Los genes que están en cromosomas distintos se reparten entre los gametos de forma independiente unos de otros, pero los genes situados muy próximos dentro del mismo cromosoma tienden a heredarse juntos, por lo que se les llama genes ligados.
Cuando dos o más genes se encuentran en el mismo cromosoma, se dice que están ligados; pueden estarlo en los autosomas o en los cromosomas sexuales. El estudio de estos genes permite comprender por qué algunas combinaciones de caracteres aparecen juntas con mayor frecuencia que otras y cómo el entrecruzamiento puede separarlas durante la meiosis.
Qué significa que dos genes estén ligados
Los genes ligados son aquellos que se localizan en el mismo cromosoma y, por ello, tienden a heredarse conjuntamente. Esta tendencia es más fuerte cuando los loci están muy próximos entre sí, porque la probabilidad de que ocurra un entrecruzamiento entre ellos es menor.
Que los genes estén ligados no quiere decir que siempre se transmitan juntos, puesto que las cromátidas homólogas, en la profase I meiótica, se intercambian fragmentos cromosómicos en la recombinación.
Los segmentos que se intercambian contienen alelos para varios genes, y como los cromosomas de cada progenitor pueden portar diferentes alelos, el proceso de crossing over resulta en nuevas combinaciones mixtas de alelos en el cromosoma que se pasará a la descendencia.
Entrecruzamiento cromosómico o crossing over
El entrecruzamiento cromosómico es un proceso biológico que ocurre durante la meiosis, cuando las parejas de cromosomas homólogos, o del mismo tipo, están alineadas.
Crossing over, también conocido como recombinación, es un proceso que ocurre durante la meiosis, el tipo de división celular por la cual se producen los gametos (células sexuales). Crossing over ocurre en la etapa de profase I de la meiosis I.
Durante esta fase, los cromosomas homólogos -que son pares de cromosomas, uno heredado de cada progenitor, que tienen los mismos genes en los mismos loci pero posiblemente diferentes alelos- se emparejan estrechamente en un proceso llamado sinapsis.
Durante la meiosis los cromosomas emparejados están alineados en las llamadas placas meióticas, y tienen un mecanismo biológico que los mantiene unidos. A medida que los cromosomas homólogos se emparejan y forman una estructura conocida como tétrada, segmentos correspondientes de cromátidas pueden intercambiar piezas en un proceso preciso de corte y unión molecular.
Resulta que existen estas cosas llamadas quiasmas, que son de hecho donde las cadenas de los cromosomas homólogos duplicados se rompen y recombinan con la misma cadena del otro homólogo.
Como vimos al hablar de la meiosis, cada cromosoma se duplica y se obtienen dos cromátidas hermanas idénticas. Los cromosomas homólogos se aparean (sinapsis) y se produce el entrecruzamiento entre las cromátidas no hermanas (de dos cromosomas distintos).
Dos de estas cuatro cromátidas se rompen y unen por cualquier punto, intercambiando material genético.
Formación de cromosomas recombinantes
Entonces, si tienes dos cromosomas 1 alineados, una rama del cromosoma 1 se romperá y se realineará con una rotura similar del otro cromosoma 1.
De esta forma el nuevo cromosoma tendrá una parte del cromosoma 1 de la madre y una parte del cromosoma 1 del padre, que a su vez también fueron una mezcla de sus padres y madres.
Por lo tanto, el niño que se forma, tendrá una pieza de cromosoma 1 de la abuela y una pieza de su abuelo.
El crossing over también ayuda a asegurar que cada gameto reciba un conjunto diferente de instrucciones genéticas, lo que a su vez lleva a variaciones en el cigoto formado cuando los gametos de dos individuos se fertilizan.
Genes parentales y genes recombinantes
Los productos meióticos AB y ab tienen los genes ligados en la misma forma que en los cromosomas parentales.
Estas combinaciones se denominan parentales porque conservan la disposición de alelos presente en los cromosomas de los progenitores. En cambio, las combinaciones generadas por el intercambio de segmentos son recombinantes.
El porcentaje de gametos recombinantes formados a partir de un genotipo dado, es un reflejo directo de la frecuencia con la cual se forman entrecruzamientos entre los genes en cuestión.
Estas probabilidades son útiles para predecir las proporciones de gametos parentales que se esperan que se formen a partir de un genotipo dado.
Cruzamiento prueba para detectar ligamiento
Por ejemplo, cuando en un individuo diheterocigoto (AaBb) se realiza un cruzamiento prueba (AaBb * aabb), el resultado, si no son genes ligados, es una descendencia con una proporción 1:1:1:1 (AB:Ab:aB:ab).
El cruzamiento prueba consiste en cruzar el individuo cuyo genotipo se analiza con un individuo homocigoto recesivo. De este modo, los fenotipos de la descendencia reflejan directamente los gametos producidos por el progenitor diheterocigoto.
Si el resultado obtenido es muy diferente a la proporción 1:1:1:1 puede hacernos pensar que hay ligamiento entre los genes.
