Genética del desarrollo ydiferenciación Genética General BI 346 Prof. Reynán Cóndor Alarcón Prof. Reynán Cóndor Alarcón 1 Genética del desarrollo y diferenciación • El desarrollo embrionario implica la división celular, la diferenciación celular y la morfogénesis. • Los distintos tipos celulares son resultado de la expresión génica diferenciada en células con el mismo DNA. • La formación de patrones en los animales y en las plantas se debe a mecanismos genéticos y celulares similares. • Los estudios comparativos contribuyen a explicar la manera en que la evolución del desarrollo conduce a la diversidad morfológica. Prof. Reynán Cóndor Alarcón 2 Genética del desarrollo y diferenciación • En plantas y en animales pluricelulares, un óvulo fecundado comienza un ciclo de sucesos de desarrollo que al final origina un miembro adulto de la especie de la que procedían el óvulo y el esperma. Miles, millones e incluso miles de millones de células se organizan en una unidad cohesionada y coordinada que percibimos como un organismo vivo. Prof. Reynán Cóndor Alarcón Figura: a. Embrión de Drosophila y b. mosca adulta que se desarrolla del embrión. 3 el proceso por el que una célula alcanza su forma y función final. Además. el momento en el que queda fijado el destino de desarrollo específico de una célula y diferenciación. • El desarrollo está marcado por dos importantes hechos: determinación. rutas genéticas y mecanismos de señalización molecular en los procesos que van del zigoto al adulto.• A pesar de la enorme diversidad en tamaño y forma del estado adulto. Reynán Cóndor Alarcón 4 . todos los organismos pluricelulares comparten muchos genes. Prof. la genómica ha demostrado que existen relaciones íntimas entre los organismos superiores. La blástula es una esfera de células que rodea a una cavidad llena de líquido. La mayoría de los animales experimentan ciertas variaciones en los estadios de blástula y gástrula. La gástrula se forma cuando una región de la blástula se invagina y forma un tubo -o sea. (b) Desarrollo vegetal. En las plantas con semillas se desarrolla un embrión completo dentro de la semilla. la diferenciación se limita a la sustitución de las células dañadas o perdidas. Reynán Cóndor Alarcón 5 . Prof. que abarca la división celular y la expansión de la pared celular en vez del movimiento de células o tejidos se produce durante toda la vida de la planta. La morfogénesis. un intestino rudimentario-. Una vez que el animal madura.(a) Desarrollo animal. Los meristemas apicales (de color púrpura) se forman de manera continua y se desarrollan en los diversos órganos de las plantas a medida que éstas crecen en forma ilimitada. La genética del desarrollo busca explicar cómo se produce un estado diferenciado a partir del genoma de un organismo Se han desarrollado mutaciones para preguntarse cuestiones importantes acerca del desarrollo: • ¿Qué genes se expresan? • ¿Cuándo se expresan? • ¿En qué células se expresan? y • ¿A qué nivel tiene lugar la expresión? Prof. Reynán Cóndor Alarcón 6 . El desarrollo es la obtención de un estado diferenciado por todas las células de un organismo. Prof. • Por ejemplo. Reynán Cóndor Alarcón 7 . que sintetiza hemoglobina en el adulto. la célula de un embrión en el estadio de blástula (cuando el embrión es una bola de células de aspecto uniforme) esta indiferenciada. está diferenciado. mientras que un glóbulo rojo. En otras palabras. Prof. es catalogar los genes que están activos en cada tipo celular. el desarrollo depende de patrones de expresión génica diferencial.¿Cómo pasan las células de un estadio indiferenciado a otro diferenciado? El proceso implica la activación progresiva de grupos de genes diferentes en distintas células del embrión. una manera de definir la serie de tipos celulares distintos que se forman durante el desarrollo de un organismo pluricelular. Reynán Cóndor Alarcón 8 . Desde una perspectiva genética. los patrones de transcripción diferencial y los mecanismos de desarrollo siguientes. • primero. se denomina la hipótesis de la actividad génica variable. para estudiar el desarrollo. permitiendo el uso de organismos modelo. Reynán Cóndor Alarcón 9 . En los organismos pluricelulares. muy bien caracterizados genéticamente. que cada célula tiene un genoma completo y • segundo.