de las bases genéticas que ahora poseemos y que nos han permitido desarrollar especies aplicando técnicas de observación y de evaluación que antes eran desconocidas. Sin embargo, debemos reconocer que el trabajo del mejorador en la selección de los mejores individuos, aunque sin una tan amplia base científica como la conocida en la actualidad, permitió sentar las bases del moderno mejoramiento de las especies. En la actualidad no se puede pensar en un mejorador sin conocimientos de genética, botánica, fisiología, bioquímica, patología, estadística, además de la natural capacidad de observación, con lo cual el mejoramiento no es una ciencia solitaria, individual, sino que se nutre de otras ciencias para que, en un conocimiento global, sea aplicada con el objetivo de mejorar especies que tengan importancia agronómica. A continuación describiremos brevemente los principales métodos aplicados al mejoramiento vegetal y animal, también denominados métodos tradicionales de mejoramiento. En la unidad sobre biotecnología encontraremos los métodos modernos de mejoramiento, o incorporación de genes específicos mediante técnicas de ingeniería genética en vegetales y en animales. Los productos obtenidos con esos métodos son los vegetales y animales transgénicos, o como también se los denominan, organismos genéticamente modificados (OGM). En realidad, no se debería hablar de métodos tradicionales y métodos modernos por separado ya que en la obtención de una nueva variedad, muchas veces se utilizan ambos, o sea, en un primer momento se introducen genes mediante técnicas de ingeniería genética y luego se realizan diversos ciclos de selección utilizando algunos de los métodos que se describen a continuación.. Variedad Todos, de alguna u otra forma, conocemos el término variedad (especialmente referido a vegetales) o de líneas o cepas cuando hablamos también de animales, pero qué significan estas palabras tan utilizadas en el campo de la agronomía. Trataremos de dar una pequeña explicación para su comprensión y luego explicar, en forma simple, algunos de los métodos para su obtención. Si consideramos la taxonomía de una especie determinada, por ejemplo la alfalfa, podríamos escribirla del siguiente modo: Reino: Vegetal División: Espermatofita Subdivisión: Angiosperma Clase: Dicotiledonea Sub-clase: Arquiclamidea

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Librogen – Ernesto G. Pirillo Orden: Rosales Familia: Leguminosae Sub-familia: Papilionoidea Género: Medicago Especie: sativa Variedad agronómica: Monarca SP-INTA / Esmeralda SP-INTA, etc. Una variedad agronómica es un grupo de individuos que tienen características sobresalientes para los cuales el fitomejorador los ha elegido. Estas características pueden deberse a combinación de genes simples o a poligenes. Estas combinaciones darán a ese grupo de plantas el desarrollo más favorable en determinadas situaciones de cultivo y en esas condiciones las plantas podrán expresar o manifestar todo ese potencial que llevan en sus genes, los cuales el genetista ha logrado ubicar en un mismo grupo de individuos, llamado variedad. El fitomejorador ha seleccionado en un primer momento, miles de líneas que responden a determinadas características, prueba esas líneas experimentalmente, selecciona la o las mejores y entonces sí las multiplica y las distribuye en forma comercial a los agricultores para su cultivo con el nombre de una variedad. Como Uds. pueden observar o intuir, este trabajo es una tarea lenta, paciente, de muchas observaciones y pruebas, que darán su fruto luego de largos años de trabajo. Métodos de mejoramiento en especies con autofecundación En las especies con autofecundación los principales métodos de mejoramiento se pueden resumir en:

• Introducción de material • Selección • Hibridización Introducción de material. Mediante este sistema es como se desarrollaron los principales cultivos de los cuales ahora el hombre hace uso para la alimentación En América los inmigrantes del Viejo Continente trajeron las primeras semillas de cultivos como ser el trigo, la avena, arroz, sorgo, alfalfa, soja, etc. Por el otro lado, los cultivos originarios de esta parte del mundo, como ser el maíz, la papa, el tabaco, el tomate, etc. fueron llevados a otros países para así desarrollarse en otros ecosistemas, diversos a los de origen. Actualmente se han organizado fuentes de reserva de germoplasma de las distintas especies originarias de todas las partes del mundo para así poder armar colecciones mundiales de especies tanto silvestres como cultivadas. Es muy importante para futuros trabajos de mejoramiento, que estos centros mundiales de germoplasma posean todas las condiciones para conservar en buen estado a lo largo del tiempo el germoplasma existente y aquel que se vaya incorporando. Selección. Como hemos dicho anteriormente, la selección es el método más antiguo de mejoramiento y producción de nuevas variedades. Debemos distinguir, de cualquier manera, entre selección natural, ejercida por la naturaleza a lo largo del tiempo y selección artificial, realizada por el hombre con un objetivo determinado Los métodos de selección que el hombre utiliza para la producción de nuevas variedades son variados pero los podemos resumir en dos: a) selección masal

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Librogen – Ernesto G. Pirillo b) selección de líneas puras a) selección masal: mediante este sistema se seleccionan los mejores individuos de un determinado grupo de plantas y se mezcla su semilla para así formar un grupo de genotipos más o menos similares para una determinada característica. Este tipo de selección tiene eficacia cuando estamos seleccionando caracteres simples que podemos observar fácilmente, pero es ineficaz para aquellos caracteres cuya base genética es amplia y por lo tanto están gobernados por muchos genes, o sea características cuantitativas que no pueden evaluarse por la simple observación de las plantas. En la selección masal las plantas se seleccionan tomando como base su fenotipo y mezclando la semilla que producen esos individuos. b) selección de líneas puras: a partir de la selección de una espiga de una planta de un cultivo que se propaga por autofecundación podemos desarrollar una nueva variedad. El médodo es simple pero largo y se presupone que la planta seleccionada sea homocigótica para todos los pares de genes, esto en la realidad rara vez es cierto pero podemos acercarnos bastante a ello. La variedad resultante será mucho más uniforme que una variedad obtenida por selección masal ya que las plantas que se obtendrán serán exactamente iguales entre sí. En este método de selección la unidad de selección es la planta individual o la espiga luego de lo cual se requieren varias pruebas de progenie para observar el comportamiento del cultivo. Los principios aplicables a este método de selección ya fueron expuestos en el capítulo de genética cuantitativa y específicamente con la teoría de la línea pura de Johanssen. Hibridización. Mediante este método combinamos en una nueva variedad las características deseables de los progenitores. Si las variedades progenitoras son líneas puras todos los descendientes serán heterocigóticos en la F1, pero idénticos entre sí. La segregación de los caracteres recién comenzará a partir de la F2 y el grado de homocigocidad disminuirá el 50% en cada generación como se verá en el capítulo “endogamia y heterosis” Métodos de mejoramiento en especies de fecundación cruzada Los principales métodos para el mejoramiento de las especies a fecundación cruzada se pueden agrupar en los siguientes:

• • • •

Introducción Selección Variedades sintéticas Hibridización

Introducción. Similar al método de mejoramiento para especies de autofecundación. Selección. En estas especies los métodos de selección difieren de aquellos utilizados en las especies de autofecundación Aquí raramente se seleccionan plantas individuales para formar una nueva variedad ya que al ser heterocigóticas no mantendrán las características de los progenitores en la progenie resultante. Debido a ello es que los métodos de selección en estas especies son, además de la selección masal, métodos de prueba de progenie, selección recurrente, etc.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo Variedades sintéticas: una variedad sintética sería, en palabras simples, una mezcla de genotipos que se combinan bien entre sí. La mejora de plantas alógamas se basa en la utilización controlada de la heterosis que aparece en los híbridos entre ciertos genotipos. Esta utilización controlada de la heterosis ha tenido su mayor desarrollo en el maíz, especialmente en la producción comercial de variedades híbridas. Sin embargo, existen casos en que no resulta económicamente ventajoso, por su costo, la utilización de semilla de primera generación. Cuando esto ocurre, las variedades sintéticas pueden ofrecer una buena oportunidad para la utilización controlada de una apreciable cantidad de heterosis. Las variedades sintéticas tendrían dos ventajas muy importantes, especialmente en zonas marginales para determinado cultivo: - Los productores no tienen que comprar cada año semilla híbrida cara, pudiendo guardar las mejores espigas seleccionadas del cultivo del año anterior para la temporada siguiente. - Generalmente, las sintéticas toleran mejor las inclemencias ambientales debido a su mayor variabilidad y a su adaptabilidad más amplia. Además, como representan una fuente y una reserva valiosa de genes apreciables, se utilizan con mucha frecuencia como poblaciones de material genético para la extracción de nuevas líneas puras. Para la formación de la nueva variedad sintética deberemos elegir el material que la formará teniendo en cuenta las características que queremos que posea la nueva variedad y midiendo la aptitud combinatoria de los genotipos que la formarán siguiendo diversos métodos de trabajo. Hibridización. Aquí consideraremos únicamente la utilización del fenómeno del vigor híbrido o heterosis. Como ya hemos dicho, el aumento en vigor, adaptación, rendimiento, tamaño, etc. en una progenie, comparándola con sus progenitores, se llama vigor híbrido o heterosis. El método se aplicó con éxito por primera vez en el maíz, pero actualmente se ha extendido a otras especies como ser sorgo, girasol, zapallo, etc. En un primer momento para la producción en gran escala de maíz híbrido debían eliminarse las partes masculinas (panojas) de las líneas que serían utilizadas como progenitor femenino, para que no se produjera autofertilización. Actualmente, en la producción de híbridos se utiliza la esterilidad masculina que permite disminuir en gran medida los costos de producción de la semilla híbrida. El resultado de la cruza de dos líneas puras de maíz producirá una progenie conocida como híbrido simple. A su vez, la cruza de dos híbridos simples producirá un híbrido llamado híbrido doble, en cuya formación intervienen cuatro líneas puras, dos por cada progenitor híbrido simple. En el caso que uno de los progenitores fuera un híbrido simple y el otro una línea pura a la progenie resultante se la denomina híbrido triple. Métodos de mejoramiento en especies de propagación asexual Hay muchas especies que si bien producen semillas lo hacen en una forma muy deficiente o bien es muy difícil su propagación, por lo tanto se deberán mejorar mediante sistemas de selección de los clones que nos interesan y una posterior hibridización, o bien el desarrollo de dichos clones en sí mismos. Una de las especies de gran importancia económica, en la que más se utilizan estos métodos es la caña de azúcar. Métodos de mejoramiento en especies animales

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Librogen – Ernesto G. Pirillo Mencionaremos, a grandes rasgos, algunos de los métodos que siguen generalmente los productores para mantener sus planteles o rodeos, de acuerdo a elección. Cuando consideramos métodos de mejoramiento en especies animales nos referimos principalmente a aquellos animales de importancia económica y superiores, como ser el ganado vacuno, lanar, caballar, cerdos, conejos, aves, etc. en los cuales los dos sexos se hayan separados en individuos distintos. Podríamos considerar tres clases distintas de mejoramiento:

• • • •

Por endocría Por exocría Cruzamientos entre razas Híbridos interespecíficos

Por endocría: bajo esta denominación se denomina la cría consanguínea, o sea el apareamiento de animales más estrechamente emparentados que la media de la población bajo estudio. En este sentido la población bajo estudio deberá entenderse como la raza de los animales que estamos reproduciendo. Este tipo de apareamiento es utilizado cuando queremos perpetuar algunas características interesantes en un grupo de animales haciéndolos lo más uniformes posibles con respecto a esos caracteres o para fijar una raza determinada. Este tipo de apareamientos consanguíneos deberá realizarse con sumo cuidado, ya que al estar seleccionando para una característica deseable podrían aparecer caracteres no deseables que son recesivos y que ahora, debido a las uniones consanguíneas se han vuelto homocigóticos y se manifiestan en los descendientes. Un productor que explota una raza pura deberá formar su plantel de hembras e introducir cada tanto un macho de origen distinto para así producir lo que los productores denominan como "refrescar la sangre" (término no muy apropiado desde el punto de vista genético ya que la sangre no se transmite sino que son los gametos los que pasan de generación en generación). Existen diversos métodos, como ser consanguinidad en línea única, en dos o tres líneas, rotativo, etc. Generalmente, unido a un sistema de mejoramiento por endocría va unido un método de cruzamientos para la obtención de animales superiores desde algún punto de vista productivo, como por ejemplo, la producción de carne, pelo, leche, etc. Por exocría: Contrariamente a lo que sucedía en la endocría, en este sistema los apareamientos se realizan entre animales poco emparentados con respecto a la media de la población Al realizarse cruzamientos entre individuos poco emparentados se está favoreciendo, generalmente, la heterosis de igual modo que ocurre como ya visto en vegetales. Este sistema se realiza, por ejemplo en el ganado vacuno, fundamentalmente con fines de producir buenos animales para enviar al mercado y no para su utilización como reproductores. Cruzamientos entre razas: también conocido como crossbreeding, es el cruzamiento entre animales pertenecientes a dos razas distintas ( pero de la misma especie ), por ejemplo: hembras Shorton y machos Aberdeen Angus, en el ganado vacuno Generalmente es utilizado para unir en un animal las características favorables de cada una de las razas.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo Al igual que lo visto para la exocría el valor como reproductor de los individuos obtenidos desciende, pero en contrapartida mejora la calidad individual debido a la manifestación que realizan los genes dominantes favorables para características importantes desde el punto de vista del mercado. Debido a la heterosis, se forman individuos interesantes, por ejemplo en cuanto a la fertilidad. Muchas veces estos animales híbridos se utilizan como reproductores cruzándolos con animales puros. Se forman lo que se conoce como animales provenientes de una cruza triple, en donde es deseable que se manifiesten los mejores genes provenientes de las tres razas intervinientes. Este sistema es muy utilizado en la producción de aves para la producción de huevos y en cerdos para la producción de lechones. Híbridos interespecíficos: el principal producto obtenido a partir de la cruza de animales provenientes de distintas especies es la mula, producida a partir del apareamiento de una yegua con un asno. El producto del cruzamiento inverso (burdégano) también es posible realizarlo pero no es superior a la mula. También en este rubro debemos nombrar, solamente a título informativo, los cruzamientos entre, por ejemplo, vacuno de razas europeas y el bisonte americano, caballos y cebras, gallinas y faisanes, pavos y gallinas, ovinos y cabras, etc.

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14. SELECCIÓN Respuesta a la selección

E

videntemente, en el campo agrícola-ganadero una situación de mucho interés para el productor será aquella de poder elegir o seleccionar individuos superiores para un determinado carácter para utilizarlos como progenitores para la próxima generación. Se espera una mejora, que puede ser una ganancia en la manifestación del carácter, como por ejemplo, mejorar el peso al nacimiento o cantidad de grasa en la leche o precocidad en la floración, etc. o puede involucrar una disminución de determinados caracteres, de generación en generación, como por ejemplo, un productor puede desear disminuir el diámetro de las flores o el largo de las patas de su ganado, etc. Por lo tanto, en cada caso particular se deberán seleccionar los individuos " superiores" para utilizarlos como padres para la próxima generación. La respuesta a la selección efectuada se verá materializada si tenemos en cuenta, además de la elección de los individuos adecuados, el valor de la heredabilidad del carácter bajo estudio, pues como vimos anteriormente, la heredabilidad representa el valor reproductivo de un determinado fenotipo, por lo tanto tendrá relevante importancia en el cálculo de nuestras predicciones con respecto a la respuesta que esperamos obtener al realizar una determinada selección. En términos generales, podríamos resumir lo anterior en la siguiente ecuación:

R = h2 . S R = respuesta a la selección o ganancia genética. h2 = heredabilidad del carácter a mejorar. S = Diferencial de selección, que corresponde a la diferencia entre el valor fenotípico medio de los individuos seleccionados como progenitores y la media de la población a la cual pertenecen. Ejemplo: Supongamos que un productor de cerdos quiere mejorar genéticamente el peso de sus animales a los 180 días. El peso promedio de sus animales a esa edad es de 65 kg. La heredabilidad del carácter es de 0.3. Dicho productor elige como reproductores para la próxima generación animales con peso promedio de 75 kg. ¿Qué ganancia genética espera tener en la próxima generación? S = 75 - 65 = 10 kg. R = 0.3 x 10 = 3 kg. En la próxima generación este productor espera obtener, a partir de la selección de individuos superiores y debido a una heredabilidad media alta del carácter a seleccionar, una ganancia de 3 kg. en el peso promedio de los animales a los 180 días. O sea, que el peso promedio de sus cerdos a los 180 días habrá pasado, en términos generales, de 65 kg. a 68 kg. Metodos de selección Selección individual o masal: en este método se seleccionan los individuos de acuerdo a las características deseadas. El método resulta eficaz en el caso de caracteres con alta heredabilidad, pues estamos seleccionando a partir del fenotipo. La Respuesta a la selección se verá incrementada debido a la posibilidad de selección en ambos sexos. En el caso que la heredabilidad del carácter fuera baja este método nos brinda una escasa respuesta pues en este caso la VP es mayor con respecto a los métodos que tienen como unidad de selección la familia de individuos.

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Selección por familia: en este método la unidad de selección es un grupo de individuo estrechamente relacionados entre sí. La ventaja principal de la selección por familia con respecto a la selección masal es que los genotipos son evaluados sobre la base de las medias familiares estudiadas en parcelas o bloques repetidos. Cuando estas pruebas se realizan en diversos ambientes nos permite tener en consideración los efectos del ambiente y las interacciones genotipo-ambiente y de esta manera disminuir la varianza fenotípica y por lo tanto obtener una mayor respuesta a la selección. La selección por familias es más eficaz para caracteres con baja heredabilidad. Selección con Prueba de Progenie: en este método se calcula el valor de un individuo en base al comportamiento de su progenie. Tiene mucha utilidad en animales y en rasgos que • se expresan en uno sólo de los sexos, • se deben medir luego de sacrificado el animal, como por ejemplo, la calidad de la carne. Se mide el valor de un determinado animal en base a la calidad de la carne de su progenie • las h2 son bajas y por lo tanto la selección invididual tendría poco efecto. Los animales a ser juzgados deben llegar a la madurez sexual para poder cruzarlos y la progenie debe ser tratada en forma homogénea para poder eliminar los efectos de variabilidad ambiental. La información a partir de la prueba de progenie puede ser utilizada para el cálculo del "índice de igualdad progenitora": Valor semental (IIP) = 2 ( x de la progenie) - ( x de los progenitores) Selección por más caracteres: cuando debamos realizar la selección por más de un carácter se puede realizar de los siguientes modos: • "tandem": la selección se aplica alternativamente de generación en generación para cada carácter tomado individualmente. Resulta eficaz cuando la selección por un carácter, llevada a cabo por algunos ciclos, no altera la variabilidad de los otros. • niveles de elección independiente:selección simultánea para todos los caracteres, con la eliminación de los individuos que no superen determinados niveles mínimos para cada una de esas características • el uso de un Índice de Selección: aquí la selección se realiza sobre varios criterios simultáneamente. Cuantos más son los rasgos seleccionados menor es la presión de selección que se puede ejercer sobre cada rasgo. En este método el criador seleccionará a los individuos en base al "mérito total", individuos que de otra manera no hubieran sido seleccionados Con los primeros dos métodos se seleccionan individuos que superan cierto valor mínimo para un solo rasgo. Con un índice de selección los individuos se eligen en base al mérito total de dos o más rasgos. Como se trata del mérito total se trata de llevar todo a un solo valor representativo del valor genotípico de ese individuo. Eso es el índice de selección. De este modo se podrán comparar a los individuos sobre una base relativa. Hay varios métodos para construir un índice de selección. Se deberán tener en cuenta, principalmente, la importancia económica, la heredabilidad y las correlaciones entre los rasgos incluidos en el índice. Se podría resumir lo anterior en la siguiente ecuación:

I = a1 A' + a2 B' + a3 C' donde a1, a2 y a3 son coeficientes que indican el peso relativo de cada carácter y que tienen en cuenta la importancia económica, la h2 y las correlaciones con los otros rasgos. A', B' y C' son valores numéricos de los rasgos A, B y C. Luego de aplicar ese índice a los individuos a seleccionar se confeccionará un ranking.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo Ejemplo: Dickerson, en 1954 desarrolló el siguiente índice para la selección de las chanchas en base a la productividad de las mismas: I = 2 [ Nl + 2 Nld + ( 2/30 ) Td ] La valoración individual a nivel fenotípico se realiza teniendo en cuenta: Nl = número de lechones paridos Nld = número de lechones destetados Td = peso total, en libras, de los lechones al destete. Con este índice una chancha que parió 11 lechones y destetó 9 por un peso de 341 libras se le asignará un índice igual a: I = 2 [11 + 2.9 + (2/30) 341] = 103.4 mientras que una chancha que parió 5 lechones y destetó los 5 con un peso total de 200 libras tendrá un índice de: I = 2 [5 + 2.5 + (2/30) 200] = 56.6

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15. ENDOGAMIA Y HETEROSIS Sistemas de reproducción

En el capítulo sobre los ciclos de vida hemos visto que los organismos vivientes poseen diversos mecanismos de reproducción para sobrevivir y por lo tanto maximizar su adaptación al medio donde se desarrollan. Es así que, en vegetales, encontramos mecanismos de reproducción asexuada, típicos de los individuos inferiores y de reproducción sexuada, que es propiedad de organismos superiores. Una característica importante distingue estas dos grandes clases de organismos vegetales: la existencia o no de la meiosis en su ciclo de vida y en consecuencia la producción o no de gametos. Los organismos de reproducción asexuada se propagarán por mecanismos de multiplicación vegetativa, como ser estolones, bulbos, etc. que se producen por mitosis. Por el otro lado, los organismos de reproducción sexuada producirán gametos, obviamente derivados del proceso de meiosis. En los animales, si bien sucede lo mismo que en vegetales, las formas sexuadas y con producción de gametos son aquellas más generalizadas. Ahora bien, dejemos las formas de reproducción asexuada para otros estudios y concentrémonos en las formas sexuadas de reproducción y más específicamente en como se unen los gametos de los dos sexos en el momento de la fecundación. En primer lugar tenemos aquellos casos en donde los dos tipos de gametos los produce el mismo individuo, lo que llamamos autofecundación y por otro lado están los organismos en donde los gametos son producidos por individuos distintos, que llamamos fecundación cruzada. En el reino animal se puede hablar que solamente ocurre fecundación cruzada (si bien hay algunos casos que podríamos considerar como de autofecundación ). En cambio entre los vegetales podemos encontrar ambos tipos de reproducción. Dentro de los vegetales podemos distinguir algunos que por sus características deberán obligatoriamente adoptar uno de los dos mecanismos, como el caso de las plantas dioicas, en donde los dos sexos se encuentran en ejemplares separados y por lo tanto la fecundación cruzada es un paso obligado para su supervivencia. Otro clase importante son aquellas plantas que, si bien los dos sexos se encuentran en la misma planta, debido a la ubicación de sus órganos florales, se favorece la fecundación cruzada, se denominan especies monoicas como por ejemplo el maíz. Sistemas de reproducción en algunas plantas cultivadas:

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autofecundación

fecundación cruzada

trigo pan

poroto

trigo candeal

alfalfa

avena

lechuga

cebada

centeno

arroz

tomate

algodón

arveja

soja

etc.

maíz

coliflor

centeno

espárrago

girasol

uva

papa

frutilla

ray grass

zapallo

ajo

etc.

