Ligamiento y recombinación en bacterias

Unidad Nº6: Cartografía cromosómicaProf. Dra. Natalia Corbalanmail: ncorbalan@fbqf.unt.edu.ar

La reproducción bacteriana se realiza mediante bipartición. Este mecanismo de reproducción asexual solo permite a la bacteria la posibilidad de aumentar su variabilidad genética por mutación.

Pero las bacterias también presentan unos mecanismos de transferencia genética horizontal, que pueden ser calificados de parasexuales.Las bacterias poseen tres mecanismos de intercambio genético que les ha permitido aumentar la variabilidad genética:

•Transformación

•Conjugación

•Transducción

Transformación: en determinadas condiciones fragmentos de ADN exógeno pueden entrar en el interior de las bacterias. El ADN exógeno puede intercambiar segmentos con el ADN del cromosoma principal bacteriano.

El DNA exógeno se integra al cromosoma bacteriano en regiones homólogas por medio de la proteí­na RecA

Proteí­nas especí­ficas se unen y protegen al DNA exógeno monocatenario

Procesado y toma del DNA exógeno

Desarrollo de la competencia y unión del DNA transformante

Se requiere un doble entrecruzamiento para la transformación

Conjugación: es un proceso de transferencia de material genético, en el cual el genoma de un plásmido o del cromosoma bacteriano es transferido a otra célula, este proceso tiene como condición esencial el contacto celular. A la célula que aporta el material genético se le llama donadora y aquélla que lo recibe receptora. Para que se produzca la conjugacion la célula donadora debe tener un factor de fertilidada llamado “Factor F”

(F-) Célula bacteriana que no posee factor F, actúa como célula femenina o receptora en la conjugación.

(F+) Célula bacteriana que posee un factor F independiente del cromosoma bacteriano, actúa como célula masculina o donadora en la conjugación, transfiere el factor F a la célula receptora transformandolaen célula F+.

(Hfr) Bacteria que posee factor F integrado a su cromosoma, actúa como célula masculinas o donadora, transfiriendo genes bacterianos. Al termino de la comjugación la célula receptora permanece como F-.

En relación al factor F, existen tres tipos de bacterias:

Receptora

Donadora

Donadora

Ausente

Presente autónomoPresente integrado

F-

F+

Hfr

COMPORTAMIENTO EN LA CONJUGACION

FACTOR SEXUAL FTIPO BACTERIANO

Transducción: no necesita del contacto físico entre dos estirpes bacterianas. El vehículo o vector que transporta ADN de una bacteria a otra es un virus. La transducción se puede definir como el proceso de transferencia genética desde una célula donadora a otra receptora mediatizado por partículas de bacteriófagos que contienen ADN genómico de la primera.

En la transducción podemos distinguir dos etapas diferenciadas:

1) Formación de la partícula fágica transductora: un trozo de material genético de la célula donadora se introduce en el interior de la cabeza de la cápsida de un fago. Las partículas transductoras son en cierta manera "subproductos" anómalos del ciclo normal del fago.

2) La partícula transductora inyecta de forma habitual el ADN que porta a la célula receptora, donde este ADN puede eventualmente recombinarsey expresar su información.

Dos genes o dos marcadores o dos loci cualesquiera se consideran como ligados cuando van juntos en el mismo segmento de ADN, es decir durante el proceso de recombinación dichos genes pueden no segregarse independientemente y su transferencia no seguiría las leyes de Mendel. En el análisis genético moderno , la prueba principal para determinar si dos genes están ligados se basa en el concepto de la recombinación

CONCEPTO DE LIGAMIENTO

ANLICEMOS EL CONCEPTO DE LIGAMIENTO EN UN PROBLEMA SENCILLO DE TRANSFORMACION BACTERIANA…………….

1) Supongamos que tenemos una bacteria receptora auótrofa (a- b-), incapaz de sintetizar los compuestos a y b.

