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Inversión cromosómica wikipedia, lookup

Translocación cromosómica wikipedia, lookup

Translocación robertsoniana wikipedia, lookup

Meiosis wikipedia, lookup

Aneuploidía wikipedia, lookup

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Universidad Nacional de Chilecito
Genética
2014
TRABAJO PRÁCTICO Nº 10
Alteraciones estructurales y
Numéricas de los cromosomas
I. Alteraciones estructurales de los cromosomas:
Las variaciones cromosómicas estructurales, en un sentido amplio, consisten en
un cambio en la morfología de los cromosomas o en el número de los segmentos
cromosómicos los cuales implican reordenamientos en la disposición lineal de los
genes, unas veces con pérdida, otras con ganancia y otras sin variación en el contenido
total de la información genética.
En la figura siguiente se esquematizan las principales alteraciones estructurales.
Fig. 1: Principales alteraciones estructurales: (A) Cromosomas normales. (B)
Deficiencias. (C) Duplicación. (D) Translocación heterocigótica. (E) Inversión
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heterocigótica. (F) Translocación homocigótica. (G) Inversión homocigótica. (Tomado
de Sinnot., et. al, 1961).
a. Deleción o Deficiencia (Fig.1).:
Se produce cuando hay pérdida de un segmento del cromosoma el cual puede ser
tan pequeño que sólo incluya un gen. Pueden ser homocigotas (en ambos cromosomas)
o heterocigotas (un cromosoma normal y otro deficiente). En general las deleciones
homocigotas son letales. La pérdida de cualquier porción considerable de un
cromosoma suele ser mortal para el organismo diploide debido a un desequilibrio
genético. Cuando un organismo hetrocigota para un par de alelos A y a, pierde la región
que lleva el alelo A, el alelo recesivo a se manifestará fenotípicamente. A esto se
denomina pseudodominancia, aunque el término no es muy apropiado ya que la
condición en este locus es hemicigótico en vez de dicigótica. Una deleción heterocigota
puede detectarse citológicamente durante la profase meiótica, cuando los cromosomas
homólogos se aparean adquieren una configuración característica (Fig.2).
- A-
Deleción que involucra a CDE
-BFig.2.: A- deleción heterocigota y B- Configuración durante el paquitene de la meiosis I
b. Duplicaciones (Fig.1):
Se denomina así a la presencia repetida dos ó más veces de un segmento del
cromosoma en el genoma. Los segmentos extra de un cromosoma pueden originarse
mediante una gran diversidad de formas, pero en términos generales, sus efectos no son
tan perjudiciales como los ocasionados por deleciones o deficiencias. En la evolución
las duplicaciones han sido favorables para la formación de nuevo material genético. La
redundancia genética puede proteger al organismo de los efectos de un gen recesivo
perjudicial o de otra deleción mortal. Durante el apareamiento de los cromosomas
homólogos durante la meiosis , el cromosoma que lleva la duplicación forma un “arco”
para lograr el emparejamiento homólogo. En algunos casos el material genético extra
ocasiona un fenotipo distintivo, si ocurre entrecruzamiento desigual, alterando así la
disposición de los duplicaciones sobre el cromosoma, este efecto se conoce como efecto
de posición. Por ejemplo la mutación Bar que modifica la forma del ojo en Drosophila,
está asociada con una duplicación de una región (16A) del cromsoma X . Los
homocigotas para la duplicación presentan fenotipo Bar y aparece otro fenotipo
denominado Ultrabar, originado a partir de un entrecruzamiento desigual en la región
duplicada de los homocigotas Bar (Fig.3).
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Fig. 3: Entrecruzamiento desigual en la región 16 A del cromosoma X de Drosophila visualizando el
efecto de posición
c. Inversiones (Fig.1).:
Una inversión se produce cuando un cromosoma sufre rupturas en 2 posiciones y
el segmento intercalado entre ambas es reinsertado luego de girar 180°.
Los genes ubicados en los extremos del segmento invertido, ahora poseen
nuevos vecinos, que pueden influenciar su expresión fenotípica. Los cromosomas
homocigotas para una secuencia génica invertida tendrán un mapa de ligamiento
diferente al normal. En un heterocigota existen importantes efectos genéticos y
citológicos, al no haber pérdida ni ganancia de material, son viables.
Existen dos tipos principales de inversiones, según la localización del
centrómero en relación al área de inversión: 1- Pericéntricas (incluyen al centrómero)
2- Paracéntricas (no incluyen al centrómero).