…¿Cómo pasan las células de un estadio indiferenciado a otro diferenciado? • La idea de que la diferenciación se consigue activando y desactivando genes en momentos diferentes y en tipos celulares diferentes. que la transcripción diferencial de genes seleccionados controla el desarrollo y diferenciación de cada célula. Las suposiciones subyacentes son. Prof. la evolución ha conservado los genes implicados en el desarrollo. • Los proyectos de secuenciación de genomas han confirmado que los genes de un amplio rango de organismos se han conservado. Por ejemplo. Prof. está controlado por el mismo grupo de genes que actúan mediante la misma red reguladora. Reynán Cóndor Alarcón 10 . la formación del ojo en Drosophila y la formación del ojo en la especie humana.Conservación de los mecanismos del desarrollo y la utilización de organismos modelo • El análisis genético del desarrollo ha demostrado que solo hay un pequeño número de mecanismos de desarrollo y de sistemas de señalización utilizados por todos los organismos pluricelulares. un componente de una ruta de señalización que controla el desarrollo de otros miembros: extremidades y pulmones. la concha de las tortugas. • la duplicación génica y la divergencia. Esto ha implicado a varios mecanismos. Reynán Cóndor Alarcón 11 . la evolución también ha dado lugar a nuevos y diferentes planteamientos para transformar un zigoto en adulto. Prof. La concha se forma por el mayor crecimiento de la pared corporal dorsal bajo el control del gen del factor 10 (FGF-10) de crecimiento de los fibroblastos. una estructura única entre los reptiles.…Conservación de los mecanismos del desarrollo y la utilización de organismos modelo • Aunque muchos mecanismos de desarrollo son similares entre todos los animales pluricelulares. Por ejemplo. está formada adaptando una ruta de señalización a una nueva función. como: • la mutación. • la asignación de funciones nuevas a viejos genes y • el reclutamiento de genes para nuevas rutas de desarrollo. • el pez cebra (Danio rerio). • el nemátodo (Caenorhabditis elegans). • la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster).Organismo modelo en el estudio del desarrollo Entre estos se encuentran la: • levadura (Saccharomyces cerevisiae). Prof. • el ratón (Mus musculus) y • Arabidopsis thaliana. Reynán Cóndor Alarcón 12 . Reynán Cóndor Alarcón 13 . La utilización de estos organismos ha ayudado a identificar genes que controlan trastornos en el desarrollo humano y proporcionan ideas de las interacciones entre los genes y el ambiente que afectan al resultado de pasos clave del desarrollo. Con la excepción de las plantas. todas estas especies comparten rutas de regulación génica y mecanismos de desarrollo con los humanos. Prof.…Organismo modelo en el estudio del desarrollo La genética de estas especies está muy bien caracterizada y se han secuenciado los genomas de todas ellas. En todas las especies se dispone de un amplio catálogo de mutantes que afectan a pasos importantes del desarrollo y hay procedimientos muy bien establecidos para obtener y mantener nuevas cepas mutantes. Reynán Cóndor Alarcón 14 . el desarrollo comienza con la formación del zigoto. una célula originada por la fusión del esperma y del óvulo. la localización del citoplasma o la herencia de componentes citoplásmicos concretos por células embrionarias.Conceptos básicos en genética del desarrollo • En los eucariotas superiores. El oocito es una célula con un citoplasma heterogéneo y una distribución no uniforme de sus componentes. Después de la fecundación y de las primeras divisiones celulares. dando lugar a transcripción diferencial en momentos concretos del desarrollo. los núcleos de las células hijas se encuentran en ambientes distintos a medida que el citoplasma materno se ha distribuido en las nuevas células. juega un papel regulador importante en el desarrollo. Prof. el citoplasma ejerce influencia diferente sobre el material genético. Por ello. Las pruebas sugieren que en células distintas. da lugar a la activación de otros genes y así sucesivamente. a su vez. Prof. Reynán Cóndor Alarcón 15 . Por consiguiente. produciendo un ambiente celular diferente que. se influyen por interacciones de célula a célula. así como a las señales de otras células. A medida que el número de células del embrión aumenta.