Genética del desarrollo

La genética del desarrollo estudia cómo a partir de una célula aparece un organismo completo a nivel intracelular, a nivel de los genes y de su expresión o no expresión. El desarrollo de un individuo multicelular ocurre a partir de un cigoto que prolifera mediante mitosis y mediante el proceso de determinación celular. En un principio todas y cada una de las células que constituyen el embrión pueden convertirse en cualquier tipo celular, son células pluripotentes, pero en la mayoría de los individuos tras algunas divisiones del embrión cada célula determina a qué tipo celular corresponderá y ya no podrá volver a formar otro tipo de célula.

Las etapas que engloba el desarrollo temprano en animales son:

• Fecundación: por fusión de dos gametos surge el cigoto que acabará constituyendo el organismo. En mamíferos el gameto no es un óvulo propiamente dicho, sino que es un ovocito ya que está detenido en metafase de segundo orden, y pasa a óvulo una vez fecundado. Dentro de la fecundación se distinguen varias fases: aproximación, activación del ovocito, penetración y anfimixis (en mamíferos)
  

• Segmentación: mediante divisiones por mitosis se forman primero blastómeros que a medida que se dividen van bajando por la trompa de Falopio hacia el útero. Divisiones sucesivas originan la mórula y finalmente la blástula. Después de la segmentación ocurre la compactación que consiste en los procesos que comunican los blastómeros entre sí e impedirían su separación si no hubiera zona pelúcida. Ya las células internas forman el embrioblasto que formará más adelante el embrión, y las células externas forman el trofoblasto que dará lugar a la placenta
• Gastrulación: menos divisiones mitóticas, comienzan los movimientos morfogenéticos al desplazarse conjuntos de células. Se forman las tres hojas embrionarias: ectodermo, mesodermo y endodermo.
• Organogénesis: el embrión experimenta la organización estructural, se delimitan los órganos.
• Histogénesis: diferenciación de tejidos: epitelial, conjuntivo, muscular y nervioso.

La genética es muy importante a la hora de estudiar el desarrollo ya que la expresión de los genes regula eventos muy importantes en el mismo, es importante por tanto el estudio del control genético del desarrollo.

En el desarrollo de los organismos pluricelulares las interacciones entre células influyen en los patrones de transcripción y en el destino del desarrollo de las células vecinas. Esto se consigue mediante sistemas de señalización en el desarrollo. En el desarrollo temprano, los vertebrados utilizan 5 sistemas de señalización, cuando empieza la organogénesis se añade 5 sistemas más de los ya utilizados. Estos sistemas actúan independientemente como redes coordinadas para enviar y recibir señales en el desarrollo que produce respuestas transcripcionales específicas, las redes establecen la formación de patrones y dirigen la diferenciación de los tejidos y órganos.

https://youtu.be/XaZ4wvtZQBg

 Genética Evolutiva

Las mutaciones son la fuente de la variabilidad genética, y la variabilidad es la base de la evolución. Los seres vivos evolucionan porque son capaces de sobrevivir a los cambios en su medio, bien porque sea el medio el que cambie, o porque los seres vivos se desplacen a otros lugares donde el medio sea diferente.

Los seres vivos poseen alelos que les posibilitan el desarrollo de determinados caracteres. Son esos caracteres los que harán que un individuo viva mejor y se reproduzca, o viva peor y no deje descendientes. Si deja descendientes está perpetuando sus alelos, si no los deja, sus alelos terminarán por extinguirse. Esta es la base de la selección natural: se seleccionan aquellos individuos cuyos caracteres les permiten estar mejor adaptados a su medio, pero lo que en realidad se está seleccionando son las combinaciones genéticas más favorables que se transmitirán a la siguiente generación a través de sus descendientes.

La genética evolutiva o genética de poblaciones, es la ciencia que estudia cómo se distribuyen los alelos en las poblaciones de organismos y de una generación a otra. El fundamento de esta ciencia se encuentra en los trabajos del matemático inglés Godfrey H. Hardy y del obstetra alemán Wilhelm Weinberg, quienes en 1908 formularon por separado lo que ahora se conoce como la ley de Hardy-Weinberg:

Si en una población determinada existe un gen con dos alelos (A y a) y si la frecuencia con las que se presentan esos alelos son p y q (FRECUENCIAS GÉNICAS) de tal manera que p + q = 1. Si, además, el apareamiento se produce de forma aleatoria y no se dan mutaciones, ni existe selección natural y el número de individuos de la población es elevado y constante, entonces en la siguiente generación la frecuencia de los tres genotipos AA, Aa y aa será p², 2pq y q² (FRECUENCIAS GENOTÍPICAS), respectivamente.

