Tema 5: Ligamiento y cartograf

1
Ligamiento y mapas genéticos
2
Objetivos tema 5 Ligamiento y cartografía
genética (mapas)

• Deberán quedar bien claros los siguientes puntos
• Los conceptos de ligamiento, recombinación y
  entrecruzamiento
• Cómo calcular las frecuencias de recombinación en
  loci ligados
• Construcción de mapas genéticos a partir de
  cruzamientos pruebas de 2 y 3 factores (puntos)
• Interferencia y coeficiente de coincidencia
• Demostración citológica del entrecruzamiento
• Análisis de tétradas en hongos ascomicetos
• Recombinación mitótica
• Cartografía genética en humanos
• Ligamiento y recombinación en bacterias y virus

3
Ligamiento Asociación de genes en el mismo
cromosoma formando grupos de ligamientos
Ligamiento total
B
A
B
A
A
A
B
B
b
a
b
a
a
a
b
b
Gametos (100 gametos parentales) 50 AB 50 ab
Genotipo F1 AB / ab
4
Segregación independiente (no ligamiento, 2a ley
de Mendel)
gametos
A
B
Genotipos F1 A B -- -- a b
AB
A
B
b
A
Ab
A
50 recom- binan- tes
b
A
B
A
B
B
a
aB
a
b
a
B
a
b
a
b
ab
a
b
Proporción 1111
5
Mensaje La frecuencia de gametos recombinantes
(FR) debe estar entre el ligamiento total (0) y
la segregación independiente (50) 0 ? FR ? 50
6

• Ligamiento
• Descubrimiento del ligamiento (Morgan con
  mutantes de Drosophila melanogater)

7
Mutantes de Drosophila melanogater
Estudio del ligamiento con mutantes
salvaje
Cy Curly
sd scalloped
salvaje
w white
ap aptera
vg vestigial
dp dumpy
Bar
sepia
D Dichaete
c curved
8

• Ligamiento
• Simbolismo del ligamiento
• Configuración en acoplamiento o cis -gt AB/ab
• Configuración en repulsión o trans -gt Ab/aB
• Prueba de ligamiento desviación de la proporción
  1111 en un cruzamiento prueba de un dihíbrido

9
Grupos de ligamiento en Drosophila
10
Ligamiento a nivel del DNA
Haplotipo
11
Cruzamiento prueba
Genotipos P
Gametos P
Cruza- miento prueba
F1
X
Gametos
ab
AB
A- B-
Ab
A- bb
aB
aa B-
aa bb
ab
Fenotipos
Genotipos
12
Mensaje El cruzamiento prueba permite inferir
las proporciones de los gametos que se forman en
el doble heterocigoto
13
Recombinación la generación durante la meiosis
de genotipos haploides distintos de los genotipos
parentales
Gametos P
F1
AB
Gametos parentales
ab
Gametos
Ab
Gametos recombinantes
aB
14

• Recombinación
• Recombinación intercromosómica genes (loci) en
  diferentes cromosomas (leyes de Mendel)
• Recombinación intracromosómica genes situados en
  el mismo cromosoma ---gt Entrecruzamiento

A
B
Genotipos F1 A B -- -- a b
AB
A
B
b
A
50 recom- binan- tes
Ab
A
b
A
B
A
B
B
a
aB
a
b
a
B
a
b
a
b
ab
a
b
Proporción 1111
15
Entrecruzamiento (Crossover) El intercambio de
cromátidas no hermanas entre cromosomas homólogos
durante la meiosis por un proceso de rotura y
reunión del DNA
Cromosomas en la meiosis Productos
meióticos
A
B
A
B
Meiosis sin entrecruzamiento entre los genes
A
B
A
B
a
b
a
b
a
b
a
b
Meiosis con entrecruzamiento entre los genes
A
B
A
B
b
A
B
A
Recombi- nantes
a
b
a
B
a
b
a
b
16
Meiosis y entrecruzamiento
17
Entrecruzamiento visto mediante microscopía
electrónica
18
Entrecruzamiento visto mediante microscopía
electrónica
19
Entrecruzamiento en el nivel del DNA
20
Migración ramal
21
Cartografía genética La cartografía genética
asigna el lugar cromosómico de un gen (o locus) y
su relación de distancia con otros genes (o loci)
en un cromosoma dado A. Sturtevant (1913). La
distribución y el orden lineal de los genes se
pueden establecer experimentalmente mediante el
análisis genético
22
Supuesto las frecuencias de entrecruzamiento, y
por tanto la frecuencia de recombinación, depende
de la distancia entre genes
A
C
B
Unidad de distancia La unidad de mapa (u.m.) o
el centimorgan (cM) --gt La distancia entre genes
(loci) en los que la frecuencia de recombinación
es del 1
23
A
C
C
B
Meiosis
1
2
3
4
24

