1 dr. antonio barbadilla tema 5: ligamiento y mapas genéticos1 ligamiento y mapas genéticos

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Dr. Antonio Barbadilla

Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

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Ligamiento y mapas genéticos Ligamiento y mapas genéticos

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Objetivos tema 5:Ligamiento y cartografía genética

(mapas)

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

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Ligamiento: Asociación de genes en el mismo cromosoma formando grupos de ligamientos

Ligamiento: Asociación de genes en el mismo cromosoma formando grupos de ligamientos

Ligamiento total

A

A

a

a

B

B

b

b a

a b

b

A

AB

B

Genotipo F1

AB / ab

Gametos (100% gametos parentales)

50 % AB50 % ab

4



4

Segregación independiente (no ligamiento, 2a ley de Mendel)

AA

aa

B

B

b

b

AA

B

B

AA b

b

aa

B

aa

b

b

B

Genotipos F1 A B-- --a b

AB

Ab

aB

ab

gametos

50%recom-binan-

tes

Proporción 1:1:1:1

5



5

Mensaje: La frecuencia de gametos recombinantes (FR) debe estar entre el ligamiento total (0%) y la segregación independiente (50%)

0% FR 50%

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

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7

Mutantes de Drosophila melanogater

+: salvaje Cy: Curly

ap: apteravg: vestigial

sd: scalloped

dp: dumpy

D: Dichaete c: curved

+: salvaje w: white

sepia Bar

Estudio del ligamiento con mutantes

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8

Ligamiento:

•Simbolismo del ligamiento

Configuración en acoplamiento o cis -> AB/ab Configuración en repulsión o trans -> Ab/aB

•Prueba de ligamiento: desviación de la proporción 1:1:1:1 en un cruzamiento prueba de un dihíbrido

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Grupos de ligamiento en

Drosophila

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Ligamiento a nivel del DNA

Haplotipo

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11

Cruzamiento prueba: Cruzamiento prueba:

AA BB aa bb

A B a b

Aa Bb aa bb

Genotipos P

Gametos P

F1

Cruza-miento prueba

ab

AB

Ab

aB

ab

Aa Bb

Aa bb

aa Bb

aa bb

Gametos

Genotipos

A- B-

A- bb

aa B-

aa bb

Fenotipos

X

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Mensaje:El cruzamiento prueba permite inferir las proporciones de los gametos que se forman en el doble heterocigoto

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Recombinación: la generación durante la meiosis de genotipos haploides distintos de los genotipos parentales

A B a b

Aa Bb

Gametos P

F1

AB

ab

Ab

aB

Gametos

Gametos parentales

Gametos recombinantes

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Recombinación:•Recombinación intercromosómica: genes (loci) en diferentes cromosomas (leyes de Mendel)

•Recombinación intracromosómica: genes situados en el mismo cromosoma ---> Entrecruzamiento

AA

aa

B

B

b

b

AA

B

B

AA b

b

aa

B

aa b

b

B

Genotipos F1 A B-- --a b

AB

Ab

aB

ab

50%recom-binan-

tes

Proporción 1:1:1:1

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Entrecruzamiento (Crossover): El intercambio de cromátidas no hermanas entre cromosomas homólogos durante la meiosis por un proceso de rotura y reunión del DNA

A

A

a

a

A

A

a

a

B

B

b

b

A

A

a

a

B

B

b

b

B

B

b

b

A

A

a

a

B

B

b

b

Cromosomas en la meiosis Productos meióticos

Recombi-nantes

Meiosis con

entrecruzamient

oentre los

genes

Meiosis sin

entrecruzamient

oentre los

genes

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16

Meiosis y entrecruzamientoMeiosis y entrecruzamiento

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Entrecruzamiento visto mediantemicroscopía electrónica

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18

Entrecruzamiento visto mediantemicroscopía electrónica

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19

Entrecruzamiento en el nivel

del DNA

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Migración ramal

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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

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Supuesto: las frecuencias de entrecruzamiento, y por tanto la frecuencia de recombinación, depende de la distancia entre genes

Unidad de distancia: La unidad de mapa (u.m.) o el centimorgan (cM) --> La distancia entre genes (loci) en los que la frecuencia de recombinación es del 1%

A CB

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23

Meiosis

1

2

3

4

A C CB

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•Mayor distancia entre loci --> Mayor número de entrecruzamientos