…Conceptos básicos en genética del desarrollo • Los primeros productos génicos sintetizados por el genoma del zigoto. alteran el citoplasma de cada célula. los factores ambientales que actúan sobre el material genético incluyen ahora al citoplasma de cada célula. Reynán Cóndor Alarcón 16 . implica a menudo la acción de un gen maestro que inicia una cascada de expresión por otros genes.…Conceptos básicos en genética del desarrollo • A medida que las células embrionarias responden a su ambiente interno y externo continuamente cambiante. La selección de una ruta de desarrollo específica para una célula. se embarcan en una ruta de desarrollo. Prof. Prof. Reynán Cóndor Alarcón 17 . • Totipotencialidad en las plantas • Transplante nuclear en animales • Clonación reproductiva en los mamíferos • Células madre de los animales Prof. por ejemplo. Además se menciona que estas diferencias se producen durante el desarrollo. células productoras de anticuerpos). a medida que los mecanismos reguladores activan e inactivan los genes específicos. como. no a diferencias en los genomas de las células (hay pocas excepciones. Reynán Cóndor Alarcón 18 . Los distintos tipos celulares son resultado de la expresión génica diferenciada en células con el mismo DNA Las diferencias entre las células de un organismo multicelular se deben casi en su totalidad a divergencias en la expresión génica. • Totipotencialidad en las plantas • Transplante nuclear en animales Prof. Reynán Cóndor Alarcón 19 . Reynán Cóndor Alarcón 20 . • Clonación reproductiva en los mamíferos • Células madre de los animales Prof. Reynán Cóndor Alarcón 21 .Regulación transcripcional de la expresión génica durante el desarrollo Prof. Los genes conmutadores maestros programan la expresión del genoma • Como parte de la restricción progresiva de la actividad transcripcional que acompaña al desarrollo, ciertos genes actúan como conmutadores, disminuyendo el número de rutas de desarrollo alternativas que puede seguir la célula. Cada punto de decisión es normalmente binario —es decir, hay dos destinos de desarrollo alternativos para una célula en un momento dado— y la acción de un gen conmutador programa a la célula para seguir sólo una de estas rutas. A estos genes se les llama genes reguladores maestros o genes conmutadores binarios. Su definición tiene que ver con su capacidad para iniciar el desarrollo completo de un órgano o de un tipo de tejido. Prof. Reynán Cóndor Alarcón 22 El control de la formación del ojo • Los adultos de Drosophila tienen ojos compuestos que se desarrollan en los estadios preadultos [Figura 23.2(a)]. En moscas homozigotas para el alelo recesivo eyeless, el desarrollo del ojo es anormal y los adultos no tienen ojos [Figura 23.2(b)]. La proteína codificada por el alelo silvestre actúa muy tempranamente en el desarrollo y se expresa en todas las células que darán lugar al ojo. En mutantes de pérdida de función, las células normalmente destinadas a formar parte del ojo degeneran más tarde en el desarrollo, sufren apoptosis y los ojos no se forman. El gen eyeless es uno de los siete genes que controlan la formación del ojo en Drosophila. Prof. Reynán Cóndor Alarcón 23 …El control de la formación del ojo Prof. Reynán Cóndor Alarcón 24 da lugar a la producción de ojos en otras localizaciones [Figura 23. Prof. alas o antenas. Esto indica que eyeless inicia el programa de expresión génica para la formación del ojo en células que normalmente no forman ojos y es capaz de anular el programa de determinación y diferenciación que se encuentra en estas células. …El control de la formación del ojo La expresión de eyeless en otros órganos. Reynán Cóndor Alarcón 25 . como en las patas.3(a)]. Prof. tres estadios larvarios y el estadio de pupa. el huevo de Drosophila tiene varias estructuras que delimitan las regiones anterior. • Externamente. Reynán Cóndor Alarcón 26 . Drosophila pasa por un período