En la progenie de un cruzamiento dihíbrido, las desviaciones importantes de una proporción 1:1:1:1 deben considerarse como evidencia de ligamientos; sin embargo, los genes ligados no siempre permanecen juntos, debido a que las cromátidas no hermanas (homólogas) pueden intercambiar segmentos de longitud variables durante la profase meiótica.
| Situación | Resultado esperado |
|---|---|
| Genes independientes | 1:1:1:1 (AB:Ab:aB:ab) |
| Genes ligados | Proporciones diferentes de 1:1:1:1 |
| Genes muy separados dentro del mismo cromosoma | Fenotipos similares a los producidos por genes situados en cromosomas distintos |
Frecuencia de recombinación
La frecuencia de recombinación entre dos genes ligados es constante y característica de ese par de genes.
La frecuencia de recombinación expresa la proporción de descendientes o gametos que presentan combinaciones nuevas de alelos respecto de las combinaciones parentales.
No puede superar el 50%, incluso cuando existan múltiples entrecruzamientos entre ellos.
Cuando dos loci están tan separados dentro del mismo cromosoma que existe una probabilidad del 100 % de que se forme un quiasma entre ellos, producirán unos fenotipos similares a los que producirían si estuvieran en cromosomas distintos.
En esta situación, los entrecruzamientos múltiples pueden ocultar la existencia de intercambios individuales, de manera que la frecuencia observable de recombinantes no supera el 50%.
Relación entre distancia y ligamiento
- Los genes situados muy próximos dentro del mismo cromosoma tienden a heredarse juntos.
- La separación física entre los loci influye en la probabilidad de que se forme un quiasma entre ellos.
- Cuanto mayor sea la distancia entre dos genes ligados, mayor será la posibilidad de que un entrecruzamiento los separe.
- Cuando los loci están muy separados, las proporciones observadas pueden aproximarse a las de genes independientes.
- La frecuencia de recombinación sigue teniendo un límite máximo observable del 50%.
Ejemplo de productos meióticos
En un par de cromosomas homólogos con genes ligados están iniciando un entrecruzamiento.
El par de cromosomas homólogos ha terminado el entrecruzamiento y los genes ligados se han separado.
Los productos meióticos AB y ab tienen los genes ligados en la misma forma que en los cromosomas parentales.
Los otros productos meióticos presentan combinaciones recombinantes porque contienen segmentos procedentes de cromátidas homólogas diferentes.
Genes ligados al sexo
Los genes ligados pueden localizarse en autosomas o en cromosomas sexuales.
La Drosophila melanogaster normalmente tiene un color de ojos rojo brillante, pero descubrió un macho de ojos blancos. Cuando cruzó el macho (ojos blancos) con las hembras normales (ojos rojos), toda la descendencia tenía los ojos rojos.
Morgan relacionó este tipo de herencia en la que los machos heredan el carácter de la madre y las hembras del padre, con el sexo.
Propuso la hipótesis de que los alelos para el color de los ojos (rojo o blanco) estarían localizados en el cromosoma X, sin que exista información para ese carácter en el cromosoma Y.
Las hembras tendrían dos alelos para ese gen, pero los machos solo uno.
Este ejemplo muestra que el análisis de los cruzamientos puede revelar no solo el ligamiento entre genes situados en un mismo cromosoma, sino también la localización de un gen en un cromosoma sexual.
Análisis de cruzamiento en genética
El término cruzamiento se refiere al proceso de apareamiento entre dos organismos para analizar la herencia de los caracteres. Es fundamental en experimentos genéticos.
El análisis de cruzamiento es un método utilizado en genética para entender la herencia de características específicas mediante el estudio de los descendientes producidos a partir del cruce de dos individuos.
Este tipo de análisis ayuda a los científicos a determinar las combinaciones genéticas y predecir la probabilidad de que ciertas características se manifiesten en las siguientes generaciones.
El análisis de cruzamiento consiste en cruzar dos organismos para estudiar la herencia de sus caracteres. Este método permite identificar si los alelos son dominantes o recesivos.
Importancia del análisis de cruzamiento
El análisis de cruzamiento es crucial porque permite:
- Identificar el patrón de herencia de ciertos rasgos, ya sean dominantes o recesivos.
- Comprender las características genéticas subyacentes detrás de los fenotipos observados.
- Mejorar cultivos y especies animales mediante la selección dirigida.
- Predecir trastornos genéticos en seres humanos y animales.
El análisis de cruzamiento se utiliza para identificar y combinar características deseables en cultivos y animales.
Relación con la genética mendeliana
En la genética mendeliana, los principios fundamentales fueron establecidos por Gregor Mendel a través del estudio de patrones de herencia en plantas de guisantes.
La genética mendeliana sirve como base para realizar un análisis de cruzamiento, que es esencial para comprender cómo se transmiten los caracteres genéticos de generación en generación.
Principios de la genética mendeliana
- Ley de segregación: Cada individuo posee un par de alelos para cada caracter, y estos se separan durante la formación de gametos.
- Ley de la independencia de los caracteres: Los genes para diferentes caracteres se segregan de manera independiente durante la formación de gametos.