•Más Entrecruzamientos ---> 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

!)(

i

eif

i

)21ln(

)1(2

1

FR

eFR

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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

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Ejemplo:Experimento de Morgan pr = Ojos Púrpura

vg = Alas vestigialesAmbos 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

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Metodología

•Normalmente heterocigoto X homocigoto recesivo (cruzamiento prueba) -> AB/ab X ab/ab•No se observa en la F2 la proporción fenotípica 1:1:1:1, 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/total 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

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Fenotipos F 2

pr+ vg+ 1339 pr vg 1195 pr+ vg 151 pr vg+ 154 ____ 2839

305

FR = 305/2839 = 0,107 = 10,7 cM

Proporción no 1:1:1:1. Un test de 2 es muy significativo

pr vg

10,7 cM

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Orden de los genesSe 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

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Orden de los genesOrdenaciones 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:

AA C

CB

B

7

12 5

A

B

C

A12

5

CB7

A

B

C

A12

5BC

7Aditivida

d

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Las distancias de mapa no son completamente aditivas

A B C

FR = x FR = y

A C

FR < x + y

b pr c19,55,9

23,7

25,4

Distancia experimento dos puntos b-c

La mejor estima distancia, suma (b-pr) + (pr-c)

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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

•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

A B C

a b c

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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

40

30

20

10

FR observada

(%)

=1 =2 =3 =4

50 100 150 200Unidades de mapa reales

Número medio de entrecruzamientos por meiosis

)1(2

1 eFR

Zona de linealidad

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34

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%

¿Por qué la frecuencia de recombinación (FR) entre dos marcadores no puede

superar el 50%?

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Demostración 2: caso completo para 1 ó 2 entrecruzamientos

¿Por qué la frecuencia de recombinación (FR) entre dos marcadores no puede

superar el 50%?

FR promedio de un doble entrecruzamiento = 8/16 = 50%

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Mapa a partir de cruzamientos prueba de tres puntos (tres loci en el mismo

cromosomas) A B CMetodología•Triple heterocigoto X homocigoto recesivo (cruzamiento prueba) -> 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

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Ejemplo:Tres mutantes marcadores b = Cuerpo negro; pr = Ojos Púrpura; c = curved, alas curvadasLos tres alelos son recesivos respecto al salvaje

P b+ b+ pr+ pr+ c+ c+ X bb prpr cc

F1 b+b 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 c+c 1/2 b+b pr+pr c+c 1/8 bb pr+pr cc 1/8 bb pr+pr c+c 1/8 b+b prpr cc 1/8 b+b prpr c+c 1/8 b+b pr+pr cc 1/8 b+b pr+pr c+c

F2

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Resultados del cruzamiento prueba, F2

Fenotipo Genotipo Número Número de recombinantes entre b-pr pr-c b-c

Salvaje b+b pr+pr c+c 5701 Black, purp, cur bb prpr cc 5617Purp,curved b+b prpr cc 388 388 388Black bb pr+pr c+c 367 367 367Curved b+b pr+pr cc 1412 1412 1412Black,purp bb prpr c+c 1383 1383 1383Purp b+b prpr c+c 60 60 60Black,curved bb pr+pr cc 72 72 72

Total 15 000 887 2927 3550

Porcentaje 5,9% 19,5% 23,7%

El gen pr está en el medio

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b pr c

b pr+ c+

b+ pr+ c+

b+ pr c

b pr c

b+ pr+ c+

b+ pr+ c+

Tetrada meiótica Gametos

b pr c b pr c

b pr cb pr+ cb pr c

b+ pr+ c+ b+ pr+ c+

b+ pr+ c+

b+ pr c+

Entrecruzamiento entre b y pr

Doble entrecruzamiento en la región b-pr-c

40



40

b pr c19,55,9

23,7

25,4

Distancia b-csin considerar los dobles recombinantes

La mejor estima distancia entre los extremos es la

suma (b-pr) + (pr-c)

Mapa genético de los marcadores

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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 < 1, dobles disminuidos•Si CC > 1, dobles incrementados

•Interferencia: 1 - CC

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Mapa de ligamiento

parcialde los 4

cromosomas de Drosophila melanogaster

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Mapas genéticos (de recombinación) versus mapas

físicos

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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

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