de desarrollo preadulto con cinco fases diferentes: el embrión. posterior.5). dorsal y ventral (Figura 23. La mosca adulta emerge de la cubierta pupal unos 10 días después de la fecundación.Generalidades del desarrollo de Drosophila • Empezando con el huevo fecundado. los núcleos se rodean de citoplasma que contiene gradientes localizados de transcritos y proteínas de origen materno. el citoplasma del zigoto alberga aproximadamente 512 núcleos en una sola célula. La formación de las células germinales en el polo posterior del embrión demuestra el papel regulador de estos componentes citoplásmicos localizados [(d) y (e)]. Después de nueve ciclos de división. Reynán Cóndor Alarcón 27 . o córtex. dando lugar a programas de desarrollo diferentes en diferentes células. bajo el control de estos componentes citoplásmicos. donde se producen más divisiones [(c) y (d)) que forman el blastodermo sincitial (un sincitio es cualquier célula con más de un núcleo). el núcleo del zi- goto experimenta una serie de divisiones sin citocinesis [(a) y (b)]. En los núcleos se inician programas de expresión génica.…Generalidades del desarrollo de Drosophila Inmediatamente después de la fecundación. Prof. Los núcleos emigran hacia la superficie exterior del huevo. Dispuestos alrededor de la periferia del huevo. de tal manera que todas las células de un compartimento son programadas finalmente para formar una sola estructura en el organismo adulto. el embrión queda organizado en una serie de segmentos definidos por los patrones de expresión de varios genes embrionarios (Figura 23.Genes que regulan la formación del eje corporal antero-posterior Después de la formación del blastodermo sincitial. estos dan lugar a los segmentos del adulto. dando lugar al blastodermo celular [(e)]. se forman membranas plasmáticas alrededor de los núcleos. Dentro de los segmentos. En estadios posteriores. Más tarde. Reynán Cóndor Alarcón 28 .7). las opciones de desarrollo de una célula se restringen más. Más adelante. aunque están ligeramente desplazados. Prof. las células quedan determinadas primero para formar el compartimento del segmento anterior o posterior. discos de las alas y así sucesivamente— y un disco genital. Reynán Cóndor Alarcón 29 . Prof. Hay 12 pares de discos bilaterales — discos del ojo-antena. formados durante los estadios larvarios.Genes que regulan la formación del eje corporal antero-posterior La organización completa del plan corporal del adulto de Drosophila deriva del plan corporal de la larva y está compuesto por la cabeza. los segmentos torácicos y los abdominales. Gran parte de las estructuras larvarias se degradan durante el estadio pupal. y la mayoría de las estructuras corporales del adulto se forman a partir de pequeñas agrupaciones celulares denominadas discos imaginales. discos de las patas. Análisis genético de la embriogénesis Los genes que controlan el desarrollo embrionario son de dos clases: • genes de efecto materno y • genes zigóticos. Reynán Cóndor Alarcón 30 . Prof. • En Drosophila.Genes de efecto materno: • Los productos de los genes de efecto materno (mRNA y/o proteínas) se depositan en el óvulo en desarrollo durante la oogénesis. estos genes de efecto materno codifican factores de transcripción. Muchos de estos productos se distribuyen en un gradiente o se concentran en regiones específicas del citoplasma del óvulo. Durante el desarrollo embrionario. estos productos génicos activan o reprimen la expresión del genoma del zigoto en una secuencia temporal y espacial. receptores y proteínas que regulan la transcripción. Prof. Reynán Cóndor Alarcón 31 . • genes de la regla par y • genes de la polaridad de los segmentos. En Drosophila.Genes zigóticos: • Los genes zigóticos se expresan en el embrión en desarrollo y por consiguiente se transcriben después de la fecundación. muchos de los genes zigóticos se transcriben en regiones específicas del embrión que dependen de la distribución de las proteínas de efecto materno. • Los genes zigóticos se agrupan en tres clases: • genes gap. Reynán Cóndor Alarcón 32 . Prof. Reynán Cóndor Alarcón 33 . Prof.9). Dos grupos de genes zigóticos interpretan la información