P                                               AA        Aa       aa

Frecuencias genotípicas            p²       2pq       q²

En la F1 habrá p² + ½ (2pq) alelos "A" y q² + ½ (2pq) alelos "a", es decir:

Frecuencia de "A" en F1     ==>     p' = p² + pq = p (p+q) = p

Frecuencia de "a" en F1     ==>     q' = q² + pq = q (p+q) = q

Por tanto, como se mantienen constantes las frecuencias génicas y no hay ningún cambio, la población está en equilibrio= EQUILIBRIO DE HARDY-WEINBERG.

La evolución es el cambio de la estructura genética de una población. Los mecanismos que la ocasionan sonla selección natural, la deriva genética, y las mutaciones mientras que el flujo genético y la plasticidad fenotípica lalimitan. Todos ellos pueden actuar simultáneamente, conduciendo a una situación muy dinámica. La existenciacontinuada de genes raros (< 1 % en una población) depende de sucesos aleatorios, independientemente de que elgen contribuya a la eficacia o no. La estructura genética actual de una especie o población es una entre las muchasposibles, y es transitoria. Por tanto, no debería ser el objetivo de una conservación genética dinámica.Una selección aleatoria de 500 árboles en una población captura casi toda la variación genética de impor-tancia para la selección natural. Es importante distinguir entre lo que es útil para que una población se regenerenaturalmente (eficacia Darwiniana) y lo que se exige para la el uso humano (eficacia doméstica). Las poblacio-nes de conservación de recursos genéticos y las de mejora necesitan una varianza aditiva grande, mientras quelas poblaciones de producción necesitan que la variación genética sea suficiente para obtener la producción.

https://youtu.be/e5uOIrgCoEo

 Genética Cuantitativa

La herencia poligénica o cuantitativa muestra un rango continuo de fenotipos que no pueden clasificarse fácilmente. Esta variación se mide y es descrita en términos cuantitativos. Debido a que la variación fenotípica es el resultado de la participación de genes de múltiples loci, los caracteres cuantitativos se denominan a menudo caracteres poligenéticos.

Tipos de Carácteres:

Sin embargo, no todos los caracteres cuantitativos muestran un rango continuo, por lo que se distinguen tres tipos de caracteres:

• Caracteres continuos: pueden tomar un valor cualquiera dentro de dos límites.
• Caracteres merísticos: los fenotipos se expresan en números enteros.
• Caracteres umbral: están presentes, o no lo están, por lo que son de gran interés, ya que hay gran número de enfermedades que presentan este tipo de herencia.

PRINCIPIOS BÁSICOS

El valor fenotípico (P) de un individuo es el efecto combinado del valor genotípico (G) y la desviación ambiental (E):

P = G + E

El valor genotípico es el efecto combinado de todos los efectos genéticos, incluyendo los genes del núcleo, los genes mitocondriales y las interacciones entre los genes. Por lo tanto, a menudo se subdivide en un componente aditivo (A) y un componente de dominancia (D). El efecto aditivo describe el efecto acumulativo de los genes individuales, mientras que el efecto dominante es el resultado de las interacciones entre los genes. La desviación ambiental se puede subdividir en un componente ambiental puro (E) y un factor de interacción (I) que describe la interacción entre los genes y el ambiente. Puede describirse con la siguiente ecuación:

P = A + D + E + I

La contribución de estos componentes no se puede determinar en un único individuo, pero pueden ser estimados para poblaciones enteras mediante la estimación de las varianzas de los componentes:

V_P = V_A + V_D + V_E + V_I

La heredabilidad de un rasgo es la proporción de la varianza total (V_P) —es decir, fenotípica— que puede explicarse mediante variación genética. Esta es la variación genética total (V_G) en las heredabilidades en sentido amplio (H²), mientras que sólo la variación genética aditiva (V_A) se utiliza para las heredabilidades en sentido estricto (h²) a la que a menudo se le llama simplemente heredabilidad. Esta última (h²) da una indicación de cómo un rasgo responderá a la selección natural o artificial.

https://youtu.be/y41WNHeWGio

 Genética Molecular

Un gen es una unidad de información en un locus de ácido desoxirribonucleico (ADN) que codifica un producto génico, ya sea proteínas o ARN. Es la unidad molecular de la herencia genética,​ pues almacena la información genética y permite transmitirla a la descendencia. Los genes se encuentran en los cromosomas, y cada uno ocupa en ellos una posición determinada llamada locus. El conjunto de genes de una especie se denomina genoma.