• Mayor distancia entre loci --gt Mayor número de
  entrecruzamientos
• Más Entrecruzamientos ---gt Más Recombinación

A mayor frecuencia de recombinación mayor la
distancia entre loci
El número de etrecruzamientos por meiosis y por
cromosoma se puede representar por una
distribución aleatoria de Poisson, con media ?
25
Mapa a partir de cruzamientos prueba de dos
puntos (dos loci en el mismo cromosomas) Se
determina la distancia 2 a 2 entre loci y éstas
se suman para estimar la distancia genética total
de un cromosoma
A
B
26

• Ejemplo
• Experimento de Morgan
• pr Ojos Púrpura
• vg Alas vestigiales
• Ambos alelos son recesivos respecto al salvaje
• P pr pr vg vg X pr pr vg vg
• F1 pr pr vg vg X pr pr
  vg vg
• Fenotipos F 2
• pr vg 1339
• pr vg 1195
• pr vg 151
• pr vg 154
• ____
• 2839

27

• Metodología
• Normalmente heterocigoto X homocigoto recesivo
  (cruzamiento prueba) -gt AB/ab X ab/ab
• No se observa en la F2 la proporción fenotípica
  1111, y la proporción no es predecible a
  priori porque depende de la distancia entre los
  genes estudiados
• Las dos clases mayoritarias corresponden a los
  gametos no recombinantes (parentales), y las
  minoritarias a los recombinantes (no parentales)
• La frecuencia de recombinación (recombinantes/tota
  l X 100) refleja la distancia genética entre los
  dos genes. Una unidad de mapa o centimorgan (1cM)
  1 de recombinantes
• Se ordernan tres genes cuyas distancias se han
  medido dos a dos

28
Fenotipos F 2 pr vg
1339 pr vg 1195 pr vg
151 pr vg 154 ____
2839
305
Proporción no 1111. Un test de ?2 es muy
significativo
FR 305/2839 0,107 10,7 cM
pr
vg
10,7 cM
29
Orden de los genes
Se han estudias tres pares de genes y estas son
las distancias entre ellos distancia A-B
12 distancia B-C 7 y distancia A-C
5 Cuál es el orden de los genes? Las
distancias deben ser aditivas y consistentes
entre sí Supongamos las tres ordenaciones
posibles
30
Orden de los genes
Ordenaciones posibles Caso 1 Marcador A está en
el medio Caso 2 Marcador B está en el
medio Caso 3 Marcador C está en el medio
A
A
C
B
12
5
C
B
7
B
A
C
B
12
7
A
C
5
B
A
12
Aditividad
A
C
5
7
B
C
31
Las distancias de mapa no son completamente
aditivas
FR x
FR y
La mejor estima distancia, suma (b-pr) (pr-c)
25,4
b
pr
c
19,5
5,9
23,7
Distancia experimento dos puntos b-c
32
Relación entre frecuencia de recombinación y
entrecruzamiento (o distancia real de mapa) Las
distancias de mapa no son completamente aditivas
porque los dobles recombinantes entre dos
marcadores A y C no se detectan en un cruce de
dos puntos, subestimándose la distancia A y C
A B C
A B C
A b C
a B c
a b c
a b c

• La relación entre la distancia real de mapa
  (número de entrecruzamientos) y la frecuencia de
  recombinación entre dos marcadores o loci no es
  lineal. Cuanto más lejos están los marcadores
  peor es la estima
• La frecuencia de recombinación (FR) entre dos
  marcadores no puede superar el 50
  
• FR ? 0,5

33
Función de mapa Es una función que permite
estimar la distancia de mapa mejor que empleando
solamente la frecuencia de recombinación, pues
corrige los intercambios (entrecruzamientos) no
detectados
50
FR observada ()
40
30
20
10
?1
?2
?3
?4
Número medio de entrecruzamientos por meiosis
50
100
150
200
Unidades de mapa reales
34
Por qué la frecuencia de recombinación (FR)
entre dos marcadores no puede superar el 50?
Demostración 1 Muchos entrecruzamientos entre a
y b
Es igual de probable cualquier combinación, ,
ab, a, b, es como si segregaran
independientemente ambos loci. Luego, la FR
máxima es 50
35
Por qué la frecuencia de recombinación (FR)
entre dos marcadores no puede superar el 50?
Demostración 2 caso completo para 1 ó 2
entrecruzamientos
FR promedio de un doble entrecruzamiento 8/16
50
36
Mapa a partir de cruzamientos prueba de tres
puntos (tres loci en el mismo cromosomas)
A
B
C