Endogamia y depresión por consanguinidad Para comprender mejor el fenómeno de la depresión por consanguinidad vamos a examinar qué sucede con el maíz, que como ya sabemos es una especie monoica (dos sexos en el mismo individuo) y de fecundación cruzada. Debido a la separada ubicación de las inflorescencias y a la gran cantidad de gametos tanto masculinos como femeninos, que produce una única planta, es relativamente sencillo realizar fecundaciones controladas. Si comenzamos a realizar autofecundaciones a partir de individuos de una población veremos en las primeras generaciones que se manifiesta una depresión del vigor de las plantas y una reducción de la fertilidad, hasta que se logra una estabilización de todas las características de las plantas y se llega a lo que se llama una línea pura. Este fenómeno, conocido como depresión por consanguinidad, se observa en la mayoría de los vegetales a fecundación cruzada luego del proceso de autofecundación y es debida a la aparición al estado homocigótico de diversos genes que, obviamente, involucran aspectos morfológicos, fisiológicos, cualitativos y cuantitativos. Para una especie alógama o de fecundación cruzada, el proceso de autofecundación o cruzamientos con individuos estrechamente emparentados, lleva a grandes problemas con consecuencias drásticas para algunos alelos pues durante el proceso de autofecundación se manifiestan alelos letales que no se manifestaban al estado heterocigótico. Este fenómeno, muy común en los vegetales, también se observa en animales. El cruzamiento de individuos estrechamente emparentados o endogamia, como ser padre-hija, hermano-hermana, etc. se manifestará en efectos deletéreos en características ligadas a la fertilidad, a la morfología y a la fisiología. Diversos experimentos realizados con pollos, cerdos, pavos, ratas, ovinos y bovinos así lo demuestran. La endogamia no afecta por igual a todas estas especies. En cerdos una endogamia estrecha afecta sensiblemente a las características ligadas con la fertilidad y al peso de los lechones en su período de crecimiento. En bovinos, las informaciones no son muy claras, algunos presentan datos de disminución de ciertas características como efecto de la endogamia y otros concluyen que estos efectos deletéreos se pueden contrarrestar por una efectiva selección. Coeficiente de endogamia

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Librogen – Ernesto G. Pirillo Hemos dicho que por endogamia o consanguinidad se entiende al apareamiento de individuos más estrechamente emparentados que el promedio de la población a la cual pertenecen. Cuando los apareamientos ocurren sólo entre individuos íntimamente emparentados el efecto genético consiste en un aumento de la homocigosidad. Para comprender mejor lo dicho supongamos partir de una población que contenga 100 individuos heterocigóticos para un solo gen( Aa ) (por ejemplo formados a partir de la cruza entre un parental AA y otro aa) a la cual le efectuaremos 4 ciclos de autofecundación. generación

genotipos AA

porcentaje

Aa

aa

100

0

100

-50

1

25

50

25

50

2

37

25

37.5

25

75

3

43.75

12.5

43.75

12.5

87.5

4

46.825

6.25

46.825

6.25

93.75

Como podemos observar el porcentaje de genotipos homocigóticos, luego de los 4 ciclos de autofecundación, representados en este caso por los genotipos AA y aa, aumenta en un 50 % en cada ciclo y contemporáneamente esa misma proporción disminuye en los genotipos heterocigóticos Aa. Otras formas menos intensas de endogamia que la autofecundación producirán un acercamiento más lento hacia la homocigosidad. Para que una determinada descendencia sea consanguínea, o endogámica, se requiere que los padres de ella estén de algún modo emparentados o sea que presenten algún antecedente en común en su genealogía. Si los padres no están emparentados, los descendientes no serán consanguíneos. Es posible, mediante el cálculo del coeficiente de consanguinidad, conocer el aumento en el porcentaje de genes homocigóticos como consecuencia del apareamiento de individuos estrechamente emparentados. Para ello utilizaremos la fórmula sugerida por Wright, Sewal (1922).

F(x) = 1/2 Σ

[ (1/2)n ( 1 + Fa ) ]

donde F(x) es el coeficiente de con sanguinidad del individuo (x). n es el número de generaciones entre los dos padres de (x), pasando por los antecedentes en común. Fa es el coeficiente de consanguinidad del ancestro común para ambos padres. Ejemplo: Calculemos el coeficiente de endocría del individuo "X" cuyos padres son hermanos (cuando se dice individuo se sobreentiende un ejemplar de una determinada especie, no necesariamente de la especie humana) A

B

C

D

X

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Librogen – Ernesto G. Pirillo Apliquemos la fórmula general anterior vía ( C A D ) = (1/2)2 ( 1 + FA )= 0.250 vía ( C B D ) = (1/2)2 ( 1 + FB ) = 0.250 = 0.500 1/2 x 0.500 = 0.25

El coeficiente de endocría, endogamia o consanguinidad, del individuo X es igual a 0.25 que quiere decir que tiene un 25 % de probabilidad de tener genes idénticos por descendencia, obviamente superior a un individuo en donde sus padres no estén para nada emparentados. En el ejemplo anterior hemos considerado que los ancestros en común, A y B, no fueran consanguíneos, o sea, sus coeficientes FA y FB son igual a cero. Sin embargo, podríamos suponer FA = 0.15 y FB = 0.20, con lo cual el coeficiente se modificaría del siguiente modo: vía ( C A D ) = (1/2)2 ( 1 + 0.15 )= 0.2875 vía ( C B D ) = (1/2)2 ( 1 + 0.20 ) = 0.30 = 0.5875 1/2 x 0.575 = 0.2937

Como podemos ver, al ser los ancestros comunes a su vez consanguíneos, o sea tener un coeficiente distinto de 0, el coeficiente de X aumenta. A los fines prácticos el método más sencillo para el cálculo del coeficiente de endocría es el siguiente: 1) Se señalan cuales son los padres del individuo al que le estamos calculando el coeficiente. En nuestro caso C y D. 2) Registramos todas las vías posibles que, partiendo desde un padre, lleguen al otro pasando por el antecesor común. vía C - A - D vía C - B - D 3) Obtenemos el coeficiente para cada vía: vía C A D ( 1 / 2 ) 3 = 1/8 = 0.125 vía C B D ( 1 / 2 ) 3 = 1/8 = 0.125 4) Realizamos la sumatoria de todas las vías: 0.250

Vigor híbrido o heterosis Cuando cruzamos dos líneas puras (homocigóticas) generalmente se obtiene una descendencia que es superior en casi todas las características morfológicas y fisiológicas, así como de adaptabilidad (fitness) a cualquiera de los padres intervinientes en su formación. Este fenómeno, descrito como heterosis por Shull (1914), estaría dado por la reaparición de la heterocigosidad en los genes que estaban al estado homocigótico en las líneas puras.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo Existen dos teorías sobre el fundamento de la heterosis: a) combinación de los alelos b) interacción génica Si bien cada una de ellas se diferencia de la otra en algún concepto teórico, parecería que ambas, en su conjunto expliquen las causas de este fenómeno. En los cruzamientos entre líneas altamente consanguíneas o puras se alcanzan niveles elevados de producción, tanto en vegetales como maíz, sorgo y girasol, como en algunos animales, pollos y cerdos. La aplicación práctica del fenómeno de la heterosis, o vigor híbrido, tuvo en el maíz a su máximo exponente. Presentar heterosis significa presentar superioridad en cuanto a determinadas características con respecto a la media de los padres o más específicamente con respecto al mejor parental. La utilización comercial de la heterosis se tuvo cuando se produjeron los primeros híbridos simples de maíz ( cruza entre dos líneas puras ) y los híbridos dobles ( cruza entre dos híbridos simples ) en donde intervienen en su formación 4 líneas puras, dos por cada híbrido simple. El precio de los híbridos comerciales bajó con respecto a los primeros híbridos simples, debido a que para la formación de éstos se utilizaban directamente las líneas puras, de baja producción, en cambio en la formación de los híbridos dobles intervienen como padres plantas que son ya híbridos simples y por lo tanto que manifiestan el fenómeno de la heterosis, por lo que el progenitor femenino producirá mucha mayor cantidad de semilla. Anteriormente para controlar la polinización se cortaban las panojas de las líneas donde se iban a recolectar las semillas. Actualmente se utilizan líneas androestériles (no producen polen) con factores de restauración, por ejemplo, para el caso del híbrido simple que actuará como progenitor femenino. También se encuentran en el mercado los llamados híbridos triples, formados a partir del cruzamiento entre un híbrido simple y una línea pura generalmente utilizada como parental masculino. En la actualidad existen híbridos comerciales de muchas plantas cultivadas. El maíz fue el primero que se obtuvo allá por el año 1921, pero posteriomente se fueron obteniendo en otras plantas, especialmente en hortícolas, además de los híbridos de girasol en 1972, de trigo en 1969, arroz en 1972 y sorgo granífero en 1955. En animales, también se utiliza la heterosis con fines comerciales, mejorando características de interés económico, ya sea a nivel morfológico como a nivel fisiológico ( mayor velocidad de crecimiento, mejor eficiencia en la transformación de los alimentos, etc. ) La utilización de la heterosis en animales, tiene su mayor utilización en la producción avícola, sea de pollos como de huevos, y en la producción porcina y también bovina. En estos casos además de las cruzas entre líneas consanguíneas se utilizan también cruzas entre cepas de la misma raza y cruzamientos entre individuos de razas diversas. Opuesto a la endogamia o inbreeding se encuentra el outbreeding o cruza entre razas, como por ejemplo, líneas por variedad, cruzas de líneas dentro de una raza, cruza entre razas, cruza entre líneas consanguíneas de dos razas, cruza entre especies, etc.

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16. GENÉTICA DE POBLACIONES Introducción

L

os genes que gobiernan a los diversos caracteres de las diferentes poblaciones se encuentran en cada grupo poblacional con una frecuencia determinada. A medida que estudiamos las frecuencias de esos genes en esas poblaciones, ello nos permitirá luego confrontarlas con las de otras poblaciones, poder asociar a esas variaciones la importancia del ambiente en ese cambio de frecuencias, etc. La genética de poblaciones estudia la frecuencia de los genes y de los genotipos y fenotipos en las diversas poblaciones y a su vez analiza los cambios de esas frecuencias a través de generaciones. Población mendeliana: así se denomina a un grupo de individuos de la misma especie que se pueden cruzan entre sí libremente. En esta población cada gen y sus alelos siguen las leyes de la herencia mendeliana. Población panmíctica: se llama así a una población formada por individuos de sexos separados y en donde no hay apareamientos preferenciales, por lo que cada gameto de un sexo tiene la misma probabilidad de unirse a un gameto del sexo contrario. Frecuencia génica: es la frecuencia relativa de un gen o sus alelos en una población mendeliana determinada. Frecuencia genotípica: es la frecuencia de cada uno de los genotipos posibles que aparecen en esa población mendeliana determinada. Frecuencia fenotípica: es la proporción o frecuencia de los distintos fenotipos en esa población.

Equilibrio de Hardy - Weinberg En una población suficientemente grande en la cual el apareamiento se realiza al azar y en donde no existan ni selección, ni mutación ni migración, la constitución genética ( frecuencias génicas y frecuencias genotípicas ) no cambian de generación en generación. Como veremos a continuación, los postulados de este equilibrio son verdaderos en la teoría de una población mendeliana, pero, y debido a que las condiciones para llegar al equilibrio son difíciles de mantener, en la práctica es muy difícil de observarlo. Las condiciones para llegar al equilibrio según Hardy-Weinberg son: • Población muy grande • Apareamientos al azar ( población panmíctica) • Material genético absolutamente estable (ausencia de mutación) • No debe existir migración • Los individuos tienen igual capacidad reproductiva y de sobrevivencia (ausencia de selección). En una situación real es muy difícil que se cumplan esas condiciones, ya que alguna o todas, alguna vez se verifican y por lo tanto actuarán para cambiar las frecuencias génicas y genotípicas de la población bajo estudio.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo Igualmente, si una población no se encuentra en equilibrio, veremos como una sola generación de apareamiento al azar es necesaria para llegar al equilibrio y mantenerse en ese estado siempre y cuando las condiciones ya mencionadas no se manifiesten. A continuación veremos cómo calcular las frecuencias génicas y genotípicas de una población: Supongamos considerar el grupo sanguíneo MN (ver otras relaciones alélicas, codominancia). Consideremos una población de 2500 individuos distribuidos del siguiente modo, con las correspondientes frecuencias genotípicas, que llamaremos, P = frecuencia del genotipo MM H = frecuencia del genotipo MN Q = frecuencia del genotipo NN Siendo

P+H+Q=1 genotipos

MM

MN

NN

frecuencias absolutas

1200

1100

200

frecuencias relativas

0.448

0.44

0.08

P

H

Q

Calculemos a continuación las frecuencias génicas ( o alélicas ) de M y de N. Frecuencia del alelo M = p = P + 1/2 H = 0.48 + 0.22 = 0.70 Frecuencia del alelo N = q = Q + 1/2 H = 0.08 + 0.22 = 0.30

p = P + 1/2 H q = Q + 1/2 H También podemos calcular las frecuencias génicas a partir de las frecuencias absolutas, o sea, de la cantidad de individuos de cada genotipo que hay en la población. Frecuencia del alelo M = deberemos tomar en cuenta todos los individuos que son MM y multiplicarlo por 2 pues cada individuo tiene dos alelos M y además deberemos sumar los individuos MN pues ellos poseen un alelo M y dividir todopor la cantidad total de alelos, que será igual a la cantidad de individuos por dos: 2 x 1200 + 1100 Frecuencia alelo M (p) = ------------------------- = 0.70 2 x 2500 Frecuencia del alelo N: se procede de similar forma: 400 + 1100 Frecuencia del alelo N (q) = ------------------- = 0.30 5000

En forma general, siendo n el número total de individuos será: 2P+H --------2n

P + 1/2 H (simplificando)= -------------n

Las frecuencias génicas deberán sumar 1:

p+q=1 87

Librogen – Ernesto G. Pirillo Las frecuencias genotípicas también deberán sumar 1 y responden a la siguiente fórmula, de la ley de Hardy - Weinberg:

( p + q )2 = p2 + 2pq + q2 = 1 Ahora calculemos, a partir de las frecuencias génicas cuáles deberían ser las frecuencias genotípicas de esa población en equilibrio: Sabemos que: p = 0.7 q = 0.3 n = 2500 individuos

Si permitimos que se realice una generación de apareamiento al azar las frecuencias genotípicas serán: Frecuencia de MM = p2 = (0.70)2 = 0.49 Frecuencia de MN = 2pq = 2 x 0.7 x 0.3 = 0.42 Frecuencia de NN = q2 = (0.30)2 = 0.09

Cantidad de individuos de cada clase: MM = 0.49 x 2500 = 1225 MN = 0.42 x 2500 = 1050 NN = 0.09 x 2500 = 225

Como podemos observar la cantidad esperada de individuos de cada clase genotípica varían con respecto a los observados. Deberemos realizar un test estadístico (ver Chi cuadrado) para establecer si las diferencias observadas son producto del azar o no. Si se concluye, luego de hacer el test estadístico, que no hay diferencias significativas entre lo observado y lo esperado, concluiremos entonces que la población ya se encontraba en equilibrio. Si así no lo era se necesitó sólo una generación de apareamiento al azar para lograrlo. Podemos observar que las frecuencias génicas no han cambiado: p (M) = ( 1225 + 525 ) / 2500 = 0.7 q (N) = ( 225 + 525 ) / 2500 = 0.3 El equilibrio se espera lograrlo cuando las frecuencias genotípicas se corresponden con aquellas que esperamos a partir de las frecuencias génicas. Puede ocurrir que una población todavía no haya alcanzado el equilibrio debido a que no ha tenido tiempo suficiente o el apareamiento no es al azar. En el caso de genes con dominancia completa podemos calcular rápidamente la frecuencia ( q ) del gen recesivo a partir de los individuos con genotipo homocigóticos recesivos. ¿A partir de qué individuos se calcularán las frecuencias alélicas de un gen ligado al sexo ?. Se puede realizar directamente a partir de la frecuencia de ese gen en los machos, pues en ellos la frecuencia alélica es igual a la frecuencia genotípica. En el caso que existan más de dos alelos para un determinado gen, la suma de las frecuencias para todos los alelos igualmente deberá sumar la unidad. Intenta calcular las frecuencias para los alelos del

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Librogen – Ernesto G. Pirillo sistema de grupo sanguíneo ABO en el hombre. Considera p, q y r las frecuencias para cada uno de los alelos. Factores de alteración Como hemos dicho anteriormente, las condiciones que Hardy-Weinberg presuponen indispensables para mantener el equilibrio de una población, son muy difíciles de encontrar en una situación real. Es evidente que: • Es casi imposible considerar que la población sea infinita o muy grande, ya que como todos sabemos no existe población con una cantidad infinita de individuos y además, si existieran, la condición de que sea panmíctica, o sea que los apareamientos se realizaran totalmente al azar, sabemos que es muy difícil, pues los individuos se aparean, en mayor proporción con individuos cercanos desde el punto de vista geográfico. • Es imposible que el material genético sea absolutamente estable, o sea que no exista mutación ya que la capacidad de mutar es una propiedad de la materia viviente • Es casi imposible que no exista algún tipo de selección natural haciendo que los genotipos que mejor se adaptan a un ambiente determinado sobrevivan aventajando a aquellos con menor fitness. • Las poblaciones naturales difícilmente son poblaciones cerradas en donde no se manifieste algún tipo de migración ya sea inmigrando o emigrando individuos hacia y desde la misma, haciendo que las frecuencias de los genes que llevan esos individuos alteren las frecuencias génicas de la población

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17. HERENCIA CITOPLÁMICA Efecto materno