posicional delineada por los gradientes moleculares a lo largo del eje antero- posterior del embrión: (1) genes de segmentación: genes gap. que especifican la identidad y el destino de cada segmento (Figura 23. genes de la regla par y genes de la polaridad de los segmentos (estos genes dividen al embrión en una serie de bandas o segmentos y definen el número. propusieron un modelo en el que el desarrollo embrionario se inicia mediante gradientes de productos de genes de efecto materno. el tamaño y la polaridad de cada segmento) y (2) genes homeóticos. Jerarquía de los genes implicados en el establecimiento de plan corporal segmentado de Drosophila Nüsslein-Volhard y Wieschaus (1980). Modelo desarrollado por Nüsslein- Volhard y Wieschaus El proceso de desarrollo comienza con los productos de genes de efecto materno. La acción combinada de todos los genes gap definen los límites de los segmentos. responsables de la formación del eje antero-posterior. La acción conjunta de los genes maternos que forman el eje antero-posterior y los genes de segmentación. Prof. que dividen al embrión en un número limitado de regiones amplias (b). los genes de la regla par activan a los genes de la polaridad de los segmentos. Reynán Cóndor Alarcón 34 . definen los campos de acción de los genes homeóticos (Hox) [(e)]. Las proteínas gap son factores de transcripción que activan los genes de la regla par. A su vez. que se situaron en el óvulo durante la oogénesis y que son inmediatamente ac- tivados después de la fecundación (a). que luego dividen a los segmentos en compartimentos anterior y posterior [(d)]. Su actividad restringe a las células a formar estructuras anteriores o posteriores. Los productos génicos de estos gradientes activan la transcripción de los genes gap. cuyos productos dividen al embrión en regiones más pequeñas de cerca de dos segmentos de anchura (c). Se clasifican de acuerdo con sus fenotipos mutantes: • (1) los genes gap eliminan un grupo de segmentos adya- centes. • Se han identificado unos 20 loci de segmentación. Estos genes de segmentación se transcriben normalmente en el embrión en desarrollo y sus mutaciones tienen fenotipos letales embrionarios. La expresión de tres subgrupos de estos genes dividen al embrión en una serie de segmentos a lo largo del eje antero-posterior. Reynán Cóndor Alarcón 35 . Prof. • (2) los genes de la regla par afectan a segmentos alternos y eliminan una parte de cada segmento afectado y • (3) los genes de la polaridad de los segmentos causan defectos en las porciones homólogas de cada segmento. Los genes zigóticos programan la formación de segmentos en Drosophila • Los genes zigóticos se activan o se reprimen según el gradiente posicional de los productos de los genes de efecto materno. Reynán Cóndor Alarcón 36 .• Genes gap • Genes de la regla par • Genes de la polaridad de los segmentos Prof. Los genes homeóticos controlan el destino de desarrollo de los segmentos a lo largo del eje antero-posterior Al establecerse los límites de los segmentos mediante la acción de los genes de segmentación. Los mutantes de estos genes se denominan mutantes homeóticos.15). partes de la boca. tórax y abdomen. alas. En Drosophila. estas incluyen la antena. debido a que la estructura formada por un segmento se transforma de tal manera que es el mismo que el segmento vecino. Prof. Por ejemplo. el alelo silvestre del gen Antennapedia (Antp) especifica la formación de una pata en el segundo segmento torácico. La expresión de los genes homeóticos determina las estructuras del adulto que se formarán en cada segmento corporal. Las mutaciones Antp dominantes de ganancia de función hacen que este gen se exprese también en la cabeza y las moscas mutantes tienen una pata en su cabeza en el lugar de la antena (Figura 23. se activan los genes homeóticos como dianas de genes zigóticos. Reynán Cóndor Alarcón 37 . las patas. Reynán Cóndor Alarcón 38 . • El segundo grupo. el complejo bithorax (BX-C). y en los segmentos abdominales. en todo el tercer segmento torácico. el complejo Antennapedia (ANT-C). Genes Hox en Drosophila En el genoma de Drosophila hay dos grupos de genes Hox en el cromosoma 3 (Tabla 