Diagrama esquemático de un gen corto, dentro de la estructura en doble hélice del ADN que, al comprimirse, va formando un cromosoma (derecha). Se trata de un gen eucariota (el procariota carece de intrones). Las proteínas se codifican solo en los exones.

El ADN como portador de la información genética.

Los primeros estudios realizados acerca del ADN se deben a F. Miescher (1869), que lo aisló de núcleos de células

del pus, con el nombre de nucleina.

El redescubrimiento de las leyes de Mendel a principios de siglo, despertó el interés por conocer las bases

citológicas de la transmisión hereditaria, y diversos investigadores se dieron cuenta de que el comportamiento de los

cromosomas en la meiosis se ajusta a las leyes de la transmisión de los caracteres hereditarios, proponiendo que los

genes eran parte de los mismos.

Ya se sabía que los cromosomas estaban formados por un ácido nucleico, el ADN y proteínas y se pensó que

estas últimas como moléculas adecuadas para contener la información genética.

La historia del descubrimiento de que era el ADN, y no las proteínas, el portador de la información hereditaria,

arranca de los experimentos de

F. Griffith (1928) sobre la

infección con ratones con

“Streptococcus pneumonie” o

neumococo −uno de los agentes

causantes de la neumonía

humana, extremadamente

patógeno para el ratón− Esta

bacteria debe su virulencia a la

presencia de una cápsula de

polisacáridos que le da un

aspecto liso y le hace resistente a los mecanismos de defensa del organismo infectado (neumococo S). Existe un mutante

de estas bacterias que no poseen esta cápsula y que no es, por tanto, patógeno (neumococo R). Griffith descubrió que la

inyección de neumococos R vivos junto con neumococos S muertos por calor, era capaz de producir la muerte de un ratón

en 24 horas. Aisló las bacterias presentes en la sangre de los ratones muertos y concluyó que la presencia de las bacterias

S muertas debía haber causado la transformación de las bacterias R vivas, de forma que éstas habían adquirido la

capacidad de sintetizar la cápsula protectora.

En esta época la teoría más aceptada era que el papel informativo de los genes debe ser asignado a las proteínas,

más bien que al DNA, debido a que la composición del DNA se consideraba demasiado simple para codificar la gran

variedad de proteínas existente.

genética molecular es la rama que estudia la estructura y la función de los genes a nivel molecular.  

Los cromosomas están constituidos por ADN (ácido desoxirribonucleico), que codifica la información hereditaria, y por proteínas histónicas y no histónicas. Cada cromosoma está formado por una única molécula de ADN, en la que cada gen ocupa un segmento.

El ADN está constituido por la asociación de moléculas llamadas nucleótidos, formadas por la unión de una molécula de fosfato, una del azúcar desoxirribosa y una base nitrogenada. Ya que cuatro bases distintas, adenina, guanina, timina y citosina participan en la formación de los nucleótidos, hay cuatro tipos distintos de estos. Para formar ADN, los nucleótidos se vinculan por sus grupos fosfato y conforman una larga hebra, cuyas bases nitrogenadas se unen por uniones débiles pero muy específicas con las de otra hebra. Se forman así pares de bases, que determinan que ambas hebras, apareadas, se enrollen para dar lugar a la estructura de doble hélice. Las uniones entre las bases solo ocurren, por una parte, entre la adenina y la timina y, por otra, entre la guanina y la citosina, las que por eso se llaman bases complementarias. La especificidad de las uniones entre bases determina la conservación y la transmisión de la información hereditaria.

El mensaje de la herencia o código genético está contenido en el orden o secuencia con que las bases aparecen en la larga hebra del ADN.

El mensaje genético solo consiste en información que determina el número, el tipo y la secuencia de aminoácidos de cada uno de los distintos tipos de proteínas de un organismo,  La secuencia de bases del ADN determina la secuencia en que los aminoácidos se enlazan entre sí para dar lugar a una proteína.

https://youtu.be/_f6iPXZjzXM

 

Genética clásica 

La genética mendeliana es la parte de la genética que sigue la metodología que ideó Mendel.Se basa en el estudio de las proporciones en las que se heredan las características de los individuos.