1- Pericéntricas: Las imágenes o estructuras de la anafase I meiótica aparentemente
son normales, pero las dos cromátides de cada cromosoma suelen tener brazos de
diferente longitud dependiendo del lugar donde haya ocurrido el entrecruzamiento.
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La mitad de los productos contienen duplicaciones y deficiencias y no son
funcionales. La otra mitad de los gametos son funcionales, una cuarta parte tiene el
orden cromosómico normal y otra cuarta parte tiene el orden invertido (Fig.4.a.)
Fig. 4.a: Inversión heterocigótica y ocurrencia de un entrecruzamiento entre los genes 3 y 4. Observe los
productos meióticos.
Las inversiones pericéntricas pueden también producir modificaciones de la
morfología cromosómica, por ejemplo si un cromosoma metacéntrico, en forma de V,
sufre en uno de sus brazos una inversión transformándose en un cromosoma
acrocéntrico (Fig. 4.b.)
Fig. 4.b.: Transformación de un cromosoma metacéntrico en otro acrocéntrico.
2-
Paracéntricas: el entrecruzamiento de intercambio en el segmento invertido
produce un cromosoma dicéntrico (con dos centrómeros) que forma un puente de
un polo a otro durante la anafase I. Este puente se romperá en cualquier sitio a lo
largo de su trayecto y los fragmentos resultantes contendrán duplicaciones y/o
deficiencias, también se formará un fragmento acéntrico (sin centrómero) que no
quedará incluido en los productos meióticos. Así la mitad de los productos no son
funcionales, una cuarta parte es funcional con un cromosoma normal y la otra
cuarta parte es funcional con un cromosoma invertido (Fig.4.c).
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Fig. 4.c.: Inversión heterocigótica paracéntrica y ocurrencia de un entrecruzamiento entre los genes 4 y 5.
Observe los productos meióticos.
d. Translocaciones:
Los cromosomas pueden sufrir rupturas espontáneas o bien inducidas (por ej.
por radiaciones ionizantes). En una translocación recíproca, los extremos de fractura de
estos cromosomas se comportan como si fueran “adhesivos” y pueden unirse
nuevamente en combinaciones no homólogas (Fig.5). Por lo tanto una translocación
recíproca implica el intercambio de segmentos no homólogos, durante la meiosis el
cromosoma que es heterocigoto debe adquirir una configuración en cruz para permitir el
emparejamiento con su región homóloga (Fig.5). La única manera de que se puedan
formar gametos funcionales a partir de translocaciones heterocigóticas es mediante la
disyunción alterna de los cromosomas (Fig. 6).
Fig. 5.: Translocación recíproca entre los cromosomas 1-2 y 3-4
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Fig.6.: Un anillo de cuatro cromosomas (de la figura anterior) que se forma al final de la profase meiótica,
mostrando las segregaciones posibles y los gametos resultantes
Los heterocigotas por translocación tienen varias manifestaciones distintivas: 1la semiesterilidad, debida a las disyunciones adyacentes (Fig.6), 2- algunos genes que se
encontraban en cromosomas independientes ya no segregarán independientemente y 3la manifestación fenotípica de un gen puede ser modificada cuando es traslocado a una
nueva posición en el genoma (efecto de posición).
e. Fusiones y Fisiones Céntricas:
Las diferencias en el número de cromosomas pueden tener su origen en
abaerraciones que conducen a la fusión de dos cromosomas no homólogos, formando
un solo cromosoma o bien a la separación de segmentos de un mismo cromosoma, lo
cual produce dos nuevos.
Las fusiones son translocaciones de brazos casi enteros de cromosomas telo o
acrocéntricos con fracturas muy cerca o en el mismo centrómero, lo que da origen a un
cromosoma metacéntrico y a un pequeño fragmento céntrico que tiende a ser eliminado
(Fig. 7).Este tipo de fusiones se llaman céntricas o translocaciones robertsonianas y
llevan a la reducción del número de cromosomas.
El proceso inverso que consiste en la escisión de un cromosoma metacéntrico en
dos acrocéntricos, puede desarrollarse según dos procesos: la disociación o la fisión. La
primera implica la translocación de un brazo de un cromosoma metacéntrico a un
centrómero receptor de un fragmento céntrico o cromosoma supernumerario disponible.