Sin duda todos conocemos, o por lo menos hemos sentido hablar alguna vez, del problema de algunas mujeres que tienen el factor de aglutinación de la sangre Rh negativo al tener hijos con un varón que es Rh positivo. Afortunadamente la ciencia de la medicina ha avanzado de tal modo que actualmente no es un problema, pero no hace mucho tiempo la eritroblastosis fetal o anemia hemolítica del recién nacido causaba la muerte de los pequeños. Este es un caso en donde el progenitor femenino tiene una gran influencia en el desarrollo del nuevo ser. Recordemos que el gen para el factor Rh es autosómico y dominante para Rh+ y recesivo para Rh-, por lo que cuando una mujer Rh- tiene un hijo con un varón Rh+, si este era homocigótico para ese gen, habrá una probabilidad del 100 % de que todos los hijos de ese matrimonio sean Rh+ ( si fuera heterocigótico la probabilidad sería del 50 % ). Un individuo que es Rh- no tiene la capacidad de producir anticuerpos o mecanismos de defensa antiRh+. En nuestro ejemplo la madre no los tendrá por su naturaleza Rh negativo, pero cuando esa madre está gestando al niño Rh+ éste provoca que la madre produzca anticuerpos anti-Rh+ que luego pasarán, a través de la placenta, al mismo feto destruyendo los eritrocitos de su sangre. El primer hijo de ese matrimonio generalmente no es afectado, pero sí los sucesivos que, si no se interviene a tiempo pueden producir la muerte del feto por anemia grave. Este es un caso típico de como el progenitor femenino puede influenciar a su progenie mediante una reacción de tipo inmunitario. La amniocentesis (o estudio del líquido amniótico) en estos casos permite la detección precoz del problema. También podemos encontrar influencia materna de tipo infectiva, en donde la madre transfiere a su progenie características funcionales a través de partículas presentes en el citoplasma del óvulo. En Drosophila melanogaster existen partículas sigma, que provocan sensibilidad al CO2 a las moscas que las poseen. En cepas de Paramecium aurelia existe un factor "killer" que cuando está presente produce una sustancia, la paramecina, que mata a cepas sensibles de Paramecium, etc. El caso de la orientación del enrollamiento de la concha del caracol Limnaea peregra, es otro tipo de influencia a partir del fenotipo materno. Si bien el carácter para enrollamiento para la izquierda o hacia la derecha está determinado por un gen mendeliano éste se encontraría ubicado en el citoplasma del óvulo y por lo tanto dependiente del progenitor femenino. En el citoplasma de las células tanto procariotas como eucariotas existen corpúsculos extranucleares, como por ejemplo, mitocondrias, cloroplastos, plásmidos, etc. que son transmitidos a la progenie por parte de la madre a través del gameto femenino que es el que aporta la mayor cantidad de citoplasma en la formación del cigoto. Estos orgánulos celulares tienen la capacidad de autoduplicarse y multiplicarse independientemente de la célula que los lleva. Cuando un fenotipo es transmitido sin que intervenga el núcleo de la célula es claramente imposible que los cromosomas controlen a ese fenotipo.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo Este tipo de herencia se diferencia por lo tanto de la herencia mendeliana y la herencia de los genes ligados al sexo y se denomina herencia extracromosómica o, más apropiadamente, herencia citoplasmática o extranuclear. En los casos de herencia materna citoplasmática, generalmente, el resultado de una cruza es distinto según que el caracter lo lleve el macho o la hembra, o sea, las cruzas recíprocas no son para nada equivalentes. Mitocondrias Estos orgánulos citoplasmáticos responsables de la utilización de la energía por parte de la célula, poseen su propio ADN que interviene directamente en su autoduplicación como así también en la posterior síntesis de las proteínas necesarias para su subsistencia como ente autónomo dentro de la gran fábrica celular. En estudios realizados sobre todo en levaduras, Saccharomyces cerevisiae, se han logrado aislar muchos genes de los ARN, ARNt y ARNr mitocondriales. Mediante nuevas técnicas utilizando un tipo especial de enzimas denominadas enzimas de restricción, se han podido realizar los mapas de los ADN mitocondriales, ya sea de las levaduras, como del género humano. Estos estudios han permitido conocer mucho más sobre su formación y sobre su función como así también el mecanismo de traducción de las proteínas mitocondriales. Cloroplastos Al igual que con las mitocondrias, en los últimos años se avanzó mucho en la secuenciación de los ADN cloroplásticos, identificando los genes que los forman, en cada especie. Los primeros indicios de que en estos corpúsculos citoplasmáticos existía material genético se tuvieron cuando en 1909 Correns, trabajando con la planta Dondiego de noche, Mirabilis jalapa, encontró que el tipo de la progenie, que podía ser albina, variegada o verde, dependía de donde se ubicaran las flores a utilizar para las cruzas. Si la flor se encontraba en una ramificación verde, la descendencia sería con hojas verdes, sin importar de donde provenía el polen. Lo mismo sucedía con las flores de las ramificaciones albinas pero estas plantas, al no contener cloroplastos, morían al poco tiempo. En el caso de las ramificaciones variegadas, la descendencia podía ser de cualquiera de los tres tipos posibles. Ya que el color de las hojas depende de la mayor o menor presencia de los cloroplastos se dedujo que estos orgánulos extranucleares y transmitidos a la progenie a través del citoplasma del gameto femenino, eran los responsables del fenómeno. Plásmidos En muchas especies de bacterias se han encontrado estas pequeñas estructuras formadas por moléculas de ADN circular y de replicación autónoma con respecto al cromosoma bactérico y que representan apenas un 2% de su longitud. Los primeros estudios sobre plásmidos se tienen cuando Lederberg, trabajando con Escherichia coli encontró lo que llamó factor F, (pues estaba relacionado con la fertilidad) y que se transmitía independientemente del cromosoma bactérico.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo Posteriormente, se descubrieron el fago lambda, que es un virus bactérico y el ColE1 que es un plásmido que posee la información para la formación de una proteína que mata a la E. coli, la colicina. Estos investigadores debido a que estos plásmidos podían duplicarse ya sea insertados en el cromosoma bactérico como libres en el citoplasma, los llamaron episomas. De cualquier manera actualmente se toman como sinónimos si bien el término plásmido es el más utilizado en la bibliografía para definir estos elementos genéticos extracromosómicos bactéricos. Los principales ejemplos de plásmidos bactéricos son los ya nombrados F y ECO E y otros como el R46 también de E. coli que le confiere resistencia a los rayos UV a las cepas que lo poseen y el Ti de la bacteria del suelo Agrobacterium tumefaciens que induce la formación de tumores en el cuello de ciertas plantas. También se conocen plásmidos en eucariotas. Los más conocidos son el plásmido de 2 micras en levaduras y los plásmidos que transmiten androesterilidad en el maíz, llamados S1 y S2 presentes en las mitocondrias. El gran interés que despertaron estas partículas fue principalmente por su propiedad para transmitir la resistencia a los antibióticos y a sustancias tóxicas. Estafilococos que eran capaces de sobrevivir a la aplicación de penicilina o de soportar desinfectantes mercuriados fueron la clave para que, en 1964, Richmond y Johnston demostraran que la resistencia a esas sustancias estaba ubicada en genes de los plásmidos de los estafilococos. Posteriores investigaciones demostraron que dichos plásmidos poseían además genes para la resistencia a diversos compuestos de metales pesados, sales de cadmio, de bismuto, etc. todos letales para los estafilococos. Más tarde se encontró que el cromosoma de los plásmidos de los lactobacilos poseían los genes responsables de la fermentación de la leche y que los plásmidos de las pseudomonas eran responsables de intervenir en la degradación del petróleo junto con la bacteria que los lleva. Pero quizás la principal aplicación fue el descubrimiento de que fueran portadores de los genes para la resistencia a los antibióticos, como ser la penicilina y la estreptomicina y a sustancias tóxicas como son los compuestos de mercurio. Por ejemplo, el plásmido RpI258 de los estafilococos tiene un largo aproximado de 28.000 copias de bases y lleva los genes para la resistencia a la eritromicina y a la peniciplina y a algunos compuestos metálicos tóxicos. Los plásmidos están formados por una doble hélice de ADN de igual modo que los cromosomas eucarióticos y los nucleótidos siguen el mismo sistema de apareamiento: A-T y G-C.

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18. PROBABILIDAD

Cálculo de probabilidad

D

efinición de probabilidad: número de veces que se verifica un evento determinado en un número de casos totales observados. Calculemos la probabilidad de que salga un cinco cuando tiro un dado. Como todos sabemos el dado tiene 6 caras, cada una con un número distinto, numerados del 1 al 6. Por lo tanto la probabilidad de sacar un cinco será: 1 p ( 5 ) = ----6 Y así para cada uno de los números del 1 al 6. Si sumáramos cada una de las probabilidades individuales nos daría 6/6, o sea 1, que es la probabilidad total. O dicho de otro modo, si tiráramos 6 veces el dado, esperaríamos que el cinco saliera una vez. Obviamente, las otras veces se esperaría que saliera un uno, un dos, un tres, etc. pues cada número tiene la misma probabilidad de ocurrir. Pero, ¿ esto siempre ocurre así ? ¿ Siempre observamos lo esperado ?

Probabilidad compuesta. La probabilidad de ocurrencia simultánea de dos o más eventos independientes es el producto de las probabilidades de cada evento independiente. Ejemplo 1: ¿Cuál es la probabilidad que en una familia de dos hijos, a) los dos sean machos b) un macho y una hembra c) dos hembras ? La probabilidad de que un hijo sea macho es igual a 1/2 Por lo tanto, la probabilidad compuesta será: p (m;m)= 1/2 x 1/2 = ( 1/2 ) 2 = ¼ Puede ser un macho y una hembra y además una hembra y un macho por lo tanto en este caso sería: p(m;h)= 2 x 1/2 x 1/2 = ½ Para el caso de dos hembras sería igual que para el caso de dos machos, 1/4. Otro modo: Habría que tener en cuenta el cuadrado del binomio ( a + b)2 = a2 + 2 a b + b2 siendo: a = p (macho) = 1/2 b = p (hembra) = 1/2

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Librogen – Ernesto G. Pirillo La probabilidad de que los 2 sean machos es igual a 1/4 (primer término del desarrollo del binomio= a2 ) La probabilidad de 1 macho y una hembra es igual a 1/2 ( segundo término del desarrollo del binomio = 2 ab) La probabilidad de 2 hembras es igual a 1/4 ( tercer término del desarrollo del binomio = b2 ) Ejemplo 2: Supongamos ahora un caso de 3 hijos. ¿Cuál es la probabilidad de cada una de las combinaciones posibles? combinaciones de hijos

probabilidad

(1/2)3

MMM

1/8

2 machos y una hembra

3 . (1/2)2 . 1/2

MMH-MHM-HMM

3/8

1 macho y dos hembras

3 . (1/2) . (1/2)2

HHM-HMH-MHH

3/8

(1/2)3

HHH

1/8

3 machos

3 hembras probabilidad total

8/8 = 1

Estas probabilidades son el desarrollo del binomio ( a + b )3 = a3 +3 a2 b + 3 a b2 + b3 Estos resultados también pueden ser obtenidos mediante el Teorema de Bernulli. N! p(m/n) = ------------------ . pm . qn-m M!(N-M)!

siendo: p(m/n) = la probabilidad de ocurrencia de un evento "m" en un número "n" de casos. q = ( 1-p ) = la probabilidad del evento opuesto. N ! = número de evento totales (factorial) M ! = número de veces que se verifica el evento (factorial )

Ejemplo 3: retomemos el caso de los tres hijos y calculemos el caso particular de 2 hembras y un macho, o sea 2 hembras sobre tres hijos. 3! p ( 2/3 ) = -------------- . (1/2)2 . (1/2)1 2! . 1! 3.2.1 = --------- . (1/2)2 . 1/2 = 3 (1/2)2 (1/2) = 3/8 2.1.1

Como podemos observar el resultado es el mismo que trabajando con el desarrollo del binomio. Obviamente cualquiera de los dos modos es correcto. Ejemplo 4: ¿ Cuál es la probabilidad que en una familia de 5 hijos todos sean del mismo sexo ? Caso 1= todos machos = ( 1/2 )5 = 1/32 Caso 2= todas hembras = ( 1/2 )5 = 1/32

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Librogen – Ernesto G. Pirillo El resultado será la suma de las dos probabilidades, o sea: 1/32 ( 5 machos ) + 1/32 ( 5 hembras ) = 2 /32 = 1/16

O sea, la probabilidad que una familia tenga todos los hijos del mismo sexo será 1/ 16. También podemos expresarlo de otro modo: que de todas las familias con 5 hijos, se espera que una de cada 16 familias tenga todos los hijos del mismo sexo, ya sea todos varones o todas niñas. En este ejemplo se presenta la Regla de la suma, que dice que la probabilidad de ocurrencia de cualquiera de dos hechos excluyentes mutuamente es la suma de las probabilidades individuales. En nuestro caso tener 5 varones es excluyente con tener 5 mujeres. Ejemplo 5: ¿Cuál es la probabilidad que en una tirada de 2 dados, obtengamos dos tres o dos seis? La probabilidad de 2 tres = 1/6 . 1/6 = 1/36 La probabilidad de 2 seis = 1/6 . 1/6 = 1/36 La probabilidad conjunta = 1/36 + 1/36 = 1/18

Método del Chi - cuadrado Muchas veces cuando estamos realizando un problema de genética, proponemos una hipótesis, según la cual los genes bajo estudio van a ser heredados y por lo tanto, a partir de esa hipótesis proponemos los resultados esperados. En otras palabras, según el tipo de herencia con que estemos trabajando, tendremos un número de individuos observados en cada clase genotípica o fenotípica y por el otro lado, de acuerdo a ese tipo de herencia, tendremos los valores que esperamos para no rechazar lo que se llama la hipótesis nula. Seguramente lo antedicho se entenderá mucho mejor con un ejemplo. Volvamos a los porotos de Mendel y recordemos que de la cruza entre individuos heterocigóticos para dos genes, por ejemplo, el gen para el tegumento de las semillas y el gen para el color de las semillas, se espera una descendencia igual a: 9/16 liso-amarillo 3/16 liso-verde 3/16 rugoso-amarillo 1/16 rugoso-verde Obviamente, en un trabajo que estemos analizando esta segregación, esperaremos obtener esas proporciones en la descendencia de esa cruza. Por lo tanto mi hipótesis nula será: proporciones esperadas 9:3:3:1. De acuerdo a los datos recogidos, sobre 100 semillas se observaron: 58 liso-amarillo 20 liso-verde 21 rugoso-amarillo 1 rugoso-verde

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2

Debemos calcular el valor de Chi-cuadrado ( χ aquel de tablas.

Chi

para nuestro experimento y luego confrontarlo con

(o-e)2

2 = -------------e

2

Para el cálculo del valor de χ se deberá realizar la sumatoria entre todos las desviaciones entre los valores observados y aquellos esperados para cada clase fenotípica, en nuestro caso 4 clases.

Chi

=

χ2

( 58 - 56.25)2 ( 20 - 18.75 )2

(21 - 18.75)2

(1-6.25)2

2 = ---------------- + ---------------- + ---------------- + -------------- = 56.25

0.054

18.75

+

0.0833

18.75

+

0.27

6.25

+

4.41 =

= 4.8173

Ahora deberemos ir a la tabla de valores de χ2 y ver a que probabilidad corresponde nuestro valor. Para ello deberemos primero fijar cuantos grados de libertad posee nuestro experimento. Los grados de libertad serán igual a la cantidad total de clases fenotípicas ( 4 ) menos 1. Por lo tanto los grados de libertad son igual a 3. El valor crítico para una probabilidad del 5 % y 3 grados de libertad es igual a 7.81. Al no superar nuestro valor de χ2 ( 4.8173) al valor de tablas, podemos no rechazar nuestra hipótesis nula y concluir que las diferencias observadas con respecto a las esperadas son debidas exclusivamente al azar. O dicho de otra manera, nuestro valor de χ2 = 4.8173 cae en la tabla para 3 grados de libertad entre 0.20 ( 20% ) y 0.10 (10% ). Entonces, si nuestra hipótesis nula es correcta, una desviación como la observada es esperada en al menos el 10 % de las veces. probabilidad Grados 0.995 0.990 0.975 0.950 0.900 0.750 0.500 0.250 0.100 0.050 0.025 0.010 0.005 de libertad 1 - 0.02 0.10 0.45 1.32 2.71 3.84 5.02 6.63 7.88 2 0.01 0.02 0.05 0.10 0.21 0.58 1.39 2.77 4.61 5.99 7.38 9.21 10.60 3 0.07 0.11 0.22 0.35 0.58 1.21 2.37 4.11 6.25 7.81 9.35 11.34 12.84 4 0.21 0.30 0.48 0.71 1.06 1.92 3.36 5.39 7.78 9.49 11.14 13.28 14.86 5 0.41 0.55 0.83 1.15 1.61 2.67 4.35 6.63 9.24 11.07 12.83 15.09 16.75 6 7 8 9 10

0.68 0.99 1.34 1.73 2.16

0.87 1.24 1.65 2.09 2.56

1.24 1.69 2.18 2.70 3.25

1.64 2.17 2.73 3.33 3.94

2.20 2.83 3.49 4.17 4.87

3.45 4.25 5.07 5.90 6.74

5.35 7.84 10.64 12.59 6.35 9.04 12.02 14.07 7.34 10.22 13.36 15.51 8.34 11.39 14.68 16.92 9.34 12.55 15.99 18.31

11 12 13 14 15

2.60 3.07 3.57 4.07 4.60

3.05 3.57 4.11 4.66 5.23

3.82 4.40 5.01 5.63 6.27

4.57 5.23 5.89 6.57 7.26

5.58 7.58 10.34 6.30 8.44 11.64 7.04 9.30 12.34 7.79 10.17 13.34 8.55 11.04 14.34

16 17

5.14 5.70

5.81 6.41

6.91 7.56

7.96 9.31 11.91 15.34 19.37 23.54 26.30 28.85 32.00 34.27 8.67 10.09 12.79 16.34 20.49 24.77 27.59 30.19 33.41 35.72

13.70 14.85 15.98 17.12 18.25

17.28 18.55 19.81 21.06 22.31

19.68 21.03 22.36 23.68 25.00

14.45 16.01 17.53 19.02 20.48

16.81 18.48 20.09 21.67 23.21

18.55 20.28 21.96 23.59 25.19

21.92 23.34 24.74 26.12 27.49

24.72 26.22 27.69 29.14 30.58

26.76 28.30 29.82 31.32 32.80

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18 19 20

6.26 6.84 7.43

7.01 7.63 8.26

8.23 9.39 10.86 13.68 17.34 21.60 25.99 28.87 31.53 34.81 37.16 8.91 10.12 11.65 14.56 18.34 22.72 27.20 30.14 32.85 36.19 38.58 9.59 10.85 12.44 15.45 19.34 23.83 28.41 31.41 34.17 37.57 40.00

Tabla: Valores críticos de la distribución de Chi-cuadrado (Statistical Methods, Snedecor, G.W. y W.G. Cochram. 1980. The Iowa University Press. Ames.)

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19. HUELLAS Huellas genéticas

En 1985, Alec J. Jeffreys en Gran Bretaña describía por primera vez lo que el llamó huella genética. Como ya hemos visto en otras secciones, que un individuo tenga una combinación génica idéntica a otro tiene una probabilidad de ocurrencia muy baja, casi imposible. A partir de esta premisa y con el avance en las técnicas de genética molecular se pudo poner en práctica un sistema que, de modo similar a las huellas dactilares, individualice a un individuo de cualquier otro. A partir de una muestra de pelo, sangre o esperma se extrae el ADN de sus células. Mediante el tratamiento de este ADN con enzimas de restricción (ver ADN recombinante ) se fragmenta el material en pequeños trozos a partir de los sitios que reconoce esa enzima de restricción. Los segmentos de ADN se transfieren a un gel de agarosa para ordenarlos por tamaño. De este modo se forma un gel con un patrón de bandas de acuerdo a los grupos de segmentos hallados en la muestra. Este patrón de bandas se transfiere a una membrana de nylon mediante la técnica conocida como Southern blooting. Mediante una aplicación de una sonda génica radioactiva para específicas secuencias de ADN humano se logra localizar los segmentos buscados. Como resultado se obtiene como un código de barras llamado huella genética o prueba de Jeffreys, característico para esa persona exclusivamente. La aplicación de este sistema es muy amplia especialmente en el campo de la identificación de personas en casos de violación u asesinatos, de asignación de paternidad y también para analizar muestras arqueológicas de organismos desaparecidos para el análisis sobre la evolución de las especies. Por ejemplo, en Inglaterra se ha constituido una base de datos que contiene la información del ADN de todos los convictos criminales y de todos los sospechosos de casos aún sin resolver desde 1995. Un caso más o menos reciente ocurrió en la isla Prince Edward de Canadá y fue la resolución de un asesinato a partir del análisis de ADN de restos de pelo de un gato en la campera de la víctima. A partir de la comparación del ADN de esos restos con los del gato del principal sospechoso se pudo cerrar el caso. Quizás una de las aplicaciones más importantes y trascendentes del método de las huellas genéticas es para la identificación de personas para el caso de afirmar o descartar la paternidad o la filiación. Por ejemplo, muchos de los casos de identidad dudosa de hijos de desaparecidos durante las dictaduras militares tuvieron resolución gracias a la utilización de la prueba de Jeffreys. Reacción en Cadena de las Polimerasas ( PCR ) Mediante esta técnica, descubierta por Kary B. Mullis en 1983, es posible a partir de una pequeña cantidad de ADN copiar millones de veces una secuencia.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo El procedimiento se basa en la capacidad que tiene la molécula de ADN, en presencia de una enzima polimerasa y de los nucleótidos correspondientes, de sintetizar in vitro su cadena complementaria. El proceso se ha perfeccionado bastante y actualmente la PCR es una técnica indispensable cuando la muestra de ADN, por ejemplo para la construcción de una huella genética, es muy pequeña. En pocas horas se pueden obtener millones de copias de una secuencia determinada. Podríamos hablar de la PCR como si se tratara de una fotocopiadora molecular.

