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Ligamiento y mapas genéticos

Ligamiento y mapas genéticos . 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

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Ligamiento y mapas genéticos

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  1. Ligamiento y mapas genéticos Tema 5: 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 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  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 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  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 1:1:1:1 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  5. Mensaje: La frecuencia de gametos recombinantes (FR) debe estar entre el ligamiento total (0%) y la segregación independiente (50%) 0%  FR  50% Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  6. Ligamiento: • Descubrimiento del ligamiento (Morgan con mutantes de Drosophila melanogater) Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  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 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  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 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  9. Grupos de ligamiento en Drosophila Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  10. Ligamiento a nivel del DNA Haplotipo Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  11. AA BB Aa Bb A B aa bb aa bb a b Aa Bb Aa bb aa Bb aa bb 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 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  12. Mensaje: El cruzamiento prueba permite inferir las proporciones de los gametos que se forman en el doble heterocigoto Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  13. Aa Bb A B a b 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 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  14. Recombinación: • Recombinación intercromosómica: genes (loci) en diferentes cromosomas (leyes de Mendel) • Recombinación intracromosómica: genes situados en el mismo cromosoma ---> 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 1:1:1:1 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  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 Meiosis sin entrecruzamiento entre los genes A B A B 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 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  16. Meiosis y entrecruzamiento Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  17. Entrecruzamiento visto mediante microscopía electrónica Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  18. Entrecruzamiento visto mediante microscopía electrónica Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  19. Entrecruzamiento en el nivel del DNA Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  20. Migración ramal Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  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 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  22. Supuesto: las frecuencias de entrecruzamiento, y por tanto la frecuencia de recombinación, depende de la distancia entre genes A B C 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% Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  23. A C B C Meiosis 1 2 3 4 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  24. 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  Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  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 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  26. Ejemplo: • Experimento de Morgan • pr = Ojos Púrpura • vg = Alas vestigiales • Ambos alelos son recesivos respecto al salvaje • P pr+ pr+ vg+ vg+ X prpr vg vg • F1 pr+ pr vg+ vg X prpr vg vg • Fenotipos F 2 • pr+ vg+ 1339 • pr vg 1195 • pr+ vg 151 • pr vg+ 154 • ____ • 2839 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  27. 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 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  28. Fenotipos F 2 • pr+ vg+ 1339 • pr vg 1195 • pr+ vg 151 • pr vg+ 154 • ____ • 2839 305 Proporción no 1:1:1:1. Un test de 2 es muy significativo FR = 305/2839 = 0,107 = 10,7 cM pr vg 10,7 cM Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  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 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  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: B A A C 12 5 B C 7 A B B C 12 7 A C 5 A B 12 Aditividad A C 5 7 C B Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  31. B C A C A FR < x + y • 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 5,9 19,5 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos 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 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  33. Zona de linealidad • 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 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  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% Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  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% Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  36. Mapa a partir de cruzamientos prueba de tres puntos (tres loci en el mismo cromosomas) • Metodología • 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 A B C Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  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 b+b pr+ pr c+ c X bb prpr vg vg • Si no están ligadosSi 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 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  38. 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 5617 • Purp,curved b+b prpr cc 388 388 388 • Black bb pr+pr c+c 367 367 367 • Curved b+b pr+pr cc 1412 1412 1412 • Black,purp bb prpr c+c 1383 1383 1383 • Purp b+b prpr c+c 60 60 60 • Black,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 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  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+ Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  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 5,9 19,5 23,7 Distancia b-csin considerar los dobles recombinantes Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  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 < 1, dobles disminuidos • Si CC > 1, dobles incrementados • Interferencia: 1 - CC Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  42. Mapa de ligamiento parcial de los 4 cromosomas de Drosophila melanogaster Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  43. Mapas genéticos (de recombinación) versus mapas físicos Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  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 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  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 pb800 200 pb 1.0 x 104 pb E. coli 4.2 x 106 pb1750 2400 pb 1.2 x 105 pb Levadura 2.0 x 107 pb4200 5000 pb 2.5 x 105 pb Hongo 2.7 x 107 pb1000 27000 pb 1.3 x 106 pb Nemátodo 8.0 x 107 pb320 250000 pb 1.2 x 107 pb Mosca de la fruta 1.4 x 108 pb280 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 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  46. Análisis de tétradas Los hongos ascomicetos retienen los cuatro productos haploides de cada meiosis en un saco denominado asca Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  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 Tétradas Octadas Octadas Patrones distintos de ascosporas y ascas en Neurospora No ordenadas Lineales Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  48. Meiosis y mitosis postmeiótica en la tétrada lineal de Neurospora Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  49. Distancia de un locus al centrómero en Neurospora No recombinación entre el locus y el centrómero 4:4 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

  50. Recombinación entre el locus y el centrómero 2:2:2:2 Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos

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