• Metodología
• Triple heterocigoto X homocigoto recesivo
• (cruzamiento prueba) -gt ABC/abc X abc/abc
• Si hay ligamiento, no se observa en la F2 la
• proporción fenotípica 1/8 para cada tipo de
  gameto
• Se agrupan las clases recíprocas (aquellas
• que tienen un fenotipo mutante en el par
  recíproco, como el par de fenotipos fenotipos
  ABC-abc ó Abc-aBC. Las clases recíprocas deben
  ser de frecuencia parecida
• Orden de los genes
• Los fenotipos no recombinantes (parentales) son
  los más frecuentes
• Los fenotipos menos frecuentes resultan de un
  doble entrecruzamiento
• Al comparar los fenotipos no recombinantes con
  los doble entrecruzados, el gen del medio es el
  que está cambiado
• Distancias de mapa a la distancia entre genes
  consecutivos debe sumarse las frecuencias de los
  dobles entrecruzamientos

37
Ejemplo Tres mutantes marcadores b Cuerpo
negro pr Ojos Púrpura c curved, alas
curvadas Los tres alelos son recesivos respecto
al salvaje P b b pr pr c c X bb prpr
cc F1 bb pr pr c c X bb
pr pr vg vg Si no están ligados
Si están ligados 1/8
bb prpr cc 1/2 bb prpr cc
1/8 bb prpr cc
1/2 bb prpr cc 1/8 bb prpr cc
1/8 bb prpr cc 1/8 bb
prpr cc 1/8 bb prpr cc
1/8 bb prpr cc 1/8 bb prpr cc
F2
38
Resultados del cruzamiento prueba, F2
Fenotipo Genotipo Número
Número de
recombinantes entre
b-pr pr-c
b-c Salvaje bb prpr cc 5701
Black, purp, cur bb prpr cc
5617 Purp,curved bb prpr cc 388
388 388 Black
bb prpr cc 367 367
367 Curved bb prpr cc
1412 1412 1412 Black,purp
bb prpr cc 1383
1383 1383 Purp bb prpr
cc 60 60
60 Black,curved bb prpr cc 72
72 72 Total
15 000 887 2927
3550 Porcentaje
5,9 19,5 23,7
El gen pr está en el medio
39
Tetrada meiótica Gametos
Entrecruzamiento entre b y pr
b pr c
b pr c
b pr c
b pr c
b pr c
b pr c
b pr c
b pr c
Doble entrecruzamiento en la región b-pr-c
b pr c
b pr c
b pr c
b pr c
b pr c
b pr c
b pr c
b pr c
40
Mapa genético de los marcadores
La mejor estima distancia entre los extremos es
la suma (b-pr) (pr-c)
25,4
b
pr
c
19,5
5,9
23,7
Distancia b-csin considerar los dobles
recombinantes
41

• Coeficiente de coincidencia mide si los
  entrecruzamientos son independientes entre sí
• Si los múltiples entrecruzamientos suceden
  independiemente los unos de los otros, la
  frecuencia de los dobles entrecruzamientos será
  al producto de la frecuencia de los intercambios
  sencillos
• Coeficiente coincidencia (CC) (número de dobles
  entrecruzamientos observados)/(número de dobles
  entrecruzamientos esperados)
• Si CC lt 1, dobles disminuidos
• Si CC gt 1, dobles incrementados
• Interferencia 1 - CC

42
Mapa de ligamiento parcial de los 4 cromosomas
de Drosophila melanogaster
43
Mapas genéticos (de recombinación) versus mapas
físicos
44
Importancia mapas de recombinación

• Describir Ias tasas de recombinación a lo largo
  del genoma
• Predecir la transmisión genética de un gameto
• Localización de genes que influyen el fenotipo
  (QTLs)
• Marco de referencia para cartografía física
• Marco de referencia para la cartografía de genes
  asociados a enfermedades

45
Mapas genéticos versus mapas físicos
Frecuencia de recombinación por unidad de DNA
Especies Tamaño haploide Unidades de mapa
Tamaño de la unidad mapa Distancia media
del genoma

entrecruzamien-


tos consecutivos

Fago T4
1.6 x 105 pb 800
200 pb 1.0 x
104 pb E. coli 4.2 x 106 pb
1750 2400
pb 1.2 x 105 pb Levadura
2.0 x 107 pb 4200
5000 pb 2.5 x 105
pb Hongo 2.7 x 107 pb 1000
27000 pb
1.3 x 106 pb Nemátodo 8.0 x 107 pb
320 250000 pb
1.2 x 107 pb Mosca de la fruta
1.4 x 108 pb 280
500000 pb 2.5 x
107 pb Ratón 3.0 x 109 pb 1700
1800000 pb
9.0 x 107 pb Humanos Varón 3.3 x
109 pb 2809
1200000 pb 6.0 x 107 pb
Mujer 3.3 x 109 pb 4782
700000 pb 3.5
x 107 pb
46
Análisis de tétradas
Los hongos ascomicetos retienen los cuatro
productos haploides de cada meiosis en un saco
denominado asca
47
Hongos ascomicetos