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20. TERAPIA GÉNICA Terapia génica

Las técnicas de terapia génica se basan, fundamentalmente, en hallar el gen defectuoso o faltante, "arreglarlo" o incorporarlo en su versión buena o bien tratar de modificar o regular las actividades de esos genes, para así evitar que se manifieste la enfermedad en el organismo que los lleva defectuosos. Lamentablemente hasta el momento los resultados han sido contradictorios. Ha habido muchos avances, como veremos a continuación, pero también algunos retrocesos. La inserción de un gen modificado en un ser humano no es cosa simple y muchas veces la "corrección" de un defecto lleva aparejado la aparición de otro como respuesta del organismo hacia la modificación realizada. Evidentemente, todavía deberán pasar muchos años para que estas técnicas den los resultados que se preveían al inicio y el descifrado del genoma humano será una herramienta fundamental para ayudar a la obtención de sus objetivos Actualmente se utilizan como vectores para llevar los genes a las células afectadas, a virus modificados de la familia de los retrovirus y de los adenovirus, familia de virus causantes de los comunes resfríos. Si bien los virus que intervienen en esta terapia, están atenuados y no deberían producir ningún tipo de reacción en el paciente, no todos los investigadores están muy convencidos de ello. Por esto es que los últimos vectores utilizados en terapia génica sean los liposomas, o microscópicos glóbulos grasos. Terapias que utilizan los adenovirus se han realizado para tratar a pacientes con fibrosis quística, con resultados no tan positivos como se esperaba en un primer momento. Los retrovirus, en cambio, se están utilizando mayormente en pacientes atacados de ciertos tipos de cáncer y los liposomas se utilizan para atacar a células de la médula ósea o a linfocitos T, que tienen un papel importante combatiendo las enfermedades. El objetivo es tratar de modificarlos sin extraerlos del cuerpo del paciente. Otro caso de manipulación genética lo realizaron los investigadores James Wilson y Marian Grossman, cuando trataron a una paciente que sufría hipercolesterolemia, o sea exceso de colesterol en sangre. Estos médicos extrajeron una gran cantidad de células del hígado de la paciente afectada y las trataron, fuera del cuerpo, con un virus atenuado que llevaba el gen necesario para corregir la falla hereditaria. . Una vez que tuvieron suficiente cantidad de células para iniciar el tratamiento, las inyectaron directamente en la venas del hígado. Algunas células "modificadas" se unían al hígado y producían el receptor del colesterol que antes la paciente no poseía. La terapia génica había comenzado a dar sus frutos. A diferencia de las técnicas terapéuticas normales en donde al paciente se lo medica con drogas o se lo interviene quirúrgicamente, con las técnicas de terapia génica, en donde se utilizan ácidos nucleicos como remedios, se están tratando actualmente enfermedades infecciosas, algunos tipos de cáncer, la fibrosis quística, la hemofilia, la diabetes, hipercolesterolemia, fenilcetonuria, talasemia, inmunodeficiencia combinada severa (carencia de ADA) etc. Precisamente, el primer caso de importancia en la utilización de la terapia génica se tuvo en 1990, cuando se trató células de la médula ósea de una niña afectada por la carencia de una enzima llamada ADA, que hace que los niños que poseen esta enfermedad se vean imposibilitados de realizar una vida normal, ya que no pueden tener contacto con el medio debido a que cualquier agente infeccioso, bacteria o virus, puede llevarlos a la muerte. Deberán estar confinados de por vida a un mundo completamente estéril.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo A partir de las células extraídas de la paciente se logró aislar las células que forman los glóbulos blancos e introducirles el gen correcto para la producción de ADA. Se multiplicaron dichas células y se las inyectaron a la niña. En su cuerpo se desarrollaron y produjeron la enzima y la niña comenzó a desarrollar una vida normal. Hace poco tiempo, se informaron avances en la utilización de terapia génica en el tratamiento de enfermedades, como la amaurosis congénita, la adrenoleucodistrofia y la inmunodeficiencia severa combinada, en humanos. El los últimos tiempos, la terapia génica se está nutriendo de la epigenética. Por ejemplo, se estudia el modo de revertir el silenciamiento de genes producido por metilación (ver epigenética, cap. 9). Genes suicidas Quizás el tema que más esperanzas promete en medicina sea la utilización de los llamados "genes suicidas". Quizás también debido al hecho de su utilización en el tratamiento de tumores es que existen varias líneas de investigación sobre el tema. En la última década los grupos que están trabajando en este sentido aumentaron considerablemente. Sintéticamente se busca la introducción de un gen suicida en las células tumorales y entonces así inducir su autodestrucción. De este modo se estaría logrando eliminar sólo las células cancerosas y no se tocarían las células normales. El método consiste, en un primer lugar, en la elección de un vector para introducir el gen de una enzima en el tumor. En este caso el gen que se introduce es el de la enzima TK y se utiliza para ello un retrovirus. Los retrovirus son virus de ARN como material hereditario y que son capaces de sintetizar ADN a partir de las órdenes que poseen en sus genes. Para ello, al ingresar en las células logran, por medio de algunas reacciones que realiza junto con los ribosomas de las células huésped y catalizado por una enzima transcriptasa inversa, sintetizar una cadena de ADN primero y luego a partir de ésta y en presencia de una ADN polimerasa, sintetizar una doble hélice de ADN. Una vez convertido en ADN a doble cadena se introduce en el cromosoma de las células y se integra con ellas. Además, y como estos virus tienen la particularidad de atacar exclusivamente a células en activa división como son las células tumorales, se multiplicarán de un modo espectacular. A este punto, tendremos las células tumorales, y solo ellas, produciendo la enzima TK (el gen introducido por el retrovirus). En este momento se le inyecta al paciente ganciclovir, que es una sustancia inactiva pero que se vuelve activa y tóxica al tomar contacto con la enzima TK. De este modo se ha logrado atacar selectivamente a las células tumorales y por lo tanto dejar ilesas a las células sanas.

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21. GENOMA HUMANO Proyecto genoma humano

E

n el año 1993, el grupo del investigador Daniel Cohen, del Centro de Polimorfismo Humano, con sede en París, presentó ante la ciencia internacional la secuenciación del cromosoma más pequeño del género humano, el cromosoma 21. El Dr. Cohen, por ese entonces decía: "dentro de unos pocos años estarán leídos la totalidad de los genes humanos, o sea, no sólo sabremos en qué lugar se encuentran sino que también conoceremos la secuencia de bases que los forman. Una vez que sepamos bien para qué sirve cada uno de nuestros genes, podremos actuar sobre ellos para poder, por ejemplo, en el caso que fuera necesario, modificarlos por medio de las nuevas técnicas de terapia génica y así poder intervenir sobre las enfermedades genéticas más importantes de un modo preventivo". En el año 1990 cinco países (USA, Gran Bretaña, Japón, Alemania, Francia) comenzaron una tarea titánica: mapear todo el genoma humano. En resumen, los objetivos eran principalmente: Crear un mapa genético del genoma humano, o sea identificación y localización de los aproximadamente 30.000 genes presentes en los distintos cromosomas. Determinar exactamente la secuencia del ADN humano. Sería escribir todo nuestro genoma con un alfabeto compuesto por cuatro letras, los nucleótidos del ADN. La estrategia para lograr estos objetivos comenzó con la secuenciación completa del ADN humano. Paralelamente al trabajo público, la empresa privada norteamericana Celera Genomics, cuyo director era Craig Venter, estaba llevando a cabo similares investigaciones. El 26 de junio del 2000, ambos organismos, el público y el privado, deciden anunciar la culminación de la secuenciación del material hereditario del ser humano si bien la secuencia definitiva solo se conocería hace muy pocos días como veremos más adelante. Venter informó que había trabajado a partir del material hereditario de 5 personas, tres hombres y dos mujeres, de diferentes orígenes. Por su parte, Francis Collins, coordinador del PGH informaba que había alcanzado a escribir el primer borrador de la secuencia de bases. Se estaba hablando de haber secuenciado más de 3.000 millones de pares de bases que serían las encargadas de formar todo el material hereditario del género humano. Craig Venter, en el momento del anuncio, afirmó que se había encontrado gran similitud con el material genético de otros seres vivos, por ejemplo, la diferencia entre el genoma de un chimpacé y el ser humano es sólo del 1,5%, y además, y de un modo concluyente, anunció que se había encontrado, un 99,9% de similitud entre el ADN de las personas bajo estudio y el restante 0,1% estaría disperso por todo el mundo. "A partir de este hallazgo el criterio de raza no tiene fundamentos científicos y servirá, como una prueba más, en contra de la discriminación y a favor de la igualdad de los derechos humanos para todos los habitantes de este planeta", agregaba Venter. Por su parte John Sulston, director del Sanger Centre de Cambridge comentó que este descubrimiento es la corroboración de la Declaración Universal de los Derechos Humanos. El código genético, por si hiciera falta algún argumento a su favor, demostró una vez más la igualdad entre todos los seres humanos y que nadie se puede considerar superior o inferior a otro ni que nadie puede discriminar a otro por su "raza" o sexo.

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Todos los seres humanos tenemos la misma base química que a su vez compartimos con el resto de los organismos vivos. El 14 de abril de 2003, poco antes de lo previsto (se había previsto para fines del 2003) y como regalo de cumpleaños 50 del descubrimiento de la estructura de la doble hélice del ADN por James Watson y Francis Crick (Nature del 25 abril 1953), el PGH anunció la decodificación de la totalidad del genoma humano, o sea, la secuenciación completa (en realidad un 97%) de las regiones eucromáticas, que llevan genes. Restarían unos 400 secuencias que según se estima contiene muy pocos genes. El paso siguiente, y no menos excitante que el ya logrado, será la construcción del los mapas génicos y físicos completos. Se produjo la secuenciación, toda la cadena de bases, ahora hay que interpretarla. Esta es la fase más divertida del proyecto, en la que descifraremos qué quiere decir todo este código, dijo Venter. O sea, y como se ha visto cuando hablamos de la estructura del ADN, de la transcripción y traducción, solamente cierto grupo de nucleótidos conforman genes. Si bien más del 99% de la secuencia de ADN humano son las mismas a través de las distintas poblaciones, variaciones en las secuencias de ADN pueden tener un mayor impacto en cómo los seres humanos responden a enfermedades, afecciones provocadas por virus, bacterias, toxinas, químicos, drogas y otras terapias. El objetivo es determinar las secuencias completas de los más de 30.000 genes que formarían a un ser humano y conocer exactamente su función , entre los cuales se encuentran los más de 1.400 genes responsables de enfermedades humanas ya identificados y los más de 3000 aún por identificar. Cuando se presentó el mapa completo del cromosoma 14 humano se demostró que este cromosoma cuenta con 87.410.661 pares de bases y en él se encuentran más de 1000 genes y fragmentos de genes, 60 de los cuales serían responsables de unas 60 enfermedades hereditarias, entre ellas, un tipo de mal de Alzheimer (hay ocho genes ligados a este mal) y otras enfermedades neurológicas. Evidentemente, como en otros casos que tienen que ver con toda la información que se va obteniendo a partir de las nuevas técnicas genéticas y biotecnológicas se produce una polémica. En este caso particular las preguntas van orientadas al comportamientos que tendrán, por ejemplo, algunas empresas con respecto al personal a incorporar, las compañías de seguros de vida, etc. ya que dentro de unos años todos podremos conocer nuestro genoma o sea nuestra dotación génica y esto en el caso de poseer algún gen defectuoso podría producir, por ejemplo, la no asunción o despido del empleado en los casos más extremos. En un futuro no muy lejano cada uno de nosotros llevaremos en nuestra billetera, conjuntamente con nuestro documento y nuestras tarjetas de crédito, una tarjeta con un chip, los GeneChips (ya se encuentran en fabricación) en donde se podrá guardar toda nuestra información genética conjuntamente con nuestra historia clínica Con solo pasar el GeneChip por un lector digital del mismo modo como hoy lo hacemos a la entrada de un cajero automático o interpretarlo por medio de un programa bioinformático, tendremos a mano toda nuestra información personal. Proteoma humano Como hemos dicho anteriormente, ahora que se tiene la secuencia de las bases habrá que determinar la totalidad de los genes (o al menos los que afectan las enfermedades hereditarias más importantes) e identificar la función de cada uno de ellos. Como hemos visto, los genes codifican para la formación de proteínas. El conjunto de todas las proteínas que intervienen en los procesos biológicos de un determinado ser vivo es denominado proteoma.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo El próximo objetivo será determinar la composición y función de las proteínas que actúan en dichos procesos. El trabajo no es para nada simple y ya se habla de otros 10 años para su conclusión. Es que las proteínas están formadas por combinaciones de 20 aminoácidos (a diferencia de las 4 bases) y con formas, estructuras y funciones diversas. Una vez identificadas las proteínas con su secuencia, estructura y función, llegará el momento del desarrollo de medicamentos para modificar la acción de la proteína defectuosa. En resumen se estará actuando sobre la proteína defectuosa, en lugar de hacerlo sobre el gen que la codifica. Sin duda que estamos acercándonos cada vez más al fin de nuestro viaje fantástico hacia nuestro interior físico. Viaje fascinante pero no exento de preguntas, dudas y polémicas...

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22. CLONACIÓN

En forma general un clon es un grupo de células genéticamente idénticas provenientes de una única célula original.

La palabra clon proviene del griego klón, que significa brote, retoño. En el campo vegetal, y en un modo general, se consideran clones los individuos provenientes de algún proceso de reproducción asexual, como por ejemplo los provenientes de gajos, esquejes, etc. En la actualidad muchas plantas de interés comercial se reproducen a partir de una sola célula con la capacidad de regenerar una planta entera. Los trabajos de clonación en vegetales son ampliamente conocidos y es en este campo donde se han realizado la mayor cantidad de investigaciones. En el campo animal podemos referirnos a clones como a individuos idénticos obtenidos a partir del desarrollo de células en los primeros estadíos embrionarios. En el caso de las ovejas, en el año 1996, científicos del Instituto Roslin de Edimburgo, Escocia, obtuvieron, mediante la aplicación de un shock eléctrico a células de un embrión, células idénticas a la original que, luego de implantarlas en ovejas "nodrizas" dieron a luz individuos genéticamente iguales al embrión original del cual se habían extraído las células. Las dos ovejas que nacieron las llamaron Megan y Morag. Habían sido creados dos individuos idénticos a partir de una única célula original, en mamíferos. Se habían creado gemelos en forma inducida. Recordemos que hace más de 10 años en la Universidad de Madison, USA, se habían obtenido individuos idénticos a partir de un embrión de 6 días de edad, en la especie bovina. Pero si nos remontamos al año 1967, podemos observar que las investigaciones llevadas a cabo por el biólogo John Gourdon en anfibios (Xenopus laevis), finalizaban con la obtención de ranas a partir de núcleos de células intestinales. Y aquí está el punto clave: la obtención de un nuevo ser a partir de una célula somática y no ya a partir de la unión directa de los dos gametos, el masculino y el femenino, o de la subdivisión de un embrión ya en formación (obviamente producto de la unión de los dos gametos). Se había obtenido un nuevo ser a partir de una célula proveniente de algún tejido, en ese caso del intestino, de un determinado individuo. El nuevo ser tendría, por lo tanto la misma constitución genética que aquel del cual se extrajo la célula. El experimento de Gourdon fue de suma importancia pues comenzaba a resolver el gran dilema, ya puesto en 1938 por el embriólogo Hans Spemann y posteriormente en 1952 por Robert Briggs y Thomas King. O sea, a partir de la transferencia de un núcleo de una célula adulta dentro de una célula huevo previamente denucleada, poder demostrar, primero la obtención de un individuo adulto, pero principalmente aclarar si la diferenciación celular es un proceso irreversible o si la célula puede ser reprogramada. En ese momento se demostró que a medida que se avanza en el estadio embrional de la célula donante del núcleo aumentan proporcionalmente los procesos abortivos. En los experimentos de Gourdon sólo se alcanzó el desarrollo completo en el 1,5 % de los individuos. Debieron pasar muchos años para que las investigaciones hechas en anfibios (clonación mediante transferencia nuclear) se pudieran extrapolar a seres superiores en la escala evolutiva, como ser los mamíferos. En animales superiores es más simple obtener más embriones a partir de las blástulas derivadas de una única célula huevo fecundada o bien dividiendo en dos a los estadíos embrionales más avanzados, como ocurre, ocacionalmente, en la formación de los gemelos humanos. Siguiendo una técnica análoga a la poliembrionía, llamada embryo splitting, en los años ‘80 S. M.Willadsen obtuvo ovejas todas iguales pero la eficiencia del método disminuía a medida que el embrión era dividido en mayor número de partes llegando a casi 0 cuando el embrión era dividido en 8 partes.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo En febrero de 1997, la comunidad científica y no tanto, se sintió conmovida ante la publicación de, quizás, el logro más importante en cuanto a manipulación de seres vivos se refiere. El médico veterinario Ian Wilmut, jefe del Instituto Roslin de Edimburgo, el mismo que había producido a las ovejas Megan y Morag, presentaba a la comunidad internacional a su nuevo descubrimiento, la oveja Dolly, nacida el año anterior. A simple vista esta oveja podía haber pasado desapercibida en una majada de ovejas de la raza Finn Dorset en Escocia, en la Patagonia, o en cualquier parte del mundo, pero tenía una particularidad: era idéntica a la oveja de la cual se había extraido la célula somática para su creación. El procedimiento se basó sintéticamente en reemplazar el núcleo haploide (n) de un óvulo por un núcleo diploide (2n), extraído de una célula de las glándulas mamarias de una oveja adulta. Posteriormente, este óvulo modificado se implantó en el útero de otra oveja y luego se esperó el tiempo necesario de gestación (en la oveja es de 7 meses) para el nacimiento. El nuevo ser, fue una oveja, obviamente hembra, idéntica genéticamente a su madre. Se había creado un clon, en mamíferos. Evidentemente, este hecho científico tiene una relevancia especial, no sólo por el hecho de haber creado un nuevo individuo sin la intervención directa del macho, sino por las implicancias que podría tener en un futuro, especialmente, si lo extrapolamos al género humano, también perteneciente a la familia de animales denominados mamíferos. La difusión de que Dolly estaba envejeciendo más de prisa que lo que correspondería a una oveja de su edad demuestra una vez más que en genética no todo es cortar y unir. Los telómeros (extremos de los cromosomas) de Dolly, serían más cortos debido a que en su concepción se utilizó una célula, proveniente de una oveja adulta y esas regiones de los cromosomas, se sabe, tienen mucho que ver con el deterioro celular que se produce a lo largo del tiempo. La noticia de la compra del laboratorio y de la tecnología Dolly por parte de una empresa estadounidense, especializada en medicina regenerativa y propietaria de patentes sobre enzimas inmortalizantes, llamadas telomerasas, quizás pongan luz a este desafío que la naturaleza en general, y Dolly en particular, le pusieron a Wilmut y asociados. Posteriormente a la presentación del método de obtención de Dolly, cuya transparencia aún hoy no ha sido completamente aceptada en el mundo científico, se sucedieron otros casos de clonación en mamíferos utilizando transferencia de núcleos de células adultas diferenciadas, como por ejemplo el caso de Cumulina uno de los ratones obtenidos por el grupo del japonés Ryuzo Yanagimachi junto con americanos e italianos, utilizando 3 tipos diferentes de células diferenciadas bien identificables y mediante el método de microinyección nuclear en cambio de la electrofusión utilizada por Wilmut o el caso del toro Galileo, obtenido en Italia a partir de núcleos de glóbulos blancos de la sangre. Por su parte, científicos de Portland, Oregón, en enero del 2000, anunciaban públicamente el nacimiento de Tetra, una hembra de Macacus Reshus que había sido gestada con el método de producción artificial de gemelos. El doctor Don Wolf, siguiendo con sus investigaciones, anunciaba a fines del 2001 que habían sido creados en sus laboratorios, embriones de Macacus a partir de la reprogramación de células somáticas adultas (como en el caso de Dolly) y no a partir de células embrionales, como había ya sucedido anteriormente en el mismo laboratorio con la mencionada Tetra. También la Argentina, el 6 de agosto del 2002, a través de la empresa privada Bio Sidus, entró en el selecto grupo de países que poseen un vacuno clonado. Se trata de Pampa, una ternera de raza Jersey obtenida mediante la fusión celular entre el núcleo de una célula de piel fetal y un óvulo previamente denucleado. El embrión generado fue implantado en una vaca adulta (madre sustituta) de raza Aberdeen Angus para completar su gestación de 9 meses. Un caso muy interesante, actualmente en desarrollo en Japón por Taatsuyuki Suzuki de la Universidad de Yamaguchi, es el que se refiere a la clonación de especies extinguidas como el Mamut, haciendo realidad lo presentado hace unos años por Steven Spielberg en su Jurassic Park con los dinosaurios. La clonación, sea ésta por transferencia de núcleos o por embrio splitting (producción artificial de gemelos) ya ha sido realizada, como hemos visto, en diversas especies animales, lo cual induce a pensar en la posibilidad cierta de intentarlo también con la especie humana.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo La clonación en humanos no es un caso tan simple, ya sea desde el punto de vista práctico como desde el punto de vista ético. Desde el punto de vista práctico, los primeros casos conocidos no difieren mucho de la ya comentada producción artificial de gemelos en ovejas. A partir de un óvulo extraído de una mujer, utilizando técnicas de fertilización "in vitro" se procede a su fertilización. A medida que se desarrolla el embrión el científico logra separar las células y obtener organismos idénticos como si se trataran de comunes gemelos. Luego se implantan en la madre donante que completará el desarrollo de los bebés. Similar a la forma en que se obtuvieron las ovejas Megan y Morah. En 1993, investigadores de Washington anunciaban la creación, a partir de la división de embriones provenientes de trabajos de fecundación asistida, de algunos clones humanos llegando a la posibilidad de implantación de los mismos en úteros femeninos. Finalmente, y debido a las presiones soportadas, las investigaciones fueron suspendidas. Con la aparición de Dolly, en 1997, la polémica reinició, dada la posibilidad de la obtención, no ya de gemelos en forma artificial, sino de clones humanos provenientes de células adultas. Individuos genéticamente idénticos al progenitor del cual se extraiga el núcleo diploide para modificar los óvulos a implantar. En ese momento Ian Wilmut, "padre" de Dolly, expresaba: " no se ve ninguna razón para clonar a un ser humano y si existiera todavía no estamos capacitados para hacerlo, requiere mucha experimentación y habría que preguntarse para qué. Nosotros estamos interesados en los trabajos con animales para mejorar su producción, fundamentalmente." Eso sucedía en febrero de 1997. En enero de 1999, a menos de 2 años de aquel acontecimiento y de aquellas declaraciones, el mismo Wilmut anunció que comenzaba a trabajar en la clonación de embriones humanos. Dijo que: "estoy dispuesto a clonar un embrión humano si con ello se pudiesen tratar enfermedades como el mal de Alzheimer o el Parkinson", A partir de ese momento se sucedieron muchas noticias, como siempre anunciadas en primera plana y provocando un shock mediático impresionante. Como en enero de 1998 cuando el científico americano Richard Seed declaró que en poco tiempo sería capaz de clonar seres humanos. En diciembre del mismo año, el coreano Lee Po Yon y sus colaboradores anunciaron haber creado un clon humano con el fin de la producción de órganos para transplantes pero que voluntariamente lo habían suspendido al estadío de 4 células. En China, en el 2000, investigadores de la Universidad de Hunan anuncian trabajos similares. El común denominador de todas estas investigaciones fue la falta de presentación de sus trabajos en revistas científicas internacionalmente reconocidas. Por su parte, la empresa Clonaid anunciaba que antes de fin del año 2002 presentaría en sociedad el primer clon humano. Para no contradecirse, días después se realizó el anuncio por parte de la directora del centro, Brigitte Boisselier, en una presentación que tenía mucho más que ver con la apertura de un festival cinematográfico que con las evidencias científicas que presentaba. Allí una muy producida mujer, perteneciente a la orden de los raelianos (secta que cree que la raza humana proviene de material genético extraterrestre) anunció el nacimiento de Eva, concebida con material genético de una mujer de 31 años y que pesaba 3,2 kg. Prometía, en ese momento, que la recién nacida sería presentada en sociedad en pocos días más y que sería sometida al análisis de un grupo de científicos independientes. Similares presentaciones las realizaron posteriormente en Holanda, Japón y últimamente en la Argentina, con un común denominador: falta de pruebas de cualquier tipo (los bebés parecerían ser clones del hombre invisible...) y respuestas evasivas, especialmente en lo que se refiere al dinero que llevan recaudado con las notas periodísticas, ventas de la máquina para la electrofusión nuclear (cómo si esto fuera lo único necesario para efectuar un experimento de clonación) y fondos privados para posibles futuras investigaciones... ¿Hasta que punto es lícito experimentar con seres humanos en lo que respecta a la clonación? ¿El investigador puede realizar experimentos de clonación en casos terapéuticos? ¿Por qué es diferente la calificación si un trabajo es con fines terapéuticos o con fines reproductivos? A partir de la presentación en comunidad de Dolly y de la técnica utilizada para su obtención que, por otro lado el Dr. Wilmut supo comercializar muy bien ya que vendió todos sus derechos a la PPL, una compañía de biotecnología de la misma ciudad de Edimburgo, los diversos Estados salieron urgentemente a emitir su opinión y a legislar en la mayoría de los casos o a prohibir por decreto en los menos. La casi totalidad prohíbe que las técnicas de clonación se trasladen al ser humano,