Estas leyes son utilizadas para predecir el resultado de los cruzamientos y analizar cómo se heredan los caracteres.
Sin embargo, la ley de la independencia de los caracteres se aplica directamente a genes que se encuentran en cromosomas distintos o suficientemente separados dentro del mismo cromosoma. Los genes próximos dentro de un mismo cromosoma tienden a heredarse juntos y constituyen una excepción al reparto independiente.
Ejemplos de cruzamientos genéticos
Cruzamiento monohíbrido en plantas de guisantes
Supongamos que tienes dos plantas de guisantes: una con flores púrpuras y otra con flores blancas. Si al cruzarlas todos los descendientes tienen flores púrpuras, esto indica que el color púrpura es un carácter dominante.
Este tipo de análisis ayuda a determinar la dominancia y recesividad de los alelos.
Imagina que estás trabajando con plantas de guisantes y deseas estudiar cómo se hereda el color de las flores, que puede ser púrpura (dominante) o blanco (recesivo). Usando las letras P para púrpura y p para blanco, una planta puede tener genotipos PP, Pp o pp.
Un genotipo es la representación genética de una característica, mientras que el fenotipo es la manifestación física observable.
Si cruzas dos plantas heterocigotas (Pp x Pp), puedes predecir los resultados de los fenotipos de la progenie usando las leyes mendelianas.
Al realizar el cruzamiento Pp x Pp, la progenie puede tener los siguientes genotipos:
- PP - flores púrpuras
- Pp - flores púrpuras
- pp - flores blancas
La proporción de estos genotipos en la descendencia será típicamente 1:2:1, lo que se traduce en una proporción fenotípica de 3:1.
Utiliza un cuadro de Punnett para visualizar y calcular fácilmente las proporciones genotípicas y fenotípicas.
La fórmula clásica para calcular las combinaciones posibles en un cruzamiento monohíbrido es: \[ (A + a)^2 = AA + 2Aa + aa \]. Aquí, A representa el alelo dominante y a el alelo recesivo.
Cruzamiento de conejos
Imagina que tienes un conejo negro (NN o Nn) y un conejo blanco (nn).
Al cruzar un conejo negro portador del alelo recesivo (Nn) con uno blanco (nn), obtendrás:
- 50% de conejos negros (Nn)
- 50% de conejos blancos (nn)
Este tipo de cálculo muestra la proporción esperada de fenotipos en la descendencia.
Cruzamiento dihíbrido
Considera que estás evaluando un cruzamiento dihíbrido entre plantas de guisantes para dos características: el color de la flor (púrpura dominante sobre blanco) y la forma de la semilla (lisa dominante sobre rugosa).
Si ambos padres son heterocigotos (PpLl), los resultados esperados se distribuyen típicamente en una proporción de 9:3:3:1 en la siguiente generación.
La proporción 9:3:3:1 es clásica en la genética mendeliana para un cruzamiento dihíbrido con ambos caracteres dominantes y recesivos independientes.
Cuando los genes que controlan dos caracteres están ligados, la proporción 9:3:3:1 puede no cumplirse, porque los gametos parentales aparecen con mayor frecuencia que los recombinantes.
Factores que complican el análisis
Aunque la genética mendeliana parece sencilla, los descubrimientos en genética avanzada, como la interacción de múltiples genes, epistasis y rasgos ligados al sexo, pueden complicar la interpretación de un análisis de cruzamiento.
Además de los patrones clásicos, los avances recientes han revelado complejidades genéticas como la epistasis, donde un gen puede afectar la expresión de otro.
Estas interacciones se estudian en genética de poblaciones, mostrando cómo los genes no actúan solos y cómo afectan el fenotipo en conjunto con el ambiente.
Al profundizar en el análisis de cruzamiento, considera las variaciones más complejas como la codominancia y la dominancia incompleta.
En codominancia, ambos alelos contribuyen al fenotipo en el heterocigoto, mientras que en dominancia incompleta, el fenotipo del heterocigoto es intermedio entre los fenotipos de los homocigotos.
Las limitaciones del análisis de cruzamiento incluyen la complejidad de rasgos poligénicos, dificultad para controlar variables ambientales, y la limitación a solo organismos con ciclos de reproducción rápidos.
Entender estas interacciones es crucial para avanzar en áreas como la biotecnología y la medicina genética.
Crossing over - Biología - Educatina
Aplicaciones del análisis de genes ligados
El análisis de cruzamiento se realiza apareando organismos con genotipos conocidos y observando la descendencia.
Esto permite determinar la herencia de ciertos rasgos, evaluar patrones mendelianos y calcular la probabilidad de transmisión de alelos.
El análisis de cruzamiento se utiliza para identificar y combinar características deseables en cultivos y animales.
El estudio de los cruzamientos en genética es esencial para entender cómo se transmiten las características heredadas.
Aprendiendo sobre estas interacciones, se abre la puerta a aplicaciones prácticas, desde mejorar cultivos hasta desarrollar terapias génicas personalizadas.
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