2) Supongamos que el ADN transformante o exógeno procede una unabacteria protótrofa (a+ b+) que si es capaz de sintetizar los compuestos a y b

ST: simple transformante; solo se recombina un gen en la receptora

DT: doble transformante ; se recombinan los dos genes

ADN transformante Cepa receptora Clases

transfromadas Nº de colonias

Mezcla de

trp+ tyr- y trp- tyr+

trp-tyr-

trp+tyr- ST

trp-tyr+ ST

trp+tyr+ DT

190

256

2

trp+ tyr+ trp-tyr-

trp+tyr- ST

trp-tyr+ ST

trp+tyr+ DT

196

328

367

Nester y col (1963)

Resultados obtenidos en un experimento de transformación en Bacillus subtilis

Problema de los Tres Puntos en Transformación 1) Supongamos una bacteria receptora auxotrofa para a, b y c (a- b-c-) y un ADN transformante o exógeno prototrofo para los mismos marcadores (a+ b+c+).

Determinación del locus central: la clase que aparece con menos frecuencia es aquella que procede de que se hayan dado 4 entrecruzamientos (4X). Cuando se analiza la clase menos frecuente (a+ b-c+) se observa que el único marcador o locus que no ha cambiado con respecto a la cepa receptora es el central. Es decir, el

Resultados obtenidos en Bacillus subtilis al realizar un experimento de transformación con una cepa receptora auxotrofa (trp-tyr-his-) y ADN exógeno o transformante procedente de una cepa prototrofa (trp+tyr+his+).

Tipo y número de colonias transformadas Trp - - - + + + + Tyr + - + - + - + His - + + - - + + 685 418 3660 2600 107 1180 11940

Clase menos frecuente, el marcador que no se modificó es his, por lo tanto podemos deducir que his es el loci central

Loci considerados

Clases transformadas

Nº de colonias

Distancia en unidades de transformación

trp-his

trp+his- ST

trp-his+ ST

trp+his+ DT

2600 + 107

418 + 3660

1180 + 11940

q= 6785/19905

q=0.34

Ligamiento y recombinación en eucariontes

¿Cuando se produce la Recombinación?

Basándose en la teoría cromosómica de la herencia enunciada por Sutton y cuyos aspectos escencialesson:

・ Los genes están ubicados en los cromosomas

・ La ordenación de los mismos es lineal

• Al fenómeno genético de la recombinación le corresponde un fenómeno citológico de intercambio de segmentos cromosómicos. Morgan propuso que:

.

EXISTEN PAREJAS GÉNICAS SITUADAS SOBRE EL MISMO PAR DE CROMOSOMAS HOMÓLOGOS, LLAMANDO A ESTE FENÓMENO LIGAMIENTO

Por definición, se dice que dos loci están ligados cuando se encuentran situados sobre el mismo cromosoma. Todos aquellos loci que se encuentran situados sobre el mismo cromosoma forman un Grupo de Ligamiento.Cuanto más alejados están entre sí dos loci ligados ( A,a y C,c) más probable es que se dé sobrecruzamiento entre ellos, cuanto más cerca están entre sí dos loci ligados (A,a y B,b) menos probable es que se dé sobrecruzamiento entre ambos.

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.

MAPEO DE GENES CON FRECUENCIA DE RECOMBINACIÓN

Los mapas de cromosomas que se calculan por medio de las frecuencias de recombinación

MAPAS GENÉTICOS

Las distancias se miden en “unidades de mapa”(u.m.)

1 u.m. es equivalente a un 1 % de recombinación.

Las u.m. también se denominan centimorgan cM.

Los mapas de cromosomas que se basan en las distancias físicas dentro del cromosoma

MAPAS FÍSICOS

Las distancias por lo general se expresan en pares de bases

Las frecuencias de entrecruzamiento, y por tanto la frecuencia de recombinación, depende de la distancia entre genes

A CB

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

•Más Entrecruzamientos ---> Más Recombinación

A mayor frecuencia de recombinación mayor la distancia entre loci

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

Ligamiento total

Genotipo F1

AB / ab

Gametos (100% gametos parentales)

50 % AB50 % ab

ab

SEGREGACIÓN INDEPENDIENTE (no ligamiento, 2a ley de Mendel)

Proporción 1:1:1:1

50%recombinantes

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

0% FR 50%

a+ b+ 1339 a b 1195a+ b 151a b+ 154

____2839

305

FR =( 305/2839)x100 = 10,7 %

Proporción no 1:1:1:1.

a b

10,7 cM

a+ b+

a bX

VEAMOS UN EJEMPLO DE UN MAPA GENÉTICO CONSIDERANDO LA FRECUENCIA DE RECOMBINACION DE DOS GENES…………

Prueba de tres puntos

GENOTIPOS QUE ESTAN EN MAYOR PROPORCIÓN

CRUZA DE PRUEBA: el genotipo de uno de los progenitores es triple homocigoto recesivo abc/abc. Sólo aporta gametas abc

ABC/abc

Genotipo del otro progenitor ???