Las fisiones consisten en el reemplazo de dos acrocéntricos por un metacéntricos por
simple fisión del centrómero del metacéntrico para originar 2 telo o acrocéntricos
(Fig.7)
Estos procesos han tenido lugar en la filogenia y evolución de insectos, como
ortópteros, coleópteros, lo mismo que en varios grupos de reptiles, aves y mamíferos
(roedores especialmente).
Ruptura
Fig. 7: Diagrama que muestra las translocaciones, que llevan a una fusión entre los brazos de dos
cromosomas acrocéntricos no homólogos, y la disociación.
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II. Alteraciones numéricas de los cromosomas
Pueden presentarse variaciones en el juego haploide entero de cromosomas, que
se denominan euploidías o solo en cromosomas individuales del complemento,
agrupadas bajo el nombre de aneuploidías.
a. Euploidías:
Los organismos diploides (número 2n de cromosomas), producen gametas con
un número haploide de cromosomas. El término haploide, en general se refiere al
número reducido de cromosomas que se encuentran en sus gametas. Algunos
organismos tienen un solo juego cromosómico en sus células somáticas. Para ellos, el
término monoploide es el apropiado, por ej. las hormigas, las abejas, donde los machos
normalmente son haploides y derivan de huevos no fertilizados (partenogénesis).
Al hablar de triploidía, entramos realmente en el concepto de poliploidía, que
es el término aplicado a aquéllos casos donde existen más de 2 juegos cromosómicos.
Debemos a su vez distinguir entre autopoliploides y alopoliploides. Los
autopoliploides, presentan varios juegos cromosómicos iguales, derivados de una
misma especie. Los alopoliploides, en cambio, presentan juegos cromosómicos
derivados de 2 o más especies diploides (Fig. 12).
Los triploides con 3 juegos cromosómicos (3n), son generalmente
autopoliploides, se forman del cruzamiento de un tetraploide (4n) con un diploide (2n).
Las gametas 2n y n se unen para formar el triploide 3n, generalmente estéril. Esta
desventaja se debe al hecho que el apareamiento meiótico en cualquier región del
cromosoma está restringido a 2 homólogos al mismo tiempo, solamente.
Los autotetraploides se producen naturalmente por una duplicación espontánea
y accidental de sus cromosomas, de un genoma 2n a un 4n. Artificialmente lo hacen
mediante el uso de la colchicina.
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Fig. 12: Representación esquemática de la formación de una nueva especie alopoliploide.
b. Aneuploidías:
Se producen generalmente por no disyunción durante la meiosis o la mitosis,
formándose gametas desequilibradas, con 1 cromosoma extra (n + 1) o con 1
cromosoma menos (n– 1). La unión de una gameta normal (n) con una (n – 1), produce
un individuo monosómico (2n – 1). Cuando una gameta (n + 1) es fertilizada por una
normal, se forma un individuo trisómico (2n + 1), de tal forma que un cromosoma está
representado 3 veces.
Cuadro que resume los diferentes tipos de variaciones numéricas
Designación
Haploide
Diploide
Triploide
Número de
cromosomas
X
2X
3X
Autoploides
EUPLOIDE O
EQUILIBRADA
Tetraploide
Aloploide
ANEUPLOIDE O
DESQUILIBRADA
4X
2X+2X’
Haploide nulisómico
Diploide monosómico
X-1
2X-1
Diploide nulisómico
2X-2
Diploide trisómico
2X+1
Diploide tetrasómico
2X+2
Diploide doble trisómico
2X+1+1
(Tomado de Lacadena, J.R., 1976)
Constitución
cromosómica
ABCDE
ABCDE
ABCDE
ABCDE
ABCDE
ABCDE
ABCDE
ABCDE
ABCDE
ABCDE
ABCDE
ABCDE
MNPQ
MNPQ
ABC-E
ABCDABCDE
ABCDABCDABCDE
ABCDE
B
B
ABCDE
ABCDE
B
ABCDE
ABCDE
BC
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ACTIVIDADES
Objetivo: Aplicar los conocimientos sobre alteraciones estructurales y numéricas de los
cromosomas a la resolución de problemas genéticos.
Problemas
1. La secuencia de cierto cromosoma normal de Drosophila, es de: 123.45678. El
punto representa el centrómero. Fueron encontradas algunas aberraciones
cromosómicas con las siguientes estructuras:
a- 123. 476589
c- 1654.32789
b- 123. 46789
d- 123. 4566789
Dé el nombre correcto para cada tipo de aberración.
