Cruce Genético

¿Cómo se transmiten los genes entre generaciones?

Los organismos que se reproducen sexualmente producen gametos haploides; son células sexuales especiales que contienen sólo la mitad de su material genético y se producen por meiosis.

Durante la fecundación, los gametos de dos progenitores de sexos biológicos opuestos (masculino y femenino) se fusionan y crean un cigoto, una célula diploide que contiene dos juegos de cromosomas. Como tales, los organismos diploides como el ser humano portan dos alelos (variantes) por gen, cada uno heredado de cada progenitor. Cuando los dos alelos son iguales, el organismo es homocigótico. En cambio, el organismo esheterocigótico cuando los alelos son diferentes.

Fig. 1 - Diferencias entre homocigoto y heterocigoto

Un genotipo es la secuencia única de ADN de un organismo o, más exactamente, los alelos que tiene un organismo. Las características identificables u observables del genotipo del organismo se denominan fenotipo.

¡No todos los alelos tienen el mismo peso! Algunos alelos son dominantes sobre otros recesivos, representados con una letra mayúscula o minúscula, respectivamente.

Fig. 2 - Los alelos son variaciones de un gen. Este diagrama muestra ejemplos de diferentes alelos para el color de los ojos y del pelo

¿Qué es un cruce genético?

A menudo los investigadores necesitan determinar genotipos y patrones de herencia para características que aún no se conocen del todo. Una solución a este problema es criar los organismos estudiados y estudiar después las características de sus hijos. Las proporciones de la descendencia pueden dar pistas críticas que los investigadores pueden utilizar para proponer una teoría que explique cómo se transmiten los rasgos de padres a hijos.

Tras comprender cómo se heredan los rasgos, podemos predecir la probabilidad de los resultados de los cruces genéticos que implican esos rasgos.

Laprobabilidad describe la posibilidad de que un resultado se produzca en el futuro. Un ejemplo típico sería lanzar una moneda al aire. Hay un 50% de prob abilidades de que la moneda salga cruz al caer. Podemos calcular la probabilidad basándonos en el número de resultados posibles.

Así, en el lanzamiento de una moneda, la probabilidad de cruz es

\P_{colas} = \frac{1 \text{colas}}(1 \text{cara} + 1 \text{colas})} = \frac{1}{2} \o 50\%\]

En los cruces genéticos, a menudo nos interesa conocer la probabilidad de un determinado tipo de descendencia. Podemos utilizar la misma fórmula para calcular la probabilidad de fenotipos y genotipos.

Usos de los cruces genéticos

Los cruces genéticosse utilizan en laagricultura para producir cultivos con mejores rendimientos y ganado con características deseadas. Esto puede conseguirse seleccionando los mejores individuos para un rasgo concreto, y cruzándolos entre sí, para aumentar las probabilidades de que la generación infantil resultante tenga ese mismo rasgo.

Además, las personas pueden estar interesadas en conocer las probabilidades de que aparezcan características específicas en sus hijos, especialmente en individuos portadoresde alelos para trastornos hereditarios. Mediante el perfil genético, los médicos y los asesores genéticos pueden estimar las probabilidades de que su hijo tenga un trastorno concreto portado en la familia.

Tipos de cruces genéticos

Según el resultado o la aplicación deseados, hay distintos tipos de cruces genéticos que pueden utilizar los investigadores.

1. Crucemonohíbrido: Un cruce monohíbrido es un tipo de cruce genético en el que los organismos parentales del cruce sólo varían en un sentido. Imagina dos caballos que se han apareado. Uno es negro y el otro blanco. Si el estudio se centra en la herencia del color de la piel en sus crías, se trataría de un cruce monohíbrido.

2. Cruce dihíbrido: Los padres de un cruce dihíbrido difieren en dos rasgos que queremos estudiar. En este caso, el patrón de herencia es un poco más complicado. Supongamos el experimento anterior, pero esta vez, además del color de la piel, los caballos padres también difieren en la textura de su pelo. Un caballo tiene el pelo rizado y el otro lo tiene liso. Criar estos dos caballos para estudiar el patrón de herencia de estos rasgos (color y textura del pelo) es un ejemplo de cruce dihíbrido.

Cuadrados de Punnett para cruces genéticos

Los cuadrados de Punnettson un método visualsencillo para predecir el resultado de los cruces genéticos básicos y los nuevos genotipos a partir de los genotipos de los padres. La creación de un cuadrado de Punnett consta de 5 pasos.

Cuadrado de Punnett para cruces genéticos monohíbridos

Repasemos estos pasos con un ejemplo de cruce monohíbrido en el que un macho heterocigótico con ojos azules-marrones se cruza con una hembra homocigótica con ojos azules.

• Paso 1: Tenemos que anotar el genotipo de los padres. El alelo del color de ojos marrón es dominante; lo indicaremos con una "B". Por su parte, el alelo del color de ojos azules es recesivo y lo indicaremos con una "b". Así pues, los genotipos de los padres en nuestro ejemplo serían:

Progenitor masculino (Bb) x Progenitor femenino (bb)

• Paso 2: Ahora tenemos que escribir los posibles gametos que puede producir cada progenitor. Como los gametos soncélulas haploides y sólo llevan la mitad del material genético del progenitor, sólo tienen una copia de cada gen:

Gametos masculinos: B o b

Gametos femeninos: b o b

• Paso 3: Este paso consiste en hacer una tabla en la que el número de columnas sea igual al número de gametos masculinos, y el número de filas sea igual al número de gametos femeninos. En nuestro ejemplo hay dos gametos de cada progenitor, por lo que nuestra tabla tendrá dos columnas y dos filas.

• Paso 4: Combina los alelos de los gametos en las columnas y filas para rellenar las casillas vacías con los posibles genotipos de los hijos.

• Paso 5: Una vez creada la tabla, podemos utilizarla para determinar la proporción relativa de genotipos y fenotipos de la descendencia. Los genotipos se obtienen directamente del cuadrado de Punnet.

  • En nuestro ejemplo, losgenotipos de la descendencia son Bb y bb en 1:1.

  • Sabiendo que el alelo del ojo marrón (B) es dominante sobre el alelo del ojo azul (b), también podemos determinar los fenotipos de la descendencia potencial.

  • Por tanto, la mitad de la descendencia tiene ojos marrones, mientras que la otra mitad tiene ojos azules. Por tanto, la probabilidad de que uno de los hijos tenga los ojos azules es de 2/4 ó 50%.

Cuadrado de Punnett para cruces genéticos dihíbridos

Podemos seguir los mismos cinco pasos del ejemplo anterior para crear cuadrados de Punnet para cruces dihíbridos o incluso trihíbridos. Imagina nuestro ejemplo anterior, pero ambos progenitores también son heterocigotos con hoyuelos, y decidimos estudiar el patrón de herencia de los hoyuelos en la descendencia.

Los hoyuelos se consideran un rasgo dominante, por lo que mostraremos el alelo para los hoyuelos como "D", mientras que el alelo para la ausencia de hoyuelos se muestra como "d". Repitamos los mismos cinco pasos.

• Paso 1: Conocemos el genotipo de los padres respecto al alelo del color de los ojos (ver más arriba). Sabemos que este rasgo es dominante para los hoyuelos, y que los padres son heterocigotos. Por tanto, cada uno de ellos debe tener un alelo D y un alelo d. Ahora podemos escribir el genotipo de los padres:

Progenitor masculino (BbDd) x Progenitor femenino (bbDd)