Cual es el gen central?

Genotipos que aparecen en menor proporción

Que gen se modificó teniendo el cuenta el genotipo de los progenitores

B es el gen central !!!!

25 u.m

40

Mapeos Físicos

Mapeo Físico• Asigna los genes a localizaciones

particulares a lo largo de los cromosomas

• Usa medidas que son el reflejo de la distancia física entre genes

• Baja resolución: Ubica los genes según las bandas citogenéticas

• Alta resolución: los ubica en distancias físicas: pb

MAPEO FÍSICO DE GENES

Si bien los MAPAS GENÉTICOS nos indican las POSICIONES RELATIVAS de los genes, no nos permiten ubicar a los genes ligados en un determinado cromosoma.

MAPEO POR DELECIÓN

Por esta razón se han desarrollado distintos métodos que permiten la construcción de mapas FÍSICOS

MAPEO POR HIBRIDACIÓN DE CÉLULAS SOMÁTICAS

MAPEO POR DELECIÓNSe han desarrollado métodos de tinción que permiten la identificación de patrones de bandas características en los cromosomas

Pocos genesMuchos genesReplicación tardíaReplicación tempranaDNA rico en ATDNA rico en GC

bandas G oscurasbandas G pálidasEj.:

Se asignan genes a determinadas regiones del cromosoma mediante el estudio de la asociación de fenotipos y ciertas deleciones cromosómicas

MAPEO POR DELECIÓN

Hibridización de células somáticas

• Se produce la fusión de líneas celulares diferentes

• Se forma una célula con dos núcleos : HETEROCARIÓN

• Los núcleos del heterocarión se fusionan: CELULA HIBRIDA

• Con las sucesivas divisiones las células híbridas tiene a perder cromosomas de un tipo de especie tiene a perderse.

• Híbrido HOMBRE-RATÓN• Se generan distintas lineas celulares las

cuales contiene distintos cromosomas humanos

Tienden a perderse

Unidad Nº7: Alteraciones de los cromosomas

Una vez definida la constancia en el número y la morfología de los cromosomas de una especie, los casos en los que se modifica estaconstancia se agrupan bajo el nombre de:

-VARIACIONES CROMOSÓMICAS-ANOMALÍAS CROMOSÓMICAS-MUTACIONES CROMOSÓMICAS-CROMOSOMOPATÍAS, EN HUMANOS.

Cualquier alteración en el número y/o en la morfología de los cromosomas constituye una alteración cromosómica

Las anomalías cromosómicas se clasifican en:

VARIACIONES ESTRUCTURALES VARIACIONES NUMÉRICAS

Las variaciones respecto al número de cromosomas de la especie, un cambioen el número de cromosomas del individuo analizado

Se definen como cualquier cambio en la disposición de los genes o fragmentos cromosómicos

TIPOS DE VARIACIONES ESTRUCTURALES:

Para establecer una clasificación de las anomalías estructurales se atiende normalmente a la combinación de dos criterios diferentes:

Número de cromosomas implicados

Existencia de pérdida o ganancia de material cromatínico

DELECIONES: variaciones estructurales que suponen pérdida de material cromosómico y afectan a un cromosoma. En las roturas y reparaciones de los cromosomas, pueden perderse parte de los mismos .Si la parte perdida es muy grande, la situación es incompatible con la vida.

VARIACIONES ESTRUCTURALES EN LAS QUE SE PRODUCEN PÉRDIDA O GANANACIA DE MATERIAL GENÉTICO

Ej: El síndrome de cromosoma 15 en anillo, que resulta de la deleción de la parte del brazo corto del cromosoma 15 se caracteriza por crecimiento retartado, estatura corta y anomalías faciales

Los fenotipos dependen del cromosoma y de la región afectada

Por ejemplo en el caso del síndrome por maullido de gato, en el que se ha producido una deleción del cromosoma 5 se caracteriza por retraso mental y cara de media luna que se va alargando con la edad.