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Librogen – Ernesto G. Pirillo fundamentalmente a nivel estatal no subvencionando económicamente los trabajos de investigación en ese campo. En el 2001, la empresa Advanced Cell Technology anunció la clonación de un embrión humano con fines terapéuticos. Si bien los procedimientos y el concepto es el mismo que los anteriormente expuestos, su finalidad y su contexto, como así también su base científica es muy diferente. En esa oportunidad, el vicepresidente de la ACT Robert Lanza, declaraba que "el objetivo de estos estudios no es la creación de seres humanos si no poner a punto técnicas terapéuticas relacionadas a tratar enfermedades como la diabetes, cáncer, Sida, mal de Alzheimer y mal de Parkinson". "El objetivo, decía el investigador, es reprogramar células humanas para obtener la producción de cantidades ilimitadas de células primitivas o células Stem" (Stem cells o estaminales). Estas células son completamente indiferenciadas cuyo posterior desarrollo puede ser dirigido para reparar tejidos u órganos enfermos. A partir de lo expuesto hasta el momento es evidente que existen dos líneas o dos tipos de utilización de la clonación en seres humanos: una la reproductiva, tendiente a la creación de nuevos seres humanos y la otra, la terapéutica, tendiente a la creación de embriones humanos como fuente de, principalmente, células Stem o primitivas. La primera, la reproductiva, ha sido condenada por la mayoría de los estados, la iglesia católica y por la sociedad en su conjunto, en todas partes del mundo, considerándola éticamente ilícita y de consecuencias impredecibles de acuerdo a los conocimientos que se poseen en la actualidad. La segunda, o sea, la clonación terapéutica, es la línea que ha ganado adeptos en todo el mundo y es hacia donde se está dirigiendo la investigación en el campo de la clonación humana. Las células Stem, o primitivas, no diferenciadas, están presentes en el embrión pero también en los tejidos u órganos adultos de un individuo. A medida que se va hacia un organismo adulto estas células perderían su potencialidad. Es por ello que mediante las técnicas de clonación terapéutica se esté buscando la posibilidad de reprogramar a esas células Stem provenientes de tejidos u órganos adultos en células Stem embrionales y por lo tanto totipotentes. La mayoría de los grupos de científicos que hoy trabajan en todo el mundo con estas técnicas, muchas veces con muy poco presupuesto, lo hacen en líneas que previamente han pasado por todos las etapas administrativas correspondientes, si las hay, con el principal objetivo de encontrar la solución a muchos de los males hereditarios que aquejan al género humano o para posibles aplicaciones en el mejoramiento animal o vegetal. De cualquier manera, el ser humano es impredecible y en este mundo moderno en donde los avances en las ciencias parecerían no tener límites y el lucro por el lucro mismo amenazan dominarla más que nunca, es imposible aventurarse a diseñar un futuro ni siquiera próximo.

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23. BIOTECNOLOGÍA Introducción

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a biotecnología la podríamos definir como una técnica que emplea organismos vivos para crear o modificar un producto, mejorar plantas o animales o desarrollar microorganismos con fines específicos. Por otro lado, debemos dividir la biotecnología en los distintos sectores de aplicación: alimentario, vegetal, animal, farmacológico, ambiental. Esto no es algo nuevo y como se puede observar en tabla sobre los tipos de procesos biotecnológicos, muchos productos alimenticios tradicionales se obtienen desde hace mucho tiempo a través de procesos fermentativos, o sea, utilizando a microorganismos como mediadores de procesos.

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Tabla: Procesos Biotecnológicos Se pueden encontrar desde productos tradicionales como el pan y el vino y más modernos como aminoácidos, vitaminas, antibióticos, etc. con aplicaciones en farmacología humana y también en la producción animal, hasta fitohormonas, inóculos para semillas y suelos, con amplia difusión en la agricultura desde hace mucho tiempo. Desde productos del metabolismo microbiano utilizados para la síntesis química y como combustible hasta microorganismos para la depuración de las aguas, del aire y para la eliminación de residuos, etc. ADN - recombinante Como ya hemos visto cuando tratamos la estructura y función del material hereditario, la célula viviente tiene la capacidad de realizar la síntesis de proteínas, siguiendo las instrucciones que lleva codificada en su ADN. Es así que dependiendo del gen que estemos tratando se va a producir la proteína determinada para la cual ese gen tiene las instrucciones necesarias. La información se encuentra a lo largo de la molécula de ADN y la característica de la proteína que se sintetizará dependerá del orden en que se encuentre la secuencia de nucleótidos A,T,G y C. Para realizar la síntesis, la célula primero copia la secuencia de nucleóticos del ADN en una molécula de ARN mensajero que es complementaria al filamento de ADN que le sirvió como molde. Una vez realizado este proceso llamado transcripción, el ARN sale del núcleo y va al citoplasma donde se realiza la traducción en los ribosomas. O sea, se lee la información que trae el ARNm y se sintetiza la proteína con la ayuda de los ARNt que, leyendo los codones unen los aminoácidos correspondientes hasta que arman la proteína específica.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo Las bacterias, por otro lado, también poseen la información para la síntesis de las proteínas en una molécula de ADN continuo, o sea, no contiene intrones y esones, y además posee unos corpúsculos llamados episomas o plásmidos de ADN circular y de replicación autónoma. ¿Cómo hacer para que la bacteria produzca la proteína del gen eucariótico que nosotros queremos? En primer lugar deberíamos insertar de algún modo el gen eucariótico para una determinada proteína, por ejemplo, la insulina, en el cromosoma bactérico o mejor dicho en el cromosoma del plásmido (ver genética citoplásmica y plásmidos Ti ) de la bacteria y entonces cuando la bacteria se multiplique también lo hará "nuestro" gen y la bacteria producirá la proteína por nosotros. Existen un tipo especial de enzimas, llamadas endonucleasas de restricción. Estas enzimas tienen la particularidad de cortar la secuencia de nucleótidos en sitios determinados. Cada enzima reconoce una determinada secuencia y corta cada filamento de ADN entre las bases de esa secuencia. Por ejemplo, la endonucleasa de restricción EcoRI identifica una secuencia GAATTC y corta esa secuencia entre la G y la A produciendo dos extremidades que tendrán un solo filamento y complementarios. CCCTTAACCAA GAATTC ATGGCCA GGGAATTCCTT CTTAAG TACCGGA .................. G

AATTC..........

.................. CTTAA

G........

Algunas otras enzimas de restricción, como por ejemplo la HaeIII reconoce una secuencia GGCC y corta entre la G y la C del medio produciendo dos extremos que no son complementarios. Siguiendo algunos otros pasos se pueden crear los extremos para la unión de los dos trozos de material genético. Si con estas enzimas cortamos ambos trozos de ADN, el que lleva el gen para la proteína y el cromosoma del plásmido y luego mezclamos los trozos, en presencia de una enzima ligasa, podremos crear nuevas combinaciones de fragmentos de ADN. Habremos así formado lo que se denomina ADN recombinante, o sea un ADN que se habrá formado por la combinación de dos moléculas de ADN diferente. Esta técnica fue presentada por primera vez en el mundo científico internacional en el año 1973, por los biólogos norteamericanos Stanley Cohen y Charles Boyer. Técnicas de clonación de ADN Estas técnicas que utilizan al ADN recombinante, que son técnicas de ingeniería genética, nos permiten introducir y mantener un gen no bactérico dentro de una bacteria y formar lo que se denominan clones de ADN. Clonación de ADN entonces significaría el aislamiento de una secuencia de ADN en un organismo simple que al duplicarse forma una gran cantidad de descendientes idénticos entre sí, llamados clones. En las técnicas de clonación, además de la utilización de los plásmidos como vectores podemos utilizar a ciertos virus que crecen en las bacterias y que poseen mucha menor cantidad de genes. Otro punto a tomar en cuenta es que generalmente el gen estructural que queremos clonar es muy difícil de encontrar y además sabemos que el gen será discontinuo e interrumpido por secuencias de ADN que no se transcriben (transcripción). Entonces, si lográramos encontrar el ARN mensajero que corresponde a ese gen, tendríamos toda la información que necesitamos.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo Sabemos que los distintos tejidos se especializan en proteínas determinadas que les son propias, por lo tanto podemos encontrar el ARNm que corresponde en el órgano que la produce. En nuestro ejemplo de la insulina podemos encontrar el ARNm en las células del páncreas. ¿ En los vectores debemos incluir trozos de ADN o de ARN ? Como hemos visto anteriormente deberemos introducir trozos de ADN. A partir de la secuencia simple de ARNm podemos obtener un filamento doble de ADN del gen que queremos clonar. Recordemos que la transcripción era catalizada fundamentalmente por una enzima ADN dependiente ARN sintetasa, en este caso para recorrer el camino inverso, o sea a partir del ARN sintetizar ADN, existen las transcriptasas inversas, una clase especial de enzimas que a partir de una secuencia de ARNm sintetizan una cadena de ADN denominada en este caso c-ADN. Luego de varios pasos donde intervienen distintas enzimas podemos obtener una molécula de ADN a doble filamento. A este punto, tratamos ambos trozos, el plásmido y el c-ADN, con la misma enzima de restricción, se mezcla y luego la misma bacteria completa las uniones y así logra formar el plásmido recombinado. Para poder seleccionar aquellos plásmidos recombinados de los que no lo están, se les incorpora al cromosoma plasmídico genes para la resistencia a ciertos antibióticos. De este modo las colonias formadas por plásmidos recombinados sobrevivirán en un medio con el antibiótico a diferencia de aquellas normales que serán eliminadas. Plásmido Ti para introducir nuevos genes en plantas Un sistema similar al visto anteriormente se utiliza para introducir genes en sistemas vegetales. Los investigadores realizan en laboratorio lo que una bacteria, el Agrobacterium tumefacien realiza en forma natural desde hace millones de años. Esta bacteria, normalmente presente en el suelo, es la responsable de la producción de un tumor en ciertas especies vegetales, como ser tabaco, frutales, ornamentales, etc. en el cuello de la planta. Dicha bacteria posee un plásmido, llamado Ti (Tumor inducing) que lleva en su ADN los genes necesarios para que el Agrobacterium tenga propiedades infectivas. En otras palabras, no es la bacteria la causante de la enfermedad, sino el plásmido que lleva dentro. En el mapa genético del plásmido Ti podemos observar los sitios donde se encuentran los genes para la inducción de la síntesis de unas sustancias llamadas opinas por parte de la planta infectada, dentro de la región DNA-T o zona de producción del tumor. Fuera de dicha región se encuentran otras zonas especialmente importantes en lo que se refiere a la transferencia a la planta huésped del DNA-T.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo Mapa genético del plásmido Ti para un tipo de opina llamada octopina. Se distinguen la región del T-ADN dentro de la cual se encuentran los genes para la síntesis de la octopina y aquellos relacionados con la morfología del tumor a producir. Otras zonas incluyen los genes con funciones de virulencia del plásmido y genes que tendrán que ver con la utilización de la octopina, en este caso. (Mary-Dell Chilton. 1983. Un vettore che introduce nuovi geni nelle piante. Le Science nº180).

De acuerdo a lo visto en la sección anterior, si pudiéramos crear un plásmido Ti recombinante introduciendo un trozo de ADN que nos interesa en la región DNA-T del plásmido, podríamos introducir DNA exógeno en la planta a través de la infección con esa cepa de Agrobacterium modificada. Si además, cuando realizamos la recombinación, introducimos un gen para la resistencia a un determinado antibiótico, por ejemplo la kanamicina, cuando realicemos la infeccción de pequeños trozos del vegetal a estudiar, podremos seleccionar aquellos en donde el DNA-T fue incorporado al cromosoma vegetal mediante la observación de las colonias sobrevivientes en un medio conteniendo kanamicina. En esa región de cultivo se formará un callo que posteriormente mediante el tratamiento con hormonas enraizantes y foliares formarán individuos adultos que tendrán genes extráneos. Hemos creado un individuo transgénico. Biotecnología genética Con el trascendente hito del descubrimiento de la estructura de la molécula de ADN (1953) luego se descifró el código genético y, posteriormente, con la aparición de la tecnología del ADN recombinante, o ingeniería genética, se produjo un cambio fundamental en el estudio y en las aplicaciones de la genética y de las biotecnologías. Hemos ido más allá de las técnicas convencionales de mejora genética, hasta alcanzar la capacidad de producir modificaciones químicas y moleculares específicas del aparato genético de cualquier ser vivo. Actualmente, por técnicas biotecnológicas modernas, mediadas por microorganismos transformados se producen, por ejemplo, insulina, hormonas del crecimiento, interferón y la vacuna contra la hepatitis B. La biotecnología vegetal surge de la combinación de técnicas de propagación vegetativa, cultivo "in vitro" de células y tejidos, genética molecular e ingeniería genética, ampliando el espectro de aplicaciones de las biotecnologías. La técnica moderna del ADN recombinante ofrece la posibilidad de desplazar un gen clonado de un organismo a otro y en el caso de los vegetales, se dice, es mucho más precisa y rápida en la obtención de resultados en comparación con las técnicas tradicionales de mejoramiento vegetal o animal Con todo, la biotecnología no es un sustituto de estas últimas y debe considerarse como complementaria. Es más, el refuerzo de la investigación biológica tradicional es un requisito indispensable para lograr una buena capacidad de investigación biotecnológica. Las especies vegetales ya transformadas por medio de la ingeniería genética son numerosas. La aparición de vegetales transgénicos, o sea portadores de genes de otras especies, con resistencia a plagas y a herbicidas, en el mercado de los alimentos alerta sobre el uso y el manejo de los mismos. En 1996 apareció en el mercado la soja RG (o RR: Roundap Ready), resistente al herbicida de amplio espectro glifosato, a partir, fundamentalmente, de la incorporación en su genoma de genes bacterianos que transfirieron la resistencia. La enzima EPSPS interviene en la cadena metabólica de 3 aminoácidos, el triptofano, la fenilalanina y la tirosina, además de participar en la formación de compuestos fenólicos y de lignina. Por otro lado, el triptofano interviene en otras cadenas metabólicas importantes, como ser en la de producción de hormonas vegetales (AIA). Esta enzima es sensible al glifosato, por eso si una variedad de soja, con la enzima normal, es tocada por el herbicida, las plantas morirán. Mediante técnicas de ingeniería genética se aisló el gen aroA de

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Librogen – Ernesto G. Pirillo una bacteria, la Salmonella typhimurium que produce la misma enzima EPSPS pero mutada y que le confiere resistencia al glifosato, se lo introdujo en la soja y entonces le confirió la resistencia. La resistencia de la enzima mutada a altas dosis del herbicida se debió a la alteración de sólo una base del ADN (ver capítulo 9, sobre la Estructura del Material Hereditario y capítulo 10 sobre Mutaciones). También comenzaron a producirse y comercializarse variedades de algodón, papa y maíz resistentes a plagas como, por ejemplo, el maíz Bt. Estas variedades tienen en común que poseen en su constitución genética un gen proveniente de una bacteria que se expresa en las plantas con la formación de toxinas con propiedades insecticidas destruyendo a los insectos que ocasionalmente las atacaran. Debido a su especificidad y supuesta falta de toxicidad para el consumidor (animal o ser humano) están siendo consideradas ideales para su uso en agricultura y se prevé su incorporación a muchas especies cultivadas más, en los próximos años. Actualmente, la biotecnología se refiere tanto a la biotecnología clásica (o tradicional) como a la moderna (o genética), si bien habría que diferenciarlas para evitar problemas. Esos microorganismos que hasta no hace mucho intervenían en los procesos biotecnológicos como mediadores para la obtención de un producto, ahora son modificados por el hombre para determinados fines, introduciéndoles genes de interés particular y han comenzado a influir decisivamente en nuestra sociedad. Las primeras plantas transgénicas se formaron hace más de 15 años en EE.UU. con la aplicación de la técnica del ADN recombinante con el Agrobacterium. El método más común empleado hasta el momento es el ya visto con el Agrobacterium tumefaciens, pero no todas las especies se ven infectadas por dicha bacteria, se emplea también otra bacteria llamada Bacillus turingiensis, para la resisitencia a plagas animales. Actualmente también se utiliza el sistema de atacar con balas genéticas y con partículas (liposomas) cubiertas por el ADN que se desea transferir a las células vegetales y también humanas. Existen muchas especies ya manipuladas genéticamente, desde la alfalfa hasta el algodón, arroz, centeno, girasol, lechuga, maíz, lino, papa, soja, tabaco, tomate, trigo y muchas más. Los objetivos que se buscan al modificar estas especies tienen como objetivo, desde el retardo en la maduración de los frutos una vez cosechados, hasta la producción de proteínas, aceites industriales y la resistencia a herbicidas y plagas. La primera planta modificada para resistir una plaga fue creada en Australia, al diseñar una planta transgénica con ADN de un virus que disolvía las tripas del gusano del algodón. Las plantas transgénicas se volvieron altamente resistentes, el ADN del virus se recombinó con el ADN vegetal y los gusanos que se alimentaron de la planta incorporaron ese material en su interior y murieron antes de las 24 horas. La aparición de individuos transgénicos en el mercado de los alimentos alertó sobre el uso y el manejo de los mismos. Las grandes compañías productoras de vegetales transgénicos, como los tomates "larga vida", la soja RR y los maíces Bt, promocionan sus logros científicos para responder a sus promesas de incrementos en la cantidad y la calidad de las cosechas y beneficios en el procesamiento y transporte de los mismos. A mediados del año 1998 la Unión Europea resolvió exigir el etiquetado de los alimentos elaborados con productos transgénicos. En la Argentina existe una regla que controla la formación de nuevos cultivos al decir que los cultivos modificados genéticamente no deben entrañar peligros ni riesgos distintos a aquellos que podrían provocar los cultivos mejorados por los métodos tradicionales. El 25 de julio de 2001 la Comisión Europea presentó el proyecto de ley para los alimentos transgénicos que incluía dos directivas principales: la trazabilidad y el etiquetado. La primera permitiría tener la