23. Prof.3). • Un grupo. tiene cinco genes que especifican estructuras en la cabeza y en los dos primeros segmentos torácicos. tiene tres genes que especifican estructuras en la parte posterior del segundo segmento torácico. • Primero.17). Xenopus. la expresión de los genes es colinear. Reynán Cóndor Alarcón 39 . ratones y humanos. cada gen Hox codifica un factor de transcripción. (Hox es la contracción de homeobox). como el pez cebra. Los genes del extremo 3' de un grupo se expresan en el extremo anterior del embrión y los genes del extremo 5' se expresan en la región posterior (Figura 23.Genes Hox en Drosophila (a) Los genes Hox tienen dos propiedades en común. La homeobox codifica una secuencia de 60 aminoácidos denominada dominio homeótico (homeodominio). conocido como una caja homeótica (horneo. • Segundo. gallinas. Aunque los genes Hox se identificaron primero en Drosophila.box). que incluye un dominio de 180 pb de unión al DNA. Prof. se encuentran en los genomas de la mayoría de los eucariotas con plan corporal segmentado. Herencia extracromosómica Genética General BI 346 Prof. Reynán Cóndor Alarcón Prof. Reynán Cóndor Alarcón 40 . • Los caracteres determinados por el DNA mitocondrial se transmiten muy a menudo a través del gameto materno. • Los caracteres determinados por el DNA cloroplástico se pueden transmitir uniparental o biparentalemente. • La herencia extranuclear se debe a menudo a la expresión de la información genética que se encuentra en las mitocondrias y cloroplastos. Prof. Herencia extracromosómica • Muchos caracteres presentan un patrón de herencia que no es biparental. demostrando lo que se llama herencia extranuclear. • La expresión del genotipo materno durante la gametogénesis y el desarrollo temprano puede tener gran influencia en el fenotipo de un organismo. Reynán Cóndor Alarcón 41 . • Ciertas observaciones han revelado patrones de herencia que no reflejan los principios mendelianos y algunas indican una aparente influencia extranuclear sobre el fenotipo. publicaciones ocasionales han desafiado los principios básicos de la genética de la transmisión mendeliana —que el fenotipo se transmite por genes nucleares localizados en los cromosomas de ambos padres. Herencia extracromosómica • A lo largo de la historia de la genética. La herencia extranuclear se reconoce ahora como un aspecto importante de la genética. Prof. Reynán Cóndor Alarcón 42 . Características de la herencia extracromosómica 1. Reynán Cóndor Alarcón 43 . Falta de segregación 5. Imposibilidad de elaboración de mapas cromosómicos 4. Indiferencia a la sustitución del núcleo Prof. Herencia materna (transmisión citoplasmática) 3. Diferencias en los resultados de cruzamientos recíprocos 2. Segregación no mendeliana 6. Tipos de herencia extranuclear • Herencia de orgánulos • Herencia infecciosa • Efecto materno Prof. Reynán Cóndor Alarcón 44 . …Tipos de herencia extranuclear • Herencia de orgánulos. Reynán Cóndor Alarcón 45 . • Efecto materno sobre el fenotipo. que resulta de la simbiosis o de la asociación parasitaria de un microorganismo. mediante los productos de genes nucleares almacenados en el óvulo y trasmitidos después a través del ooplasma a los descendientes. a través del óvulo. Estos productos génicos se distribuyen en las células de los embriones en desarrollo e influyen en su fenotipo. • Herencia infecciosa. el fenotipo heredado está afectado por la presencia de microorganismos en el citoplasma de las células huésped. En tales casos. Prof. el DNA que se encuentra en las mitocondrias o en los cloroplastos determinan ciertas características fenotípicas de los descendientes. En tales casos. Los casos se reconocen a menudo sobre la base de la transmisión uniparental de estos orgánulos desde la hembra. a la descendencia. Prof. muy a menudo a partir de solo uno de los padres. Reynán Cóndor Alarcón 46 .Herencia extranuclear Se define como la transmisión de la información genética a los descendientes a través del citoplasma en lugar de a través del núcleo. Prof. • Segundo. el análisis es mucho más complejo que para los caracteres mendelianos. la función de estos orgánulos depende de productos génicos tanto del DNA