Se considera a Mendel como fundador de la genética, aunque la comunidad cien- tífica no tuvo en cuenta su obra hasta 40 años más tarde, cuando sus trabajos fueron redescubiertos independientemente por De Vries, Correns y Von Tschermak.  

 

Durante las dos terceras partes del siglo xx, se ha podido descubrir la función de muchos genes, las leyes que rigen su transmisión hereditaria, se ha evaluado matemáticamente la probabilidad de heredar una determinada característica, se ha mejorado el rendimiento de muchos cultivos, en épocas en las que la naturaleza íntima de los genes no era aún accesible al investigador.  

 

A la luz de los conocimientos actuales, podemos analizar las posibilidades que nos brinda el estudio de las características hereditarias de la descendencia de un cruza- miento.

El éxito de los trabajos de Mendel se debe a varios factores:

-  La selección adecuada del material de partida: la planta del guisante.

- El riguroso estudio estadístico de la descendencia, aspecto que no tuvieron en cuenta los biólogos anteriores.

- La simplificación del problema, al analizar un solo carácter de los muchos que se podían encontrar alterados.

Las leyes de Mendel

Los descubrimientos de Mendel pueden resumirse en tres leyes, que constituyen los fundamentos básicos de transmisión genética. La terminología que empleo Mendel es de difícil comprensión; por ello vamos a utilizar la terminología actual.

Primera ley de Mendel 

Llamada también ley de la uniformidad de los híbridos de la primera generación,dice que: cuando se realiza el cruzamiento entre dos individuos de la misma especie pertenecientes a dos variedades o razas puras (homocigóticos) todos los híbridos de la primera generación filial son iguales.

En la actualidad esta ley expresa así. “El cruce de dos razas puras da un descendencia híbrida uniforme tanto fenotipica como genotipicamente.”

Esta uniformidad de todos los individuos de la F₁ puede manifestarse, bien por parecerse a uno de los padres (herencia dominante), bien porque aparezca un fenotipo con aspecto intermedio

La explicación de este resultado queda claramente expresada en el esquema. Cuando los individuos homocigóticos que se cruzan (generación P ) forman sus células reproductoras (espermatozoides en el macho y óvulos en la hembra), en virtud del fenómeno de la meiosis los genes que forman la pareja de alelomorfos y que se hallan situados en los respectivos cromosomas homólogos, se separan, yendo a parar cada uno de ellos a una célula reproductora. Como los dos genes que forman la pareja son iguales (NN o bien nn) es lógico que todos los gametos posean el mismo gen (por ejemplo, N si el macho era NN) y lo mismo ocurre con los óvulos (por ejemplo, n si la hembra era nn).  

 

Como consecuencia, al fecundar un espermatozoide a un óvulo solamente podrá formarse la pareja de alelos Nn , de ahí que todos los hijos que forman la F₁sean idénticos y heterocigóticos o híbridos. Como el color negro (N) domina sobre el blanco (n), todos presentarán coloración negra.

 

 

Segunda ley de Mendel 

Así como la primera ley hace referencia a lo que ocurre en la F_l, esta segunda trata de interpretar los resultados que se obtienen en la F₂ (segunda generación filial) al cruzar los individuos híbridos de la F_l.

La segunda ley es llamada ley de la separación o disyunción de los genes que forman la pareja de alelomorfos, es decir, que los dos genes que han formado pareja en los individuos de la F_l, se separan nuevamente al formarse las células reproductoras de éstos, lo que demuestra que dicho emparejamiento no es definitivo. Esto conduce a que en los individuos de la F₂ aparezcan parejas de alelos distintos de los de la F_ly, en consecuencia, dicha generación ya no es de genotipo uniforme.

 

Así, puede formularse esta ley actualmente: “Al cruzar entre sí los híbridos obtenidos en la primera generación, los caracteres antagónicos que poseen se separan y se reparten entre los distintos gametos, apareciendo así varios fenotipos en la descendencia”

Para comprender mejor el alcance de esta ley, seguiremos con los ejemplos expuestos en la primera. 

 

En el caso de la herencia dominante del color del pelo del cobaya, veamos qué ocurre cuando sometemos a cruzamiento dos individuos de la F_l. Al formarse sus gametos, sean óvulos o espermatozoides, en virtud de la meiosis, la mitad poseerán el gen N y la otra mitad el n.