Herencia no mendeliana - Non-Mendelian inheritance
La herencia no mendeliana es cualquier patrón de herencia en el que los rasgos no se segregan de acuerdo con las leyes de Mendel . Estas leyes describen la herencia de rasgos vinculados a genes individuales en los cromosomas del núcleo. En la herencia mendeliana , cada padre aporta uno de los dos posibles alelos para un rasgo. Si se conocen los genotipos de ambos padres en un cruce genético, se pueden usar las leyes de Mendel para determinar la distribución de fenotipos esperados para la población de descendientes. Hay varias situaciones en las que las proporciones de fenotipos observados en la progenie no coinciden con los valores predichos.
La herencia no mendeliana juega un papel en varios procesos patológicos.
Tipos
Dominancia incompleta
En los casos de herencia intermedia por dominancia incompleta , no se aplica el principio de dominancia descubierto por Mendel. Sin embargo, el principio de las obras de homogeneidad, todos los descendientes de la F 1 -Generación tienen el mismo genotipo y fenotipo misma. El principio de segregación de genes de Mendel también se aplica, ya que en la generación F 2 aparecen individuos homocigotos con los fenotipos de la generación P. La herencia intermedia fue examinada por primera vez por Carl Correns en Mirabilis jalapa, que utilizó para otros experimentos genéticos. Antirrhinum majus también muestra una herencia intermedia de la pigmentación de las flores.
Co-dominancia
En casos de co-dominancia , los rasgos genéticos de ambos alelos diferentes del mismo gen-locus se expresan claramente en el fenotipo. Por ejemplo, en ciertas variedades de pollo, el alelo de las plumas negras es codominante con el alelo de las plumas blancas. Los pollos heterocigotos tienen un color descrito como "armiño", moteado con plumas blancas y negras que aparecen por separado. Muchos genes humanos, incluido uno para una proteína que controla los niveles de colesterol en la sangre, también muestran co-dominancia. Las personas con la forma heterocigota de este gen producen dos formas diferentes de la proteína, cada una con un efecto diferente sobre los niveles de colesterol.
Ligamiento genético
Cuando los genes están ubicados en el mismo cromosoma y no se produjo ningún cruce antes de la segregación de los cromosomas en los gametos , los rasgos genéticos se heredarán en conexión, debido al vínculo genético . Estos casos constituyen una excepción a la regla mendeliana de surtido independiente.
Múltiples alelos
En la herencia mendeliana, genes tienen sólo dos alelos, como una y A . Mendel eligió conscientemente pares de rasgos genéticos, representados por dos alelos para sus experimentos de herencia. En la naturaleza, estos genes a menudo existen en varias formas diferentes y, por lo tanto, se dice que tienen múltiples alelos . Un individuo, por supuesto, generalmente tiene solo dos copias de cada gen, pero a menudo se encuentran muchos alelos diferentes dentro de una población. El color del pelaje de un conejo está determinado por un solo gen que tiene al menos cuatro alelos diferentes. Muestran un patrón de jerarquía de dominancia que puede producir cuatro colores de pelaje. En los genes de los colores del pelaje del perro hay cuatro alelos en el locus Agouti. El alelo "aw" es dominante sobre los alelos "at" y "a" pero recesivo debajo de "Ay".
Muchos otros genes tienen múltiples alelos, incluidos los genes humanos para el tipo de sangre ABO .
Epistasis
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Si uno o más genes no pueden expresarse debido a otro factor genético que dificulta su expresión, esta epistasis puede hacer imposible que incluso los alelos dominantes en ciertos otros loci de genes tengan un efecto sobre el fenotipo. Un ejemplo en la genética del pelaje del perro es la homocigosidad con el alelo "e e" en el locus de extensión, lo que hace imposible producir cualquier otro pigmento que no sea feomelanina. Aunque el alelo "e" es un alelo recesivo en el propio locus de extensión, la presencia de dos copias potencia el predominio de otros genes del color del pelaje. Los gatos domésticos tienen un gen con un efecto similar en el cromosoma X.
Herencia ligada al sexo
Los rasgos genéticos ubicados en los gonosomas a veces muestran patrones de herencia no mendelianos específicos. Los individuos pueden desarrollar un rasgo recesivo en el fenotipo que depende de su sexo, por ejemplo, daltonismo y hemofilia (ver herencias gonosómicas ). Como muchos de los alelos son dominantes o recesivos, una verdadera comprensión de los principios de la herencia mendeliana es un requisito importante para comprender también los patrones de herencia más complicados de las herencias ligadas al sexo.