nuclear como del de los orgánulos. Reynán Cóndor Alarcón 47 . • Primero. En tales casos. si uno o unos pocos de estos tienen un gen mutante. puede no manifestarse el correspondiente fenotipo mutante. cada descendiente recibe muchos orgánulos.La herencia de orgánulos implica al DNA de cloroplastos y mitocondrias El análisis de los patrones de herencia que resultan de alelos mutantes en los cloroplastos y en las mitocondrias ha sido difícil por dos razones. Por ello. Prof. independientemente del fenotipo de la parte que proporciona el polen. Por ejemplo.Cloroplastos: la variegación en el dondiego de noche La herencia. en todas las combina- ciones posibles de cruces. todas las plantas hijas tendrán sólo hojas verdes. si las semillas (que representan a la descendencia) provienen de óvulos que se encuentran en ramas con hojas verdes. Reynán Cóndor Alarcón 48 . está estrictamente determinada por el fenotipo de la parte que proporciona el óvulo. la mitad de los descendientes son mt+ y la otra mitad mt-. Prof. Los cruces recíprocos entre cepas sensibles y resistentes producen resultados diferentes dependiendo del genotipo del padre mt+. indicando que el tipo de apareamiento está controlado por un gen nuclear que segrega de modo mendeliano. que se expresa en todos los descendientes. Reynán Cóndor Alarcón 49 . Tal como se indica.Cloroplastos: Mutaciones en Chlamydomonas El fenotipo strR lo transmite sólo el padre mt+. Reynán Cóndor Alarcón 50 .DNA del cloroplasto Prof. espinacas. Reynán Cóndor Alarcón 51 . hay dos grupos de genes que codifican el RNA ribosómico —rRNA de 5S. en distintas plantas superiores (alubias.000 pb (195 kb). pero la molécula (134 kb) es considerablemente mas pequeña que la de Chlamydomonas. Además. así como muchas proteínas ribosómicas específicas de los ribosomas de los cloroplastos. maíz y avena). El tamaño del cpDNA es mucho mayor que el del mtDNA. • En el alga verde Chlamydomonas hay unas 75 copias del DNA cloroplástico por orgánulo. como en el guisante de olor. En las plantas superiores.DNA del cloroplasto • El tamaño del cpDNA es mucho mayor que el del mtDNA. Cada copia consta de unas 195. lechuga. Prof. • Numerosos productos génicos codificados por el DNA cloroplástico funcionan durante la traducción dentro del orgánulo. Por ejemplo. también hay en cada orgánulo copias múltiples de la molécula de DNA. el DNA de los cloroplastos codifica numerosos tRNA.16S y 23S. Reynán Cóndor Alarcón 52 .DNA del Mitocondrias Prof. Prof. 2. Reynán Cóndor Alarcón 53 . necesarios para la traducción. necesarios para la traducción. 3. • Los productos génicos mitocondriales son los siguientes: 1. 13 proteínas. 22 RNA de transferencia (tRNA). RNA ribosómicos (rRNA).DNA del Mitocondrias • El DNA que se encuentra en las mitocondrias de la especie humana ha sido completamente secuenciado y tiene 16 569 pb. necesarias para la respiración aeróbica celular. Reynán Cóndor Alarcón 54 .000 millones de años a partir de protobacterias de vida libre que tenían las capacidades atribuidas ahora a estos orgánulos —respiración aeróbica y fotosíntesis.6 y 9. condujo a Linn Margulis y otros a postular la teoría endosimbiótica. Esta semejanza.7). junto con la observación de un sistema genético único capaz de transcripción y traducción específica en los orgánulos. Este DNA es notablemente similar al que se observa en las bacterias.El DNA de los orgánulos y la teoría endosimbiótica • Los microscopistas electrónicos no solo documentaron la presencia de DNA en mitocondrias y cloroplastos sino que también vieron que esta molécula tiene una forma completamente distinta de la que se observa en el núcleo de las células eucariotas que albergan estos orgánulos (Figuras 9. Prof. Básicamente. la teoría expone que las mitocondrias y los cloroplastos surgieron independientemente hace unos 2. respectivamente. Aunque algunas cuestiones quedan sin respuesta. Reynán Cóndor Alarcón 55 . que originalmente carecían de la capacidad de respiración aerobia o de capturar energía de la luz solar. como pudo ser el caso. en donde las bacterias perdieron finalmente su capacidad para funcionar de manera autónoma. mientras que las células eucariotas hospedantes ganaron la capacidad de tener respiración oxidativa o fotosíntesis. y sus principios básicos se aceptan ampliamente. Prof. continúan acumulándose evidencias en apoyo de esta teoría.La teoría endosimbiótica • Esta idea propone que las antiguas bacterias fueron englobadas por células eucariotas primitivas más grandes. Posteriormente se desarrolló una relación simbiótica beneficiosa. Reynán Cóndor Alarcón 56 .El DNA de los orgánulos y la teoría endosimbiótica Prof. puede tener potencialmente un grave impacto en el organismo. Hay dos posibles razones. la alteración de cualquier gen mitocondrial por mutación. 