2. Dado un heterocigota con una inversión de un cromosoma cuyo orden normal
es: .abcdefgh, y otro cuyo orden invertido es: .abfedcgh, haga un diagrama de la
Anafase I y de las gametas que se forman cuando se produce entre la región c-d
y e-f, un doble entrecruzamiento.
3. Dado un heterocigota con una inversión de un cromosoma, cuyo orden normal
es: 1234.5678 y otro cuyo orden invertido es: 15.432678, haga un diagrama de la
Anafase I y de las gametas que se forman cuando se produce entre la región 4 y
el centrómero y entre éste y la región 5 un doble entrecruzamiento.
4. El número diploide de un organismo es 12. Cuántos cromosomas pueden
esperarse en:
a- un nulisómico
e- un monosómico
b- un trisómico
f- un monoploide
c- un tetrasómico
g- un triploide
d- un doble trisómico
h- un autotetraploide
5. La Avena de Abisinia (Avena abyssinica) parece ser un tetraploide con 28
cromosomas. La avena cultivada común (Avena sativa), parece ser un
hexaploide en esta misma serie. ¿Cuántos cromosomas tiene la Avena común?
6. La zarzamora europea (Rubus idaeus) tiene 14 cromosomas. Otro tipo de mora,
(Rubus caesius) es tetraploide con 28 cromosomas. Los híbridos entre estas 2
especies, son individuos estériles. Determine el número de cromosomas y el
nivel de ploidía para los siguientes casos:
a-F1
b-Duplicación cromosómica de la F1 (Rubeus maximus)
7. El color de la capa de aleurona del grano de maíz está controlada por un gen que
en estado de homocigosis recesiva determina aleurona sin color (cc). El gen c
está en el cromosoma IX en el mismo grupo de ligamiento del gen waxy que,
que en homocigosis recesiva (wx wx) determina endosperma ceroso y Wx
endospermo almidonoso. Creighton y McClintock encontraron una planta con un
cromosoma IX normal y su homólogo con una prominencia en uno de los
extremos y una porción translocada de otro cromosoma en el extremo opuesto.
Se realizó un cruzamiento entre una planta dihíbrida de fenotipo coloreado
almidonoso con cromosomas IX heteromorfo con una planta de fenotipo ceroso
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sin color con cromosomas IX normales. Diagrama el cruzamiento mostrando los
fenotipos y genotipos posibles.
8. Las mujeres normales poseen dos cromosomas sexuales (XX) y los hombres
normales tienen un solo cromosoma X además del Y. Se encuentra una
anomalía muy rara en mujeres caracterizada por graves anormalidades en las
características sexuales primarias y secundarias en las que se observa un solo
cromosoma X. La expresión fenotípica de este mosaico monosómico se
denomina síndrome de Turner. En el hombre un tipo de anormalidad relacionada
que exhibe fenotípicamente características similares es cromosómicamente XXY
y se denomina síndrome de Klinefelter. El daltonismo es una enfermedad
recesiva ligada al X: a) Un hombre y una mujer de visión normal tienen una hija
con síndrome de Turner y daltónica. Diagrame el cruzamiento incluyendo las
gametas que han originado a esta hija, b) Un hombre de visión normal y una
mujer daltónica tienen un hijo con síndrome de Klinefelter de visión normal.
Diagrame el cruzamiento incluyendo las gametas que han originado a este hijo.
9. Un par de cromosomas homólogos presenta el siguiente orden de los genes representados
por las letras correspondientes donde el punto representa al centrómero, abcdefgh. Una
inversión heterocigota produce el siguiente orden en el cromosoma que sufre la inversión.
abfedcgh. Se produce un entrecruzamiento entre los genes d y e. Esquematice la anafase I
y las gametas resultantes
10. Una mujer acude a Ud a pedirle consejo genético. Esta mujer era heterocigótica para
una reordenación cromosómica entre el segundo y el tercer cromosoma, fenotípicamente
normal. Sus cromosomas, comparados con los de un cariotipo normal se esquematizan a
continuación:
a-¿Qué tipo de aberración cromosómica se muestra? b- Demuestre cómo se aparean
estos cromosomas en la meiosis. c- Había tenido dos abortos debido a la muerte de los
fetos en el embarazo y le pregunta si hay una explicación genética para esta situación y
con que probabilidad podría tener un niño normal, ¿qué le contestaría (demuéstrelo
utilizando los genotipos apropiados).