Herencia extranuclear
La herencia extranuclear (también conocida como herencia citoplasmática) es una forma de herencia no mendeliana también descubierta por primera vez por Carl Correns en 1908. Mientras trabajaba con Mirabilis jalapa , Correns observó que el color de la hoja dependía solo del genotipo del padre materno. Con base en estos datos, determinó que el rasgo se transmitía a través de un carácter presente en el citoplasma del óvulo . Investigaciones posteriores de Ruth Sager y otros identificaron el ADN presente en los cloroplastos como responsable del patrón de herencia inusual observado. El trabajo sobre la cepa diminuta del moho Neurospora crassa iniciado por Mary y Hershel Mitchell condujo finalmente al descubrimiento de material genético en las mitocondrias, el ADN mitocondrial .
Según la teoría del endosimbionte , las mitocondrias y los cloroplastos alguna vez fueron organismos de vida libre que fueron absorbidos por una célula eucariota. Con el tiempo, las mitocondrias y los cloroplastos formaron una relación simbiótica con sus huéspedes eucariotas. Aunque la transferencia de varios genes desde estos orgánulos al núcleo les impide vivir de forma independiente, cada uno todavía posee material genético en forma de ADN bicatenario.
Es la transmisión de este ADN organelar la responsable del fenómeno de la herencia extranuclear. Tanto los cloroplastos como las mitocondrias están presentes solo en el citoplasma de los gametos maternos. Los gametos paternos ( espermatozoides, por ejemplo) no tienen mitocondrias citoplasmáticas. Por lo tanto, el fenotipo de los rasgos vinculados a los genes que se encuentran en los cloroplastos o en las mitocondrias están determinados exclusivamente por el progenitor materno.
En los seres humanos, las enfermedades mitocondriales son una clase de enfermedades, muchas de las cuales afectan los músculos y los ojos.
Rasgos poligénicos
Muchos rasgos se producen por la interacción de varios genes. Se dice que los rasgos controlados por dos o más genes son rasgos poligénicos . Poligénico significa que "muchos genes" son necesarios para que el organismo desarrolle el rasgo. Por ejemplo, al menos tres genes están involucrados en la producción del pigmento marrón rojizo en los ojos de las moscas de la fruta . Los rasgos poligénicos a menudo muestran una amplia gama de fenotipos. La amplia variedad de colores de piel en los seres humanos se debe en parte a que al menos cuatro genes diferentes probablemente controlan este rasgo.
Segregación no aleatoria
La segregación no aleatoria de cromosomas es una desviación de la distribución habitual de cromosomas durante la meiosis y en algunos casos de mitosis.
Conversión de genes
La conversión genética puede ser una de las principales formas de herencia no mendeliana. La conversión de genes surge durante la reparación del ADN a través de la recombinación del ADN , mediante la cual una parte de la información de la secuencia de ADN se transfiere de una hélice de ADN (que permanece sin cambios) a otra hélice de ADN, cuya secuencia se altera. Esto puede ocurrir como una reparación de desajustes entre las hebras de ADN que se derivan de diferentes padres. Por tanto, la reparación del desajuste puede convertir un alelo en otro. Este fenómeno puede detectarse a través de las proporciones de descendencia no mendeliana y se observa con frecuencia, por ejemplo, en cruces de hongos.
Herencia infecciosa
Otra forma de herencia no mendeliana se conoce como herencia infecciosa. Las partículas infecciosas, como los virus, pueden infectar a las células huésped y seguir residiendo en el citoplasma de estas células. Si la presencia de estas partículas da como resultado un fenotipo alterado, este fenotipo puede transmitirse posteriormente a la progenie. Dado que este fenotipo depende únicamente de la presencia del invasor en el citoplasma de la célula huésped, la herencia estará determinada únicamente por el estado infectado del progenitor materno. Esto resultará en una transmisión uniparental del rasgo, al igual que en la herencia extranuclear.
Uno de los ejemplos mejor estudiados de herencia infecciosa es el fenómeno asesino exhibido en la levadura . Dos virus de ARN de doble hebra , denominados L y M, son responsables de este fenotipo. El virus L codifica las proteínas de la cápside de ambos virus, así como una ARN polimerasa . Por tanto, el virus M solo puede infectar células que ya albergan partículas del virus L. El ARN viral M codifica una toxina secretada por la célula huésped. Mata las células susceptibles que crecen en las proximidades del huésped. El ARN viral M también hace que la célula huésped sea inmune a los efectos letales de la toxina. Por lo tanto, para que una célula sea susceptible, debe estar no infectada o albergar solo el virus L.
Los virus L y M no son capaces de salir de su célula huésped por medios convencionales. Solo pueden transferirse de una célula a otra cuando su anfitrión se acopla. Toda la progenie de un apareamiento que implique una célula de levadura doblemente infectada también se infectará con los virus L y M. Por lo tanto, el fenotipo asesino se transmitirá a toda la progenie.