• Estos organismos son únicos porque se puede
  analizar meiosis individuales, permitiendo
  estudiar aspectos básicos de la genética de la
  meiosis (un proceso central de la biología de los
  eucariotas)
• Cartografiar los centrómeros como si fuesen loci
• Investigar la posibilidad de interferencia de
  cromátida
• Examinar los mecanismos de entrecruzamiento

Ustigalo hordei (basidiomiceto)
Aspergillus nidulans
Neurospora crassa
Coprinus Lagopus (basidiomiceto)
Ascobolus immersus
Saccharomyces cerevisiae
Tétradas
Octadas
Tétradas
Octadas
Patrones distintos de ascosporas y ascas en
Neurospora
No ordenadas
Lineales
48
Meiosis y mitosis postmeiótica en la tétrada
lineal de Neurospora
49
Distancia de un locus al centrómero en Neurospora
No recombinación entre el locus y el centrómero
44
50
Recombinación entre el locus y el centrómero
2222
51
Distancia de un locus al centrómero estímese el
porcentaje de tétradas que muestran patrones de
segregación en la segunda división para ese locus
y divídase por 2
Patrones MII 9 11 10 12 42 o sea
14 Puesto que sólo la mitad de los cromosomas
que sufren entrecruzamiento son recombinantes, la
distancia de mapa (medida como frecuencia de
recombinación) será 14/2 7 unidades de mapa ó
cM
52
Demostración citológica del entrecruzamiento
Técnica de cromosomas arlequinados

• Demuestra el intercambio de cromátidas
• Coincidencia entre quiasma y lugar de intercambio
• La existencia de recombinación mitótica

53
Retinoblastoma hereditario por entrecruzamiento
mitótico
54
Retinoblastoma hereditario por entrecruzamiento
mitótico
R
R
Mitosis
r
r
R
R
R
r
Célula normal R/R
R
r
r
r
Célula retinoblastoma r/r
55
Cartografía en humanos

• Mapas genéticos (de recombinación)
• Herencia ligada al cromosoma X
• Marcadores polimórficos asignados a colecciones
  de familias (CEPH).
• alozimas
• DNA (RFLPs, microsatélites, RAPDs,...)
• La caza de genes asociados a enfermedades

• Mapas físicos
• Métodos especiales de cultivo celular
  hibridación de células somáticas
• Hibridación in situ de sondas de DNA en
  cromosomas metafásicos
• Secuenciación del DNA

56
Cartografía genética en humanos

• Estudios familias
• Herencia ligada al cromosoma X marcadores
  clásicos
• Autosómicos marcadores clásicos

• Cartografía marcador-enfermedad
• La caza de genes asociados a enfermedades
• Cartografía marcador-marcador
• Estudios marcadores polimórficos asignados a
  colecciones de familias (CEPH).
• DNA (Microsatélites, RFLPs, RAPDs,...)

57
Mapa genético de alta resolución del Cromosoma 1
Homo sapiens.
The Cooperative Human Linkage Center
http//lpg.nci.nih.gov/CHLC/
58
Cartografía a través de la herencia ligada al
cromosoma X (359 loci se han asignado al X)
59
Ligamiento y recombinación en bacterias y virus

• Procesos sexuales en bacterias y virus
  Transformación, conjugación, transducción y
  sexducción en bacterias y recombinación vírica
• Conjugación
• Ciclo biológico de fagos

60
(No Transcript)
61
Incorporación del material genético por
transformación
Se requiere un doble entrecruzamiento para la
transformación
Ejemplo del uso de la fecuencia de transformación
para estimar distancias genéticas Una cepa his
met se transforma con his- met-
34 hist- met 28 hist met- 194 hist- met-
Distancia entre ambos genes (transformantes
sencillos/total transformantes) (34 28 )/(34
28 194) 0,24
62
Conjugación bacteriana
63
Cinética conjugación bacteriana
64
Conjugación, recombinación y mapas
65
Mapa bacteriano por conjugación.
Unidades en minutos
66

• Virus bacteriófagos
• Fase lítica o infecciosa
• Fase lisogénica (la bacteria o huésped lisogénico
  y el fago temperado)

67
Virus bacteriófagos
68

• Transducción
• Especializada o restringida
• Generalizada

Recombinación bacteriana por transducción