1. • El mtDNA es particularmente vulnerable a las mutaciones.Las mutaciones en el DNA mitocondrial dan lugar a enfermedades en la especie humana • Ya que el suministro energético celular depende en gran medida de la respiración celular aeróbica. 2. Segundo. la capacidad para reparar daños en el mtDNA puede no ser equivalente a la del DNA nuclear. la concentración de radicales libres altamente mutagénicos generados por la respiración celular que se acumulan en un espacio muy reducido. probablemente elevan la tasa de mutación en el mtDNA. Primero. Prof. Reynán Cóndor Alarcón 57 . …Las mutaciones en el DNA mitocondrial dan lugar a enfermedades en la especie humana • Afortunadamente. Cuando los adultos presentan células con una mezcla variable de orgánulos normales y anormales. Prof. Reynán Cóndor Alarcón 58 . el zigoto recibe un gran número de orgánulos a través del óvulo. su impacto es muy reducido por las muchas mitocondrias que carecen de la mutación y funcionan con normalidad. por lo que si solo un orgánulo o muy pocos contienen una mutación. • Heteroplasmia. • El trastorno debe reflejar una deficiencia en la función bioenergética del orgánulo. Prof.…Las mutaciones en el DNA mitocondrial dan lugar a enfermedades en la especie humana Para poder atribuir una enfermedad humana a mitocondrias alteradas genéticamente. • Tiene que haber una mutación concreta en uno o más genes mitocondriales. Reynán Cóndor Alarcón 59 . se deben cumplir varios criterios: • La herencia debe tener un patrón materno en lugar de mendeliano. ) • El síndrome de Kearns-Sayre (KSS) (pierden su visión. Reynán Cóndor Alarcón 60 . demencia y ataques epilépticos. La edad promedio de la pérdida de visión es a los 27. ) • La neuropatía ocular hereditaria de Leber (LHON) (Este trastorno se caracteriza por una súbita ceguera bilateral. ) Prof. sordera. sufren pérdida de oído y presentan afecciones cardíacas.Ejemplo de enfermedades humanas de herencia materna • La epilepsia mioclónica y enfermedad de las miofíbrillas rojas deshilacliadas (MERFF) (Los individuos con este raro trastorno manifiestan ataxia (carencia de coordinación muscular). pero su inicio es muy variable. Prof. pasan a través del ooplasma materno a las células u organismos hijos y les confieren un fenotipo específico. Reynán Cóndor Alarcón 61 .La herencia infecciosa • En los eucariotas algunos fenotipos se transmiten a través del citoplasma debido a microorganismos o partículas infecciosas. • Los invasores foráneos que coexisten en una relación simbiótica. producen los productos tóxicos que son liberados y matan a las cepas sensible. Dicha sustancia la producen las partículas kappa. debido a que segregan una sustancia citoplásmica llamada paramecina. Las partículas kappa tienen DNA y proteínas y su mantenimiento depende de un gen nuclear dominante. K. • Las partículas kappa son parecidas a bacterias y pueden contener bacteriófagos atenuados. donde la conjugación puede estar acompañada de intercambio citoplásmico. que es tóxica y a veces letal para cepas sensibles. Prof. Durante esta multiplicación. Reynán Cóndor Alarcón 62 . una célula puede tener de 100 a 200 de dichas partículas. La herencia infecciosa Kappa en Paramecium • Ciertas cepas de Paramecium aurelia. Una teoría mantiene que estos virus de las partículas kappa pueden pasar al estado vegetativo y reproducirse. • La infección sucede en algunos casos. son llamadas Killers (asesinas). que se replican en el citoplasma de las killer.
Report "Genética del desarrollo y diferenciación y herencia citoplasmática.pdf"