También se han identificado en Drosophila rasgos hereditarios que resultan de la infección con partículas extrañas . Las moscas de tipo salvaje normalmente se recuperan por completo después de ser anestesiadas con dióxido de carbono. Se han identificado ciertas líneas de moscas que mueren después de la exposición al compuesto. Esta sensibilidad al dióxido de carbono se transmite de madres a hijos. Esta sensibilidad se debe a la infección con el virus σ (Sigma), un rabdovirus que solo puede infectar a Drosophila .
Aunque este proceso suele estar asociado con virus, investigaciones recientes han demostrado que la bacteria Wolbachia también es capaz de insertar su genoma en el de su huésped.
Huella genética
La impronta genómica representa otro ejemplo más de herencia no mendeliana. Al igual que en la herencia convencional, los genes de un rasgo dado se transmiten a la progenie de ambos padres. Sin embargo, estos genes se marcan epigenéticamente antes de la transmisión, alterando sus niveles de expresión. Estas huellas se crean antes de la formación de los gametos y se borran durante la creación de las células de la línea germinal. Por lo tanto, se puede hacer un nuevo patrón de impresión con cada generación.
Los genes se imprimen de manera diferente según el origen paterno del cromosoma que los contiene. En ratones, el gen del factor de crecimiento 2 similar a la insulina se imprime. La proteína codificada por este gen ayuda a regular el tamaño corporal. Los ratones que poseen dos copias funcionales de este gen son más grandes que los que tienen dos copias mutantes. El tamaño de los ratones heterocigotos en este locus depende del progenitor del que procede el alelo de tipo salvaje . Si el alelo funcional se originó en la madre, la descendencia exhibirá enanismo , mientras que un alelo paterno generará un ratón de tamaño normal. Esto se debe a que el gen Igf2 materno está impreso. La impresión da como resultado la inactivación del gen Igf2 en el cromosoma transmitido por la madre.
Las impresiones se forman debido a la metilación diferencial de los alelos maternos y paternos. Esto da como resultado una expresión diferente entre los alelos de los dos padres. Los sitios con metilación significativa están asociados con niveles bajos de expresión génica . La expresión génica más alta se encuentra en sitios no metilados. En este modo de herencia, el fenotipo está determinado no solo por el alelo específico transmitido a la descendencia, sino también por el sexo del padre que lo transmitió.
Mosaicismo
Los individuos que poseen células con diferencias genéticas de las otras células de su cuerpo se denominan mosaicos. Estas diferencias pueden resultar de mutaciones que ocurren en diferentes tejidos y en diferentes períodos de desarrollo. Si ocurre una mutación en los tejidos que no forman gametos, se caracteriza como somática . Las mutaciones de la línea germinal ocurren en el óvulo o en los espermatozoides y pueden transmitirse a la descendencia. Las mutaciones que ocurren al principio del desarrollo afectarán a un mayor número de células y pueden dar como resultado un individuo que puede identificarse como un mosaico basado estrictamente en el fenotipo.
El mosaicismo también resulta de un fenómeno conocido como X-inactivación . Todos los mamíferos hembras tienen dos cromosomas X . Para evitar problemas de dosis de genes letales , uno de estos cromosomas se inactiva después de la fertilización . Este proceso ocurre aleatoriamente para todas las células del cuerpo del organismo. Debido a que los dos cromosomas X de una mujer determinada casi con certeza diferirán en su patrón específico de alelos, esto dará como resultado diferentes fenotipos celulares dependiendo de qué cromosoma esté silenciado. Los gatos calicó , que son casi todos hembras, demuestran una de las manifestaciones más comúnmente observadas de este proceso.
Trastornos por repetición de trinucleótidos
Los trastornos por repetición de trinucleótidos también siguen un patrón de herencia no mendeliano. Todas estas enfermedades son causadas por la expansión de repeticiones en tándem de microsatélites que consisten en un tramo de tres nucleótidos . Normalmente, en los individuos, el número de unidades repetidas es relativamente bajo. Con cada generación sucesiva, existe la posibilidad de que se amplíe el número de repeticiones. A medida que esto ocurre, la progenie puede progresar a premutación y finalmente al estado afectado. Las personas con varias repeticiones que se encuentran en el rango de premutación tienen una buena probabilidad de tener hijos afectados. Aquellos que progresan al estado afectado presentarán síntomas de su enfermedad en particular. Los trastornos de repetición de trinucleótidos prominentes incluyen el síndrome de X frágil y la enfermedad de Huntington . En el caso del síndrome del X frágil, se cree que los síntomas son el resultado del aumento de la metilación y la expresión reducida que lo acompaña del gen de retraso mental del X frágil en individuos con un número suficiente de repeticiones.