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Librogen – Ernesto G. Pirillo posibilidad de seguir, hacia atrás, todo el recorrido que tiene un determinado alimento, y la segunda dar la posibilidad de elección de los alimentos, para consumo humano y animal, sabiendo cuales poseen en su composición materias primas genéticamente modificadas. En la actualidad existen distintas posiciones al respecto: • Estados Unidos, Canadá, Argentina y Australia, a favor de la plena liberalización de los alimentos transgénicos. • Unión Europea (en general), a favor de la línea de la trazabilidad y del etiquetado de los OGM. • La India y muchos Países en Desarrollo, quieren mantener los derechos de propiedad sobre los genes de los vegetales y animales que se encuentran en su territorio. • El Japón pide el etiquetado. Con respecto a Brasil, socio de la Argentina en el Mercosur, en el 2003 la ministra de medio ambiente anunció que si bien autorizó que la producción de soja fuera comercializada, no se permitían nuevas plantaciones hasta que el Congreso no apruebe leyes al respecto que respeten los intereses estratégicos del país. Actualmente se están llevando a cabo diversos experimentos marcando el ADN transgénico con un marcador, la proteína GFP (green fluorescent protein) que tiene propiedades de emitir fluorescencia verde bajo la exposición de rayos ultravioletas. El seguimiento del destino de los transgenes dentro del ser humano y de los animales que los consumen permitiría responder a, por ejemplo, si el transgen o fragmentos de ADN pueden pasar la barrera intestinal, si pueden integrarse en las células y fundamentalmente si el fragmento se pueda integrar al genoma del huesped y posteriormente ser traducido en la proteína transgénica. En el campo animal, ya existen ovejas, vacas, cabras y cerdos transgénicos con el objeto de fabricar proteínas humanas u otros biofármacos, como por ejemplo, la hemoglobina humana con aplicaciones como sustituyente del plasma humano en las transfusiones, o los factores VIII y IX de la coagulación de la sangre para ser aplicados en el tratamiento de los hemofílicos, etc. También en el campo forestal las biotecnologías tienden a la obtención de especies transgénicas con el objeto de obtener árboles resistentes a enfermedades, más productivos y de crecimiento más veloz. Por ejemplo, en el Instituto Nacional de Forestación de Pekín se logró la inserción del gen Bt para la resistencia a insectos en álamos. En Tailandia se ha obtenido un Eucaliptus transgénico y otras especies forestales para la utilización de la celulosa y en Suecia y Finlandia están trabajando en la obtención de variedades resistentes a parásitos y con altas tasas de crecimiento en terrenos pobres. En USA y Canadá se están cultivando variedades de Eucaliptus tolerantes a herbicidas, un álamo con la lignina modificada, un abeto canadiense resistente a los insectos y muchas otras especies más. En el campo ambiental las biotecnologías pueden jugar también un rol muy importante, como por ejemplo, en el bioresaneamiento de aguas y suelos contaminados por descargas industriales o por petróleo. En 1990, la sociedad Alpha Environment realizó por primera vez una inoculación con organismos vivos seleccionados especialmente para reparar el daño provocado luego de una gran pérdida de petróleo en el Golfo del México. Se dice que las nuevas tecnologías aparecen debido a que las ya existentes hicieron necesaria su aparición, pero muchas veces eso no se verifica. Si midiéramos las técnicas en términos de eficiencia energética podríamos observar que muchas de ellas fueron creadas e instaladas en la sociedad principalmente debido a la desmesurada sed de investigación y cambio, de lograr algo nuevo, ya sea para obtener un rédito económico (la mayor parte de las veces), como prestigio (en muchas otras) o para establecer una posición de dominio (en muchas más). Pensemos en el ejemplo anteriormente citado de la práctica del monocultivo de sojaRR y veremos que a las ventajas a corto plazo podrian significar graves amenazas para el medio ambiente en el futuro. El análisis de todo el paquete tecnológico compuesto por cultivo transgénico (soja RR), herbicida de amplio

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Librogen – Ernesto G. Pirillo espectro (glifosato) y siembra directa (que incluye barbecho químico), pone en duda el beneficio de esta técnica de labranza. Además, los procesos no siempre transparentes, que están en la producción, comercialización, etc. ya sea del glifosato como de especies transgénicas por parte de las corporaciones multinacionales, hacen que peligre todo el sistema. La aceptación de este paquete biotecnológico, ha incorporado grandes extensiones de tierras de bosques nativos a sistemas productivos de agricultura extensiva con desplazamiento de la frontera agrícola hacia zonas de producción ganadera extensiva. La superficie sembrada con maíz, trigo, girasol y soja, casi se duplicó en los últimos 20 años. De cualquier manera, mientras el maíz mantuvo su superficie, el girasol aumentó un 29% y el trigo un 14%, la soja lo cuadruplicó. En la actualidad existen aproximadamente 14 millones de hectáreas dedicadas a su cultivo en la Argentina. Por otro lado, a diferencia de lo que sucede con el maíz, que aumentó sus rendimientos unas 2,4 veces en los últimos años, debido fundamentalmente a la adopción de las mejoras tecnológicas (incluyendo las biotecnológicas), la soja lo hizo a expensas de una mayor superficie sembrada, ya que los aumentos de rendimiento superaron el 50% aproximadamente. Muchos pequeños productores tuvieron que ceder sus tierras ante el avance de nuevos actores que entraron al sistema agropecuario, buscando ganancias extraordinarias a corto plazo. En los últimos 10 años habrían desaparecido unos 130.000 pequeños productores. El caso de la utilización de una sola variedad de una especie en grandes extensiones de cultivo, atenta a favor de la pérdida de diversidad genética. Las consecuencias negativas del monocultivo durante largos períodos de tiempo (aparición de plagas específicas, enfermedades endémicas, cambio en la constitución del suelo, etc.), aumenta considerablemente la vulnerabilidad del cultivo ante determinadas enfermedades para las cuales dicha variedad no sea resistente. La reducción de la duración de los periodos de barbecho pone en peligro la fertilidad del suelo y lo hace más vulnerables a ataques más graves y frecuentes de insectos, malezas y enfermedades, lo que se traduce en una utilización mayor pero menos eficaz de toda clase productos químicos. En nuestro País, en los últimos años se triplicó la utilización de fitosanitarios (herbicidas, insecticidas, acaricidas, fungicidas, etc.) y el consumo de fertilizantes pasó de 500 mil Tn a 4 millones de Tn, en los últimos 20 años. Cuestiones que involucran a la contaminación del germoplasma, suceden con la implantación del maíz transgénico, debido a su condición de halógama, especialmente en los sitios de origen de esta especie, como están alertando en México la Red en Defensa del Maíz, la Asamblea Nacional de Afectados Ambientales y la Vía Campesina de América del Norte, provocando serios conflictos sociales. Como citáramos en la introducción, la genética y las biotecnologías con sus avances podrían ser las llaves de la revolución tecnológica en este nuevo siglo. Sus aplicaciones van desde el género humano hasta la industria química, pasando por la industria farmacéutica y la agrícolo-ganadera, que parecería han tomado la vanguardia en cuanto a la utilización de las nuevas técnicas. Si bien, las técnicas biotecnológicas de por sí no solucionarán los problemas de la gente. La revolución biotecnológica no va a eliminar el hambre y las enfermedades del mundo, como alguien dijo por ahí. Más de 1000 millones de personas en todo el mundo sufren de malnutrición crónica y muchos más no alcanzan niveles mínimos de alimentación. El hambre existirá en gran parte del Planeta y muchísima gente se morirá por no tener el medicamento para su curación, por más que la insulina humana exista en las farmacias o se produzcan millones de toneladas de granos, obtenidos por técnicas biotecnológicas. Nuestro País es el caso más representativo ya que produce alimentos para 10 veces su población… El supuesto beneficio a corto plazo siempre es a expensas de un desequilibrio a largo plazo en el medio ambiente. Esto es así para todos los recursos no renovables (p.e.: petróleo y sus derivados, fertilizantes y agroquímicos), pero también lo es cuando se utilizan recursos renovables, pero que el hombre los explota de tal manera que los convierte en no renovables (p.e.: el recurso suelo). Estos sistemas productivos, altamente demandantes de nutrientes han dejado de lado las rotaciones de cultivos, los barbechos tradicionales, los manejos integrados de plagas, etc. y los han sustituido por una incorporación extremadamente grande de energía externa al sistema, via la introducción de fitosanitarios, fertilizantes, etc.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo La tasa de consumo de los recursos naturales no debe ser mayor a la tasa con la cual la naturaleza recicla los desechos y repone sus reservas. La humanidad debe ir hacia la utilización eficiente de recursos naturales renovables y con especial atención en el manejo de los mismos y teniendo en cuenta los efectos secundarios que pueden producir. La genética y las biotecnologías con sus avances son las llaves de la revolución tecnológica de fin de siglo XX y seguramente lo serán en el presente y por lo tanto van a estar cada vez más en el centro de los cambios técnicos de la agricultura y de la industria alimentaria. Las políticas agrarias deberán tenerlas en cuenta permanentemente siguiendo su evolución, seleccionándolas y utilizándolas. La biotecnología aplicada a la agricultura deberá ser abordada de manera diferenciada y, posteriormente, analizada bajo un enfoque sistémico, pues la mayoría de las veces forma parte de una práctica o manejo, sin descuidar en el análisis también los impactos los económicos y sociales. Las medidas que se tomen al respecto no deben circunscribirse solamente a decisiones de índole económicas o políticas coyunturales o dejando libradas las mismas exclusivamente a las fuerzas del mercado, sino que deben avalarse con serios estudios científicos. Se deberán analizar con sumo cuidado todos los procesos desde la producción hasta la utilización del producto obtenido. Es deseable que muchas de las dudas antes mencionadas comiencen a resolverse a medida que se avance en las investigaciones, no sólo de genética molecular sino de la genética en general y en especial de las interacciones de los nuevos organismos en los distintos ambientes donde se los introducen. Las medidas necesarias van más allá de la posición así llamada tecnológica, aunque serán de importancia vital las nuevas tecnologías basadas en los últimos conocimientos científicos y el restablecimiento o perfeccionamiento de las tecnologías autóctonas. Entran aquí las medidas internacionales para crear un sistema comercial más abierto y justo con unas salvaguardas ecológicas más amplias y fuertes y para canalizar de forma más coherente la ayuda al desarrollo con miras a una agricultura sostenible (FAO). La biotecnología genética no es un sustituto de las técnicas tradicionales de mejora sino que deben considerarse como complementarias. Es más, el refuerzo de la investigación biológica tradicional, el rescate y el respecto por los conocimiento ancestrales, tanto en especies como en prácticas agronómicas en ambientes diferentes, evaluaciones de impactos ambientales específicos, etc. son un requisito indispensable para lograr una buena capacidad de investigación biotecnológica.

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24. BIOPROSPECCIÓN

Desde la llegada de Colón a estas tierras comenzó un intercambio de material vegetal de una parte del

mundo hacia la otra. Es así que América aportó a Europa especies comestibles de indudable valor como el tomate, la papa, el maíz, la mandioca, etc. y Oriente nos ofrecía a cambio el trigo, el centeno, la avena, etc. Posteriormente comenzó la identificación, estudio y clasificación de plantas extracontinentales. Se crearon grandes jardines botánicos que servían para mantener "in vivo" muchas especies recolectadas en otros lugares, adaptando las condiciones de cultivo para su supervivencia. Como siempre los grandes intereses económicos comenzaron a actuar y es así que se realizaron, para esa época ( siglo XVIII y XIX ) grandes contrabandos de especies, debido a lo cual comenzaron a aparecer, posteriormente, los campos experimentales en los países de origen del material.

A comienzos del siglo pasado, a partir de las investigaciones del monje Gregor Mendel fue posible comprender las bases genéticas de la selección y de ese modo darle un marco científico a procesos que el hombre ya observaba desde hacía mucho tiempo pero que no se explicaba el por qué de su ocurrencia. La propia civilización fue posible cuando las tribus nómadas aprendieron a domesticar plantas y animales. Mucho antes que la genética existiera como disciplina científica, los hombres se interesaban por la herencia de rasgos deseables e indeseables de la población humana, seleccionaban los granos de mayor rendimiento y vigor y animales de mejor piel o carne. Existen datos de que los asirios ya realizaban cruzamientos entre plantas y mucho más cerca en el tiempo, las grandes civilizaciones indígenas americanas, realizaban con éxito el mejoramiento de, por ejemplo, el maíz. En la segunda parte del siglo XX aparece lo que se denominó la "revolución verde", con la obtención de variedades de trigo y de arroz enanos y de alta producción, siempre y cuando fuera asociado su cultivo a la aplicación de determinadas tecnologías, como ser un uso elevado de fertilizantes, plaguicidas y maquinaria especial. Es así que se produjeron grandes problemas asociados a la adquisición de dicha tecnología en los países que necesitaban de una alta producción para hacer frente a la demanda de alimentos de su población, especialmente en países en desarrollo. El trascendente hito del descubrimiento de la estructura de la molécula de ADN por Watson y Crick ( 1953) produjo un cambio fundamental. Se descifró el código genético y la genética molecular conjuntamente con técnicas apropiadas comenzaron a intervenir en la mejora de especies animales, vegetales y se fueron sucediendo grandes avances en el campo de la genética humana. En los últimos años los avances de las técnicas biotecnológicas han llevado a crear bacterias y hongos que poseen genes humanos para producir determinadas hormonas, como por ejemplo, la insulina, la hormona del crecimiento y el interferón o la utilización de animales como biorreactores para producir fármacos de alto valor, o las especies transgénicas vegetales, como el tomate "larga vida", la soja RG, resistente al herbicida de amplio espectro glifosato y el maíz Bt resistente a plagas animales La sofisticada tecnología de la genética molecular nos ha suministrado un amplio espectro de técnicas ( biotécnicas o bioensayos ) debido a lo cual las grandes empresas farmacéuticas están interesadas en el estudio de la biodiversidad. Se calcula que unas 120 sustancias extraídas de unos 90 vegetales sirven de base para medicamentos utilizados en todo el mundo y que alrededor de 60 de esas especies se encuentran en los bosques tropicales o templados. De cualquier manera esto representaría, según algunos cálculos, sólo el 5-7 % de todo el potencial bioquímico de las plantas superiores tropicales. Cuando se habla de biodiversidad generalmente se dan cifras que muchas veces no son ciertas, o bien no se puede comprobar su certeza. Es así que se habla que solamente el 1% de las especies presentes en la naturaleza han sido estudiadas. No debemos olvidar que dentro de las especies vivas debemos incluir no solo a las plantas y animales superiores, sino también a los más pequeños, como las bacterias, virus, etc.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo El 5 de junio de 1992, en Río de Janeiro, se firma la Convención sobre Biodiversidad, que en su primer artículo expresa: " Los objetivos de esta Convención, que se persiguen por medio de sus disposiciones pertinentes, son la conservación de la biodiversidad, el uso sustentable de sus componentes y el compartimiento justo y equitativo de los beneficios derivados de la utilización de recursos genéticos, mediante el acceso racional a estos recursos y la transferencia apropiada de las tecnologías pertinentes, tomando en cuenta los derechos sobre recursos y tecnologías, y mediante financiamiento adecuado. Posteriormente, el 15 de abril de 1994, en Marruecos, se firmó el Acuerdo TRIPS que tiene en cuenta los aspectos vinculados con la comercialización de derechos de propiedad intelectual. En estos tiempos, donde los países que poseen la mayoría de las especies, se han estabilizado políticamente y algunos de ellos respetan las patentes, las grandes empresas farmacéuticas han comenzado ha concretar programas de investigación para la obtención de nuevos fármacos a partir de extractos de plantas ubicadas en esos países. El caso de los recursos biológicos es muy especial: estos se hallan distribuidos principalmente en los países del Sur que no poseen, en la mayoría de los casos, la tecnología para hacer uso de ellos. Entonces aparecen los contratos de prospección de la diversidad biológica o contratos de bioprospección. El proceso de bioprospección involucra tanto a las industrias farmacéuticas como a centros de investigación, universidades, políticos, recolectores individuales, organizaciones no gubernamentales, industrias de aparatos bioquímicos, etc. Hasta hace muy pocos años ( antes de la Convención sobre biodiversidad ) se consideraba a los recursos genéticos vegetales, especialmente, como patrimonio de la humanidad y por lo tanto de libre acceso a cualquiera que los necesitaran. A partir de la consideración que los Estados tienen soberanía sobre sus recursos naturales, como se realizaba para recursos como por ejemplo el petróleo y los minerales, que permitieron a los países poseedores acumular riquezas, también se incluyen en la actualidad los recursos naturales genéticos, expresados fundamentalmente en términos de biodiversidad. A medida que se destruye el hábitat natural se reducen las opciones de toda la humanidad. La bioprospección, cuando se realiza con cuidado, podría desempeñar un papel importante en la posibilidad de conservar intactas nuestras opciones o las de las generaciones futuras. De cualquier manera habría que considerar algunos aspectos para que los beneficios que podrían resultar de la bioprospección no llevaran al fracaso. En primer lugar habría que analizar el objetivo de la bioprospección en cada caso particular. La mayor parte de los acuerdos se basa en el descubrimiento de compuestos activos con posibles usos en farmacología. Si bien este es un campo muy importante debemos considerar también el relacionado con la veterinaria, la agricultura y el desarrollo agrícola. O sea, todo lo directamente relacionado con algún compuesto o gen individualizado para ser transferido a un cultivo ya establecido y utilizado comercialmente, como de aquello derivado de los estudios y experimentación de los métodos de cultivo de especies de las cuales todavía se obtiene el compuesto útil directamente. También los posibles usos de la bioprospección, en lo que se refiere al descubrimiento de microorganismos, podría ser de especial relevancia en el campo de la industria, como actualmente se realiza para el tratamiento de los residuos derivados de la industria del petróleo, limpieza de aguas servidas, tratamiento de residuos, etc. Es en el campo de los microorganismos donde se debería poner mucho énfasis debido al potencial manejo que de ellos se puede realizar, debido a su relativamente fácil manipulación si lo comparamos con los vegetales y animales superiores. Las biotecnologías podrían aplicarse, en una primera etapa, por ejemplo, en la investigación sistemática de las especies que se encuentran en un determinado sitio. Si le unimos la estrategia planteada por algunas empresas de llevar la tecnología para realizar los primeros ensayos al mismo lugar de

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Librogen – Ernesto G. Pirillo investigación, ya no se estaría entregando el material natural en bruto y se estaría dando un paso adelante en la utilización de los recursos y en los presupuestos de la Convención sobre Biodiversidad. La bioprospección es un sector en donde intervienen una gran variedad de materias , como ser la biología, la genética, la química, la taxonomía, etc. además de las ciencias del ambiente. La educación en estas áreas es indispensable para lograr resultados en el futuro. Un país en desarrollo, con gran capital en biodiversidad, actualmente no explorada, deberá diseñar estrategias para hacer frente a posibles contratos de bioprospección. En primer lugar se deberá saber una estimación de los recursos que se poseen, tanto los naturales a explorar, como aquellos humanos, científicos, tecnológicos, económicos, etc. que estarán involucrados en la bioprospección, para posteriormente encarar una política que esté de acuerdo a esos medios de los que dispone. Los campos de la bioprospección son muy amplios y no debemos limitarlos solamente al descubrimiento de alguna sustancia para la obtención de algún fármaco milagroso ( actualmente se calcula que 1 de 80.000 muestras es potencialmente útil en este campo, y que luego pueden pasar de entre 10 a 30 años para la comercialización del remedio) o de algún gen para transferir en alguna especie cultivada, sino que están relacionados con la educación y la capacitación de técnicos, como así también con la utilización de nuevas tecnologías en diversos campos de la ciencia. Esta es una inversión a largo plazo en donde los gobiernos y la comunidad toda deberán establecer políticas y estrategias para llevar a cabo en el corto y mediano plazo para hacer frente a la complejidad de los contratos que pudieran suscribirse. Por otro lado, habría que agregar todo el caudal de conocimientos indígenas, especialmente aquellos relacionados con la etnobotánica y uso medicinal de los vegetales, obtenidos a través de miles de años, que se estarían transmitiendo a una industria a valores que generalmente no tienen correspondencia con las ganancias producidas, aún si en los postulados de los contratos figura el reconocimiento de los mismos. El desarrollo de la genética molecular, la técnica del ADN recombinante y toda la gama de posibilidades que ofrecen las biotecnologías achica cada vez más la diferencia entre recurso genético y recurso biológico. Un extracto o trozo vegetal ya no es solo material orgánico, es también, y principalmente, un conjunto de genes que contienen una información relativamente fácil de extraer. En estos tiempos donde todo tiene precio, todo se compra y todo se vende, donde los países en desarrollo, ricos en biodiversidad, están abundantemente endeudados y en donde la brecha tecnológica entre el Norte y el Sur es cada vez más amplia, los gobiernos se ven tentados a ponerle precio a los recursos vegetales, animales y genéticos presentes en sus territorios de un modo un tanto arbitrario y sin tener en cuenta, la mayoría de las veces qué representa aquello que dan y reciben a cambio. La bioprospección podrá redundar en un beneficio, tanto para el país rico en biodiversidad, como para la comunidad mundial, siempre y cuando se la realice con cuidado. La bioprospección por sí sola no lleva a la conservación de la diversidad biológica, pero puede ayudar. Si la prospección biológica aporta beneficios económicos justos a las comunidades locales entonces la utilización desmesurada de los recursos naturales podría verse desalentada y se habría optado por la alternativa más conveniente para hacer un uso sustentable de la diversidad biológica que se posee. De otro modo estaríamos solamente mercantilizando nuestra naturaleza, incluidos los conocimientos culturales que ella encierra.