Cuando se producen roturas a ambos lados del centrómero y posteriormente se unen los extremos, se forma un cromosoma en anillo

DUPLICACIONES: Las variaciones estructurales que implican ganancia de material cromatínico por multiplicación de un segmento cromosómico son las y suelen afectar a un solo cromosoma.

El síndrome de X frágil es debido a una duplicación parcial del extremo del brazo largo del cromosoma X (ocasiona retraso mental )

VARIACIONES ESTRUCTURALES EN LAS QUE SE ALTERAEL ORDEN O DISPOSICIÓN DE LOS GENES EN LOS CROMOSOMAS.

INVERSIONES: Se producen como consecuencia de dos roturas dentro del mismo cromosoma: el fragmento roto se reinserta al cromosoma, pero habiendo girado 180º. El cromosoma tiene la misma forma que el original pero el orden en que se encuentra la información genética ha cambiado.

Se han encontrado inversiones cromosómicas en algunas enfermedades raras como algunos desordénes del comportamiento debida a una alteración del cromosoma 4 , casos de infertilidad muy parecidos al síndrome de Klinefelter coninversión en el cromosoma X, entre otras.

TRANSLOCACIÓN: Cambio cromosómico estructural caracterizado por el cambio de posición del / de los segmentos dentro del complemento cromosómico, modificando los grupos de ligamiento. Pueden ser:

1)Translocaciones intracromosómicas o translocaciones internas : en las que un segmento cromosómico cambia de posición dentro del mismo cromosoma. En la actualidad se tiende a llamarlas inserciones

2) Translocaciones intercromosómicaso simplemente translocaciones: Cambio de localización de uno o dos segmentos que pasan a situarse en otro grupo de ligamiento.

VARIACIONES NUMÉRICAS

Se afecta una dotación completa de cromosomas (set haploide) y los organismos que poseen múltiplos del set haploide se denominan euploides.

En otros casos los cambios sólo afectan a uno o a unos pocos pares cromosómicos. En este caso se dice que los organismos son aneuploides tanto porque les sobra algún o algunos cromosomas (hiperdiploides, 2n+x) como porque les falta (hipodiploides, 2n-x).

1) LAS MONOSOMÍAS (2n-1): por lo gral. Letales en el hombre. En la especie humana, la única viable es la monosomía para el cromosoma X y da lugar a un síndrome genético llamado síndrome de Turner.

ANEUPLOIDÍAS

Las mujeres con síndrome de Turner tienen ciertos rasgos fenotípicos característicos (talla baja, cuello corto, gónadas rudimentarias, ausencia de menstruación) y son estériles. La frecuencia del síndrome de Turner es de 1 a 2% del total de las concepciones humanas, aunque la mayoría de los embriones se pierde como aborto espontáneo.

2) LAS TRISOMÍAS (2n+1) son, en general, más viables que las monosomías. En la especie humana hay varios ejemplos.

ANEUPLOIDÍAS

La trisomía para el cromosoma 21 que da lugar al síndrome de Down.

TRISOMÍAS AUTOSÓMICAS

La trisnomía del cromosoma 18, que da lugar al síndrome de Edwards

Del cromosoma 13, que origina el síndrome de Patau.

Los niños afectados con estas patologías tienen múltiples malformaciones congénitas y, en general, no sobreviven más allá del año de edad.

TRISOMÍAS DE CROMOSOMAS SEXUALES

El síndrome triple X ocurreen 1 de cada 1.000 mujeres vivas y estas mujeres son fenotípicamente normales.

El síndrome de Klinefelter ocurre en 1 de cada 1.000 recién nacidos varones y, en general, se detecta en la pubertad debido a los rasgos fenotípicos característicos: talla alta, brazos y piernas muy largas, valores de testosterona bajos, escaso vello, caderas anchas y distribución de la grasa corporal parecida a la de las mujeres.

El principal mecanismo por el cual se originan las células aneuploides es la no disyunción, que constituye un error en la segregación cromosómica y puede ocurrir tanto en meiosis comoen mitosis.