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25. PREGUNTAS Y PROBLEMAS 1) Nombre cinco (5) organelos que puede encontrar en una célula eucariótica. 2) ¿Cómo se denominan a los cromosomas X e Y?. ¿Y a los otros? 3) ¿Qué sucede en el período S del ciclo celular? 4) División celular equitativa que separa las cromátidas hermanas: ............. 5) En la profase mitótica los cromosomas homólogos se aparean y realizan entrecruzamiento. (Verdadero - Falso) 6) Si el número 2n de una especie es 20 ¿cuántas tétradas o bivalentes observaré? 7) La ............... es el proceso en el cual los cromosomas homólogos forman parejas, ocurre en ............... de la primera división meiótica. 8) La ............. es una división del núcleo en la cual se modifica el número cromosómico, pasando de ........... a .......... 9) El contenido genético de los productos mitóticos es (idéntico-diferente). 10) El contenido genético de los productos meióticos es(idéntico-diferente) 11) ¿Qué estadío es mejor para contar el número cromosómico, el paquinema o la metafase?. 12) Si el número n de una especie es 20 ¿cuántas tétradas o bivalentes observaré? 13) La sinapsis es el proceso en el cual los cromosomas homólogos forman parejas, ocurre en la cigonema de la primera división mitótica. ( Verdadero - Falso ) 14) ¿ Cuántos núcleos posee un saco embrionario maduro? ¿Cómo se llaman? 15) Los productos meióticos son capaces, en general, de experimentar divisiones meióticas adicionales. (Verdadero - Falso) 16) Nombre por lo menos dos procesos importantes que ocurren en la meiosis y que no lo hacen en la mitosis. 17) ¿ Qué es un individuo portador ? 18) ¿ Qué es un cruzamiento retrógrado ? 19) ¿ Cómo es, con respecto a la célula madre, el número cromosómico de los productos meióticos o gametos ? 20) ¿ Cuántos óvulos son producidos por a) un oogonio, b) un oocito primario, c) una ootide y d) un corpúsculo polar? 21) ¿Cuántos núcleos posee un grano de pólen?. ¿Cómo se llaman? 22) ¿ Qué tipo de relación es la epistasis ? (Intergénica - Intragénica) 23) Un hermafrodita es un individuo animal donde coexisten ambos sexos. (Verdadero - Falso) 24) En el sistema de determinación del sexo por haplodiploidía, los cromosomas no intervienen en dicha determinación. (Verdadero - Falso) De 2 ejemplos de especies donde ocurre haplodiploidía. 25) Defina a) trisómico b) monosómico c) triploide 26) ¿Qué es un nucleótido?. 27) El ADN, es un monómero o un polímero?. Explique. 28) ¿Para qué sirve el ARN transfert (ARNt)?.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo 29) ¿Dónde se realiza la transcripción, en el núcleo o en el citoplasma? 30) ¿Qué sucedería si incorporáramos un nucleótido en el medio de una cadena de ARNm que codifica para una proteína esencial?. 31) ¿Qué hicieron de trascendental para la biología (y para la genética específicamente) Watson y Crick?. 32) Las proteínas son una secuencia de: azúcares - bases nitrogenadas - aminoácidos - grupos carboxilos (tachar lo que no corresponda) 33) ¿ Qué es la traducción y en qué parte de la célula tiene lugar?. 34) ¿ Qué significa que el código genético es degenerado ? 35) ¿ Cuántas clases de ARN conoce? Describa cada una de ellas. 36) ¿ Qué es la transcripción? 37) ¿ Cómo deberán ser los anticodones de los ARNt que se unan a los siguientes codones del ARNm: AUC - CCC - ACU - GGA - UUG GGA - UGA? 38) ¿ Qué nucleótidos forman la molécula de ARN ? 39) De, al menos, 3 ejemplos de poliploides con importancia económica. 40) Explique el significado del término "hemicigocidad". 41) ¿ Qué tipo de poliploide es el algodón de cultivo o americano ? 42) Enumere dos caraterísticas por las cuales son muy utilizados los triploides en fruticultura. 43) ¿ Qué tipo de mutaciones estructurales y cromosómicas conoce ?. 44) ¿ A qué denominamos inversión pericéntrica ? 45) Determine a) la varianza de la dominancia y b) la varianza ambiental, a partir de la siguiente información : heredabilidad (en sentido estricto), h2, = 0.3; varianza fenotípica = 200 lb2; varianza genética total = 100 lb2; varianza de la epistasis = 0 46) Cuántas líneas puras intervienen en la formación de: a) un híbrido simple b) un híbrido doble 47) Hay 46 cromosomas en las células del ser humano. a) ¿Cuántos cromosomas recibe un hijo de su padre?. b) ¿Cuántos cromosomas se encuentran en un gameto del varón?. c) Cuántos cromosomas sexuales hay en el óvulo ?. d) ¿Cuántos autosomas se encuentran en las células somáticas de la hembra?. 48) Diagrame la mitosis de un individuo AaBb, con un par de cromosomas metacéntrico y el otro telocéntrico. 49) Diagrame la meiosis del mismo individuo del problema anterior. 50) Enumere, por lo menos, 5 características distintivas entre la mitosis y la meiosis. 51) Enumere los diferentes gametos producidos por los siguientes individuos: a) AABBCc; b) aaBbCc; c) AaBbccDd; d) AABbCcddEe. 52) Diagrame la meiosis de un individuo con genotipo AABb, dibujando 3 pares de cromosomas: 1 metacéntrico largo, 1 telocéntrico largo y uno telocéntrico corto. 53) Un gen recesivo ligado al sexo "d" determina el daltonismo en el hombre. Una mujer normal portadora se casa con un hombre daltónico. a) ¿ Cuáles son las probabilidades de que el primer hijo varón de este matrimonio sea daltónico ?. b) ¿ En qué porcentaje se espera que sean daltónicas las hijas de estos progenitores ?. c) ¿ Qué proporción de todos los hijos de este matrimonio se espera que sean normales ?. 54) Si tenemos en cuenta que la utilización de la mano izquierda para escribir (surdo) es un caracter recesivo y autosómico, al igual que ojos claros con respecto a ojos oscuros, ¿ cuáles serán los fenotipos posibles de la descendencia entre una mujer de ojos claros y surda y un hombre de ojos oscuros y diestro? Los abuelos paternos eran el macho surdo y la mujer de ojos claros. 55) Dada la siguiente cadena de ADN ...3' TAACACGAGTAC 5’.... construya: a) la cadena de ADN complementaria, b) la cadena de ARNm.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo 56) Convierta los siguientes segmentos de ARNm en sus equivalentes polipéptidos, utilizando la lista de codones del texto a) .... 5' GAUAUGGCCAGUUAAUAC 3' ...... b) .... 5' AACAGA CCUACAGACCCA 3' ...... c) .... 3' UUGUUACGAGAUGUCAAC 5' ...... 57) ¿ Cuántas trisomías pueden formarse en un organismo con número cromosómico 2n=12 ? 58) El número diploide de un organismo es 12. ¿Cuántos cromosomas pueden esperarse en a) un monosómico, b) un tetrasómico, c) un doble trisómico, d) un monoploide, e) un triploide y f) un autotetraploide? Haga el esquema de los cromosomas e indique la fórmula cromosómica. 59) Defina qué es una línea pura. 60) ¿ Qué es y para que sirve un índice de selección ? 61) ¿ Cuáles son los principales componentes de la varianza fenotípica total ? 62) ¿ Cómo definiría Vigor Híbrido o Heterosis ? 63) Imaginemos que en una cierta población humana en equilibrio la frecuencia de individuos con ojos claros sea del 64 %; ¿ cuáles son las frecuencias génicas y genotípicas ? 64) Tomemos el siguiente caso de genética humana. Existe el tipo de grupo sanguíneo M-N, con relación de codominancia entre ambos alelos, M y N. Hemos encontrado en una población la siguiente proporción de genotipos: MM = 20%; MN = 40%; NN = 40%. ¿ Está esta población en equilibrio ? 65) ¿ Cuál es la probabilidad que en una familia de 5 hijos todos sean del mismo sexo ? 66) ¿ Cuál es la probabilidad que entre las familias de 5 hijos haya al menos un varón ? 67) Una familia tiene 4 hijos y la esposa está embarazada nuevamente. ¿Qué probabilidad existe que el nuevo hijo sea varón? 68) La especie humana tiene 22 copias de autosomas y una copia de heterocromosomas ( X e Y ) para un total de 23 copias. ¿ Cuál es la probabilidad que una célula haploide ( espermatozoide u óvulo ) tenga todos los cromosomas de origen paterno ? 69) Si admitimos que la frecuencia de los nacimientos en una población sea la misma para todos los días del año: a) ¿ Cuál es la probabilidad para una persona de nacer el 1°Enero ? b) ¿ Cuál es la probabilidad que un hombre nacido el 1° de Enero conosca casualmente y se case con una mujer nacida también el 1° de Enero ? c) ¿ Cuál es la probabilidad que entre todos los matrimonios de la población encontremos un matrimonio de este tipo ? 70) Un sujeto de grupo sanguíneo 0, tiene ambos padres de grupo sanguíneo A. ¿ Cuál es la probabilidad que un hermano a) sea de grupo 0; b) sea de grupo A; c) sea homocigoto para el grupo sanguíneo ? 71) En cuál de las siguientes tres poblaciones es más frecuente el nacimiento de hijos Rh+ a partir de madres Rh- ? a) frecuencia de los Rh- = 0.36; b) frecuencia de los Rh- = 0.16; c) frecuencia de los Rh- = 0.04 72) En una población las frecuencias de los genes A y B del sistema ABO son respectivamente 0.26 y 0.12 y aquella del gen M del sistema MN es 0.62. ¿ Cuáles serán las frecuencias de los siguientes fenotipos: a) 0, MN; b) A,M; c) AB,N ? 73) En una población la frecuencia del gen para la hemofilia es de 0,0003. En esa misma población la frecuencia del ge "d" del sistema Rh es de 0,40 y la frecuencia de los genes A y B del sistema ABO son respectivamente 0,30 y 0,10. ¿ Cuáles son en esa población las frecuencias de: a) mujeres portadoras sanas del gen para la hemofilia y factor Rh negativo? b) machos hemofílicos de grupo AB y factor Rh positivos? c) sujetos heterocigotos para los tres loci considerados?

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Librogen – Ernesto G. Pirillo 74) Un matrimonio con visión normal tienen 4 hijos. El primero es una niña con visión normal que tiene 3 hijos varones, de los cuales 2 son daltónicos; el segundo es una mujer con visión normal que tiene 5 varones todos normales; el tercero es un varón daltónico que tiene dos hijas y dos hijos todos normales; el cuarto es un varón con visión normal que tiene cuatro hijos varones todos normales. a) Dibujar el árbol genealógico. b) Es posible, a partir de estos datos, determinar si el caracter está ligado al sexo? c) Cuáles son los probables genotipos de todos los individuos del problema? d) Cuántos alelos del gen para el daltonismo tienen los hijos varones datónicos ? 75) En Drosophila melanogaster existe un gen autosómico "vg+" que otorga alas normales a las moscas y la mutación "vg" produce alas reducidas a vestigios. También existe un gen ligado al sexo que determina el color del cuerpo, siendo "Y+ " color del cuerpo normal, "y" color amarillo del cuerpo. Si una hembra homocigótica de cuerpo amarillo y alas reducidas se cruza con un macho normal, cuáles serán los fenotipos esperados en la F1 y en la F2 ? 76) Un hombre de grupo sanguíneo B es citado en Tribunales para un caso de paternidad por medio de una mujer de grupo sanguíneo A. El hijo de esta pertenece al grupo sanguíneo 0. a) ¿ Es este hombre el verdadero padre del niño ? ¿ Por qué ? b) Si este hombre es efectivamente el padre del niño, qué genotipo deben tener los padres ? c) ¿ Un hombre de grupo sanguíneo AB podría ser el padre del niño ?. ¿ Por qué ? 77) En la planta boca de león el caracter color rojo de las flores "R" presenta dominancia incompleta sobre el color blanco "r"; los heterocigotos tienen flores rosas. El caracter hojas anchas "B" es dominante incompleto sobre hojas finas "b"; los heterocigotos tienen hojas de anchura intermedia. 78) Calcular la probabilidad de obtención de las siguientes clases fenotípicas, a partir de los siguientes cruzamientos: cruzas

clase fenotípica

AAbb x AaBb

ab

AAbb x AaBb

AB

AABbCc x aabbcc

ABC

aaBbCC x AaBbCc

abc

aaBbCC x AaBbCc

ABc

AaBbCc x AaBbCc

ABc

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26. RESPUESTAS 1) Núcleo, mitocondrias, cloroplastos, aparato de Golgi, retículo endoplasmático, vacuolas, etc. 2) Cromosomas sexuales. Autosomas. 3) Se produce la autoduplicación de ADN. 4) Mitosis. 5) Falso. 6) 10. 7) Sinapsis. Cigonema. 8) Meiosis. Diploide. Haploide. 9) Idéntico. 10) Diferente. 11) Metafase. 12) 20. 13) Falso. 14) 8. Núcleo del huevo (1), sinérgidas (2), antípodas (3) y núcleo de fusión (2). 15) Falso. 16) Apareamiento de cromosomas homólogos y entrecruzamiento. 17) Es un individuo heterocigótico que lleva un alelo recesivo. 18) Es el cruzamiento de un individuo F1 con alguno de sus progenitores. 19) Reducido a la mitad. 20) a) 1; b) 1; c) 1; d) 0. 21) 3. Núcleo tubular y dos núcleos espermáticos. 22) Intergénica. 23) Verdadero. 24) Verdadero. 25) Falso. 26) a) Posee 3 cromosomas en algún par. b) posee un sólo cromosoma en algún par. c) posee 3 juegos cromosómicos completos. 27) Polímero. Está compuesto por una secuencia de nucleótidos. 28) Para llevar a los aminoácidos a la cadena proteica en formación en los ribosomas. Se une por medio del anticodón a los codones del ARNm.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo 29) En el núcleo. 30) Se correría todo el sistema de lectura y no se produciría la proteína esencial. Característica de linearidad del código genético. 31) Determinaron la estructura molecular de la doble hélice del ADN. 32) Aminoácidos. 33) Es el proceso por medio del cual, la célula, a partir de la información contenida en el ARNm produce una proteína. 34) Que existen más de un codón para cada aminoácido. 35) ARNm , ARNr y ARNt. Ver estructura del material hereditario. 36) Proceso por medio del cual a partir de la información contenida en la molélula de ADN se forma el ARNm. Ocurre en el núcleo de la célula. 37) UAG-GGG-UGA-CCU-AAC-CCU-ACU 38) Adenina, Guanina, Citosina y Uracilo (Bases nitrogenadas de los nucleótidos) 39) Trigo, avena y algodón. 40) Es el caso de los genes ubicados en el cromosoma X humano y que no tienen correspondencia en el Y. 41) Alotetraploide o anfidiploide. 42) Gran tamaño y esterilidad. 43) Euploidía y aneuplodía. Delecciones, duplicaciones, inversiones y translocaciones. 44) Cuando la zona invertida incluye al centrómero. 45) a) 40; 46) a) 2; 47) a) 23;

b) 100 b) 4 b) 23;

c) 1;

d) 44

48) Ver mitosis 49) Ver meiosis 50) Ver divisiones celulares 51) a) ABC, ABc;

b) aBC, aBc, abC, abc;

52) Ver meiosis 53) a) 1/2 b) 1/2 c) 1/2 54) 1/4 ojos oscuros - diestro; 1/4 ojos claros - diestro; 1/4 ojos oscuros - surdo; 1/4 ojos claros - surdo 55) a) 5' ATTGTGCTCATG 3'

b) 5' CAUGAGCACAAU 3'

56) a) Asp-Met-Ala-Ser-parada; 57) 6 58) a) 2n-1=11; b) 2n+2=14; c) 2n+1+1=14; d) n=6; e) 3n=18; f) 4n=24 59) Conjunto de individuos geneticamente idénticos y homocigóticos para todos sus genes.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo 60) Ver índice de selección. 61) Varianza genética y varianza ambiental. 62) Ver vigor híbrido. 63) frecuencia génica: q = 0.8 p = 0.2 ; frecuencias genotípicas: Ojos claros= q2 = 64 % ; Ojos oscuros= 2pq + p2 = 32+4 = 36 % 64) p(M)= 0.4 q(N)=0.6; Frecuencias genotípicas al equilibrio= p2 = 0.16; 2pq = 0.48; q2 = 0.36; 65) 1/32 para los varones + 1/32 para las mujeres = 1/16 66) 31/32 67) 1/2 68) (1/2)23 si es un óvulo producido por una hembra; (1/2)22 si es un espermatozoide producido por un varón 69) a) 1/365 o mejor 4/1461 (teniendo en cuenta el año bisiesto); 70) a) 1/4 ( ii );

b) 3/4 ( Ia - );

c) 1/2 ( Ia Ia + ii )

71) a) q=0.6 p=0.4; b) q=0.4 p=0.6; c) q=0.2 p=0.8; a) 0.36 x 0.4 = 0.144;

b) 0.16 x 0.6 = 0.096;

c) 0.04 x 0.8 = 0.032

72) a) 0,1811; b) 0,24; c) 0,009 73) e= 0,0003 d= 0,40 Ia= 0,30; E= 0,9997 D= 0,60 Ib= 0,10 i = 0,60 a) 0,0003 x 0,9997 x 2 x 0,402 = 0,0001 b) 0,0003 x (2x0,30x0,10) x (0,36+0,48)= 0,0000151 c) (0,0003 x 0,9997 x 2) x 0,54 x (2x0,4x0,65) / 2 74) a) ; 75) F1= hembras normales y machos amarillo-vestigiales F2= Hembras y Machos: 1/4 amarillo-normal 1/4 amarillo-vestigial 1/4 normal-normal 1/4 normal-vestigial 76) a) Puede ser. No se puede descartar, pero tampoco asegurar que él sea el padre ; b) mujer= Ia i ;

varón= Ib i

c) No, pues el genotipo del padre sería Ia Ib y ambos alelos dominan sobre el alelo i. En este caso los hijos serían grupo A, grupo B o grupo AB. 77) F1: Rosas-intermedias F2: 1/16 rojo-anchas; 2/16 rojo-intermedio; 1/16 rojo-finas 2/16 rosa-anchas; 4/16 rosa-intermedio; 2/16 rosa-finas 1/16 blanco-anchas; 2/16 blanco-intermedio; 1/16 blanco-finas 78) a) 0 ; b) 1/2 ; c) 1/4 ; d) 0 ; e) 0 ; f) 9/64

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27. GLOSARIO GENÉTICO

A acrocéntrico: cromosoma que posee el centrómero más cerca de un extremo que del otro. ADN: ácido desoxiribonucleico. ADN polimerasa: enzima que sintetiza una cadena nueva de ADN usando como molde otra cadena de ADN. alelo: una de las formas alternativas en que puede manifestarse un gen. alopoliploide: individuo formado a partir de la cruza entre dos especies distintas y posterior duplicación de sus cromosomas. aminoácido (también llamado péptido): cada una de las unidades con que están formadas las proteínas o polipéptidos. aneuploide: individuo que difiere en uno o en más cromosomas en cuanto al número cromosómico diploide de la especie. anticodón: grupo de tres nucleótidos que se encuentra en un extremo del ARNt y que se va a unir con los codones del ARNm cuando se realiza la síntesis proteica. anticuerpo: proteína producida por el organismo como respuesta inmunológica a la presencia de un determinado antígeno extraño a él. antígeno: molécula que introducida en un organismo provoca la síntesis de un anticuerpo (inmunoglobulina). ARN: ácido ribonucleico. Existen distintos tipos, ARN mensajero (ARNm), ARN transfer (ARNt), ARN robosómico (ARNr), ARN copia (cARN), etc. ARN polimerasa: enzima que sintetiza una molécula de ARN usando como molde una molécula de ADN. autopoliploide: poliploide formado por la duplicación de un único genoma autofecundación: fecundación de gametos femeninos con gametos masculinos del mismo individuo. autosomas: todos los cromosomas excepto los cromosomas sexuales.

B bases nitrogenadas: cada una de las moléculas que forman parte de los ácidos nucleicos. Ocupan el interior de la doble hélice de ADN. A, G, T, C y U. bioprospección: procedimiento mediante el cual se analiza la materia vegetal ( puede ser también animal, bacterias, etc.) para individualizar su actividad biológica. bivalente: estructura formada por la unión de los dos cromosomas homólogos.

C cariotipo: complemento total de cromosomas de una célula o especie. cDNA (ADN complementario): cadena simple de ADN que es complementaria a una cadena de ARN obtenida mediante la acción de la enzima transcriptasa inversa, in vitro. célula híbrida: célula que contiene cromosomas de dos especies distintas.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo célula somática (células del cuerpo): todas las células de un organismo excepto aquellas de la línea germinal. centríolos: pequeños corpúsculos formados por microtúbulos y localizados cerca de los polos durante la división celular. centrómero: constricción de los cromosomas que incluye el sitio donde se unen los cromosomas a las fibras del huso acromático durante la división celular. cepa: similar a línea pura pero se utiliza mayormente para bacterias y virus. ciclo celular: períodos que recorre una célula entre división y división. cigoto: célula formada por la unión de un óvulo y un espermatozoide. cistrón: porción de ADN que posee la información para la síntesis de una proteína o algún tipo de ARN. Sinónimo de gen. citocinesis: mecanismo por el cual se separan las células hijas al final de la mitosis. citoplasma: material que se encuentra en el interior de la célula, excluído el núcleo. Incluye a los demás orgánulos y al citosol. citosol: solución del citoplasma excepto los orgánulos. clon: grupo de células o moléculas genéticamente idénticas provenientes de una única célula o molécula. También, y en un modo general, todo individuo formado a partir de algún sistema de reproducción asexual. clonación de ADN: aislamiento de una secuencia de ADN en un organismo simple que al duplicarse forma una gran cantidad de descendientes idénticos entre sí, llamados clones. código genético: sistema de interpretación que posee la célula para realizar la traducción, es decir pasar de una secuencia de nucleótidos (ARNm) a un secuencia de aminoácidos (proteína). codominantes (alelos): ambos alelos contribuyen a formar el fenotipo en forma independiente y ninguno de ellos domina sobre el otro. codón: grupo de tres nucleótidos que representan un aminoácido o una señal de terminación de la síntesis proteica. coeficiente de consanguinidad: probabilidad de que un individuo reciba genes idénticos por descendencia. complejo sinaptinémico: estructura que mantiene unidos a los cromosomas homólogos durante la profase meiótica. consanguinidad: cruzamiento entre individuos estrechamente relacionados. corpúsculo de Barr: cromosoma X inactivado en las hembras de mamíferos. cromátida: cada una de las fibras que forman a un cromosoma. Están formadas por una doble hélice de ADN. cromatina: sustancia que está formada esencialmente por los cromosomas. Formada por ácidos nucleicos y proteínas cromosómicas. cromómero: pequeños gránulos de ADN observables a lo largo de los cromosomas durnte la profase. cromosoma: cada una de las unidades de nuestro genoma llevando consigo a los genes. Cada cromosoma está formado por una larga molécula de ADN a doble hélice y una importante cantidad de proteínas y a veces ARN. Se hacen visibles como unidades discretas solamente durante la división celular. cromosoma acéntrico: cromosoma sin centrómero. cromosoma dicéntrico: cromosoma con dos centrómeros. cromosoma acrocéntrico: cromosoma cuyo centrómero está ubicado mucho más cerca de un extremo que del otro. cromosoma metacéntrico: cromosoma cuyo centrómero está ubicado en la mitad. cromosoma telocéntrico: cromosoma cuyo centrómero está ubicado en uno de los extremos. cromosomas homólogos: cromosomas que forman sinapsis en la meiosis.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo croosing-over: mecanismo por el cual se produce un intercambio recíproco de material entre los cromosomas. Tiene lugar durnte la meiosis y es el responsable de la recombinación genética. cruza de prueba: cruce de un individuo con genotipo desconocido y un individuo homocigótico recesivo para los genes. cruza recíproca: si una cruza es A x B, la cruza recíproca será B x A.

D delección: pérdida de un trozo de ADN. Los extremos del cromosoma vuelven a unirse. desnaturalización: en el caso del ADN es la separación de las dos hélices de su molécula en dos hebras simples. En el caso de las proteínas es una alteración de su conformación de modo de inactivarla. Generalmente va asociada con la aplicación de calor. desviación estandar: es la raíz cuadrada de la varianza diferencial de selección: diferencia entre el valor medio de los individuos seleccionados como progenitores y la media de la población a la cual pertenecen. dímero de timina: unión química de dos timinas contiguas en la molécula de ADN. diploide: organismo que contiene dos juegos o dotaciones completas de cromosomas en cada una de sus células. disyunción: separación y migración hacia polos opuestos de pares de cromátidas hermanas, en la primera división meiótica, o de cromátidas hermanas en la mitosis y en la segunda división meiótica. DNA: ver ADN DNA complementario: véase cDNA DNAasa: enzima que degrada el ADN en nucleótidos. DNA polimerasa: véase ADN polimerasa. DNA-T: trozo de ADN del plásmido Ti que se inserta en el ADN el hospedante. doble hélice: estructura del ADN. dominante: alelo que se manifiesta aún al estado heterocigótico.

E electroforesis: técnica que se emplea para separar los componentes de una mezcla de moléculas mediante la aplicación de un campo eléctrico. endonucleasa: enzima que rompe las uniones fosfodiester entre los nucleótidos dentro de una cadena de ácido nucleico. endosperma: tejido triploide de la semilla obtenido a partir de la unión del núcleo de fusión femenino y un núcleo espermático. enlace fosfodiester: enlace químico entre los azúcares y un grupo fosfato en las moléculas de los ácidos nucleicos. enlace peptídico: enlace químico que une dos aminoácidos. entrecruzamiento: véase croosing-over. enzima: proteína que actúa como catalizador de reacciones químicas.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo enzima de restricción: clase especial de enzimas que reconocen cortas secuencias de ADN y cortan la doble hélice en esos sitios específicos. episoma: plásmido capáz de integrarse y replicarse con el cromosoma bacteriano o replicarse libremente en el citoplasma de la bacteria. epistasis: situación en la cual el efecto fenotípico de un gen depende de otro gen. esón (exón): segmento de un gen discontinuo que se transcribe en ARNm y luego se traduce en la proteína. eucariota: organismo formado por células eucarióticas, o sea que poseen núcleo, citoplasma, etc. eucromatina: comprende a toda la cromatina que se tiñe normalmente. euploidía: trata a aquellos organismos que en sus células tienen su juego cromosómico básico (n) repedido varias veces. exonucleasa: enzima que corta los enlaces fosfodiésteres a partir de los extremos de una cadena polinucleotídica.

F fago: virus que infecta a las bacterias. fago atemperado: fago que ha perdido características de virulencia y se puede integrar con el cromosoma bacteriano (profago). fago lamda: un tipo de fago atemperado. fago virulento: fago que no ha perdido sus características devirulencia y por lo tano no podrá integrarse con el cromosoma bacteriano, o sea no podrá convertirse en profago. fenocopia: fenotipo producido por efectos ambientales y similar a aquel producido por una mutación genética. fenotipo: manifestación de un genotipo. Puede ser observable a simple vista o mediante técnicas químicas, bioquímicas, comportamentales, etc. Está muy relacionado a la interacción de ese individuo con el ambiente donde se desenvuelve. frecuencia alélica: proporción de un determinado alelo en una población. frecuencia génica: véase frecuencia alélica.

G G1: período del ciclo celular que va desde el fin de la mitosis hasta el comienzo de la duplicación del ADN. G2: período del ciclo celular que desde el fin de la duplicación del ADN hasta el comienzo de una nueva mitosis. gameto: célula reproductiva con contenido haploide de cromosomas. En el hombre, óvulo y espermatozoide. gen: segmento de ADN que tiene información necesaria para la producción de una proteína. Incluye a los intrones y esones y a zonas de control y regulación. gen letal: gen que causa la muerte en los organismos que lo poseen y que lo expresan. genoma: patrimonio hereditario completo de un individuo. Totalidad del ADN. genotipo: constitución genética de un individuo, generalmente con respecto a uno o pocos genes.

H

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Librogen – Ernesto G. Pirillo haploide: células u organismos que poseen un solo juego cromosómico. Número característico de los gametos de los organismos diploides. hemicigótico: en un organismo diploide cuando solo existe un alelo de un gen. Por ejemplo, genes ligasos al cromosoma X en el macho de mamíferos. heredabilidad (en sentido amplio): proporción de la varianza fenotípica total debida a causas genéticas. heredabilidad (en sentido estricto): proporción de la varianza fenotípica total debida a la aditividad de los genes. Tiene en cuenta el valor reproductivo de los genes. herencia: patrimonio genético que los hijos reciben de sus padres. hermafrodita: individuo, vegetal o animal, que posee los dos sexos. heterocarión: célula que contiene dos o más núcleos dentro de un mismo citoplasma, generalmente producto de fusión de células somáticas. heterocigoto: individuo con alelos diversos en un determinado locus génico. heterocromatina: altamente condensadas y que regiones de los cromosomas que se encuentran no llevarían genes. Se diferencia de la eucromatina. heterodúplex: doble hélice de ADN formado por la unión de dos cadenas simples de ADN de diverso origen. híbrido: a) heterocigótico. b) producto de la cruza de dos líneas puras. c) producto de la cruza de dos individuos de especies distintas. homocigoto: individuo con alelos idénticos en un determinado locus génico.

I inmunoglobulina: proteínas específicas de la sangre que forman los anticuerpos. interfase: período de la vida celular entre dos divisiones mitóticas sucesivas. intrón: secuencias de un gen discontinuo que, si bien se transcriben, luego no se traducirán en proteína. inversión: mutación cromosómica que consiste en la rotura del cromosoma en dos sitios, rotación del segmento 180º y reunión de los segmentos.

K kb: abreviación de kilobase que corresponde a 1000 pares de bases en una molécula de ADN.

L ligamento: genes que tienden a heredarse juntos por estar en un mismo cromosoma. Se dice que están ligados. ligasa: enzima que sirve para volver a formar un enlace fosfodiester roto. línea pura: conjunto de individuos idénticos y homocigóticos seleccionados por alguna característica que los diferencia de otras líneas puras. locus génico: posición sobre un cromosoma donde se ubica un determinado gen o uno de sus alelos. loci: plural por locus.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo lisosomas: corpúsculos citoplasmáticos rodeados de membranas y conteniendo enzimas hidrolíticas.

M macromolécula: molécula formada por muchas subunidades, ya sea de nucleótidos como el ADN, de aminoácidos como las proteínas, de azucares como los polisacáridos, etc. mapa de ligamiento: mapa construído a partir de las frecuencias de recombinación. mapa físico: mapa construído a partir de la ubicación exacta de los genes en los cromosomas. meiosis: división celular que incluye dos divisiones sucesivas (meiosis I y meiosis II) que reduce el número cromosómico original a la mitad. Cada célula produce 4 células hijas, gametos o esporas sexuales, con el número reducido de cromosomas a la mitad. metástasis: capacidad que tienen las células tumorales de abandonar su sitio de origen y establecerse en otro sitio del cuerpo donde comienzan a formar otra colonia. mitosis: división de una célula somática. mutación: variación, alteración de la secuencia de ADN. Ver texto para distintos tipos de mutaciones. mutágeno: agente o producto que incrementa la tasa de mutación.

N nucleo: ver célula nucleolo: orgánulo o región del núcleo formado por ARNr y por genes que codifican a los ARNr. nucleósido: molécula formada por una base nitrogenada y un azúcar. nucleótido: molécula formada por un nucleósido y un grupo fosfato. Unidad básica de los ácidos nucleicos.

O oncogen: genes que tienen la capacidad de producir tumores. orgánulos: estructuras individuales localizadas en el citoplasma y rodeadas por una membrana, como las mitocondrias, los cloroplastos, etc. OGM: organismo geneticamente modificado.

P patógeno: que provoca una enfermedad. pedigrí: árbol genealógico indicando ciertas características heredadas. péptido: ver aminoácido. pirimidina: cierto tipo de bases nitrogenadas. Timina, citosina y uracilo. plásmido: ADN circular extracromosómico que se replica de forma autónoma.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo poligenes: genes con un efecto pequeño y aditivo sobre un caracter. Son la base de la herencia cuantitativa. polimerasa: enzima que cataliza la síntesis de nuevas cadenas de ácidos nucleicos usando una de ellas como molde. Puede haber ADN polimerasa, ARN polimerasa, etc. polimorfismo: ocurrencia en la población de diversos fenotipos debido a variación en los alelos de un determinado gen. polipéptido: molécula formada por muchos péptidos. Proteína. poliploide: individuo o células que poseen más de dos juegos completos de cromosomas. polisacárido: macromolécula o polímero formado por unidades de azúcares. procariota: organismo sin un núcleo definido, p. ej.: bacterias, virus, etc. profago: fago integrado al cromosoma bactérico. provirus: doble hélice de ADN formada a partir de un retrovirus e integrada al cromosoma de la célula hospedadora. purina: cierto tipo de base nitrogeneda. Adenina y guanina.

Q quiasma: sitio donde se produce el entrecruzamiento. Configuración en forma de cruz que se observa en la profase meiótica. quimera: individuo formado por tejidos provenientes de dos especies distintas. Tejidos formados por células genéticamente diferentes. Fusión de embriones provenientes de dos especies distintas.

R recombinación: proceso por el cual se obtienen genotipos distintos a los parentales a partir de nuevas combinaciones génicas. recombinante: individuo que tiene genotipo diferente a cualquiera de los padres, obtenido por recombinación. replicación: síntesis o duplicación del ADN. retrotranscriptasa: Enzima que sintetiza una cadena de ADN a partir de una cadena de ARN. retrovirus: virus a ARN que se multiplica mediante la conversión en una doble hélice de ADN. ribosomas: orgánulos celulares donde se produce la síntesis proteica. RNA: véase ARN RNA polimerasa: véae ARN polimerasa.

S secuenciación: mecanismo mediante el cual se establece el órden de ubicación de las bases nucleotídicas en la cadena de ácido nucleico. sexo heterogamético: sexo que produce dos tipos de gametos, en lo que respecta a los cromosomas sexuales. Por ej.: macho de mamíferos. sexo homogamético: sexo que produce un solo tipo de gametos en lo que respecta los cromosomas sexuales. Por ej. : hembra de mamíferos.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo sinapsis: apareamiento entre los cromosomas homólogos durante la profase meiótica. sonda: segmento de ADN que sirve para identificar fragmentos con una secuencia complemetaria. splicing: procedimiento madiante el cual se remueven los intrones del ARNm y se juntan los esones para formar el ARN que será traducido en proteína.

T telómero: extremo de un cromosoma. traducción: síntesis de una proteína usando como molde el ARNm. transcripción: síntesis de ARN a partir de una molécula de ADN. transgénicos: animales o vegetales creados a partir de la mezcla en su genoma de ADN de especies diferentes. ver OGM transcriptasa inversa: retrotranscriptasa. translocación: mutación cromosómica en donde existe intercambio de segmentos entre cromosomas no homólogos. tripleta: grupo de tres nucleótidos. Codón.

U unidad de mapa (u.m.): unidad de sistancia en un mapa de ligamiento.

V varianza: valor estadístico que mide la dispersión de los datos alrededor de la media. Se corresponde al promedio de las diferencias de cada valor menos la media, elevados al cuadrado. vector: plásmido o fago que lleva ADN extraño en su molécula con fines de clonación.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo

28. BIBLIOGRAFÍA A continuación se brinda un listado de los principales libros de texto, colección de revistas científicas y sitios web, que han sido utilizados como material de consulta para la confección del presente texto y que pueden servir para quien desee ampliar o profundizar los temas aquí abordados, como así también para quien deba encarar el estudio de la genética, o de las materias relacionadas, a un nivel superior.

Libros de Texto ALLARD, R.W. 1967. Principios de la mejora genética de las plantas. Ed. Omega. Barcelona. BOSTOCK, C.J. y SUMNER, A.T. 1978. The Eukaryotic Chromosome. North Holland Publishing Company. CAMUSSI, A.; F.Moller, E.Ottaviano y M.Sari Gorla. 1986. Metodi statistici per la sperimentazione biologica. Zanichelli. CHILTON Mary-Dell. 1983. Un vettore che introduce nuovi geni nelle piante. Le Scienze nº 180. CRICK Francis. 2008. Que loco propósito. Una visión personal del descubrimiento científico. Ed. Tusquets. DE ROBERTIS, E.M.F y José HIB. 1997. Fundamentos de Biología cellular y molecular. Librería Editorial El Ateneo. FALCONER, D.S. 1960. Introduction to quantitative genetics. Oliver and Boyd. Edinburg. GOODENOUGH, U. 1981. Genética. Ed. Omega. Barcelona. JAGNOW G. y W. DAWID. 1991.Biotecnología. Editorial Acribia S.A. KLUG, W.; M. CUMMINGS y C. SPENCER. 2006. Conceptos de Genética. Ed. Pearson Alhambra. LANGE, W.; A.C.ZEVEN y N.G.HOGENBOOM (editors). 1984. Efficiency in plant breeding. Proceeding of 10th congress of Eucarpia. LEWIN, Benjamin. Genes V (1994) - Genes IX (2008). Oxford University Press. LINDSEY, K. y M.G.K. JONES. Biotecnología Vegetal Agrícola. 1989. Ed. Acribia. S.A. LUSH, Jay L. 1970. Bases para la selección animal. Ediciones Agropecuarias Peri. LODISH Harvey. Molécula Cell Biology. 5t. Edición. MILUNSKY Aubrey. 1982. Conozca sus genes. Ed. Troquel. NEUBAUER, Peter B. y NEUBAUER, Alexander. 1992. El sello de la naturaleza. Las raíces genéticas de nuestra personalidad. Editorial sudamericana. NICHOLAS, F.W. 1998. Introducción a la genética veterinaria. Ed. Acribia. OCDE. 1993. Biotecnología, agricultura y alimentación. Versión española de J.M. Mateo Box. Coedición OCDE - Organización de Cooperación y Desarrollo Económicos y Ediciones Mundi Prensa.

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Librogen – Ernesto G. Pirillo ORGANIZACION PANAMERICANA DE LA SALUD. 1996. Biodiversidad, biotecnología y desarrollo sostenible en salud y agricultura: conexiones emergentes. PUHLER, Alfred. 1995. Ingeniería genética de animales. Ed. Acribia. RENNEBERG Reinhard. 2009. Biotecnología para principiantes. Ed. Reverte. RIFKIN Jeremy. 2009. El siglo de la biotecnología. Ed. Paidos. SERRANO GARCÍA M. y M. Teresa PIÑOL SERRA. 1991. Biotecnología Vegetal. Editorial Síntesis. SOLARI, A.J. 1996. Genética humana. Fundamentos y aplicaciones en medicina. Editorial Médica Panamericana S.A. SNEDECOR, G.W. y W.G.COCHRAN. 1980. Statistical methods. The Iowa State University Press. Ames. SNEEP, J. y A.J.T. Hendriksen (Edit). 1979. Plant breeding perspectives. Centre for Agricultural Publishing and Documentation. Wageningen. SCOSSIROLI Renzo E. 1979. Genetica. USES Edizioni Scientifiche Firenze. SRB, A. y OWEN, R.D. . 1978. Genética General. Ed. Omega. STANFIELD, Williams D. 1971. Genética. Teoría y 500 problemas resueltos. McGraw-Hill. STONAKER, H.H. 1977. Genética para el mejoramiento animal. Herrero Hnos. Sucesores. S.A. STRICKBERGER, M.W. 1976. Genética. Ed. Omega. Barcelona. SUZUKI, D.T.; A.Griffiths; J.Miller y R. Lewontin. 1992. Genética. Interamericana. McGraw-Hill. THIEMAN W. Y M. PALLADINO. 2010. Introducción a la biotecnología. Ed. Pearson. TAMINO Gianni. 2001. Il bivio genetico. Edizioni Ambiente WATSON, James. 2000. La doble hélice. Ed. Alianza. WATSON, J.D.; N.H.Hopkins; J.W.Roberts, J.A.Steitz y A.M.Reading. 1987. Molecular Biology of the gene. Benjamin Cummings Edit. WATSON, J.D.; J.Tooze y D.T.Kurst. 1986. ADN Recombinante. Introducción a la ingeniería genética. Ed. Labor. Barcelona.

Revistas científicas Euphytica Investigación y Ciencia Journal of Molecular Biology Le Scienze

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Librogen – Ernesto G. Pirillo National Geographic Nature Nature Genetics Plant Molecular Biology Plant Biotechnology Scientific American Science Theoretical and Applied Genetics. (TAG)

Sitios Web de interés: www.biodiversidadla.org www.bioplanet.net www.botanica.cnba.uba.ar www.conicet.gov.ar www.counterbalance.net/media/dblhlx-body.html www.fao.org www.genome.gov http://genomics.energy.gov/ www.nature.com www.ncbi.nlm.nih.gov/ www.ornl.gov/hgmis www.ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/home.shtml www.pbs.org/faithandreason/media/dna-body.html www.usda.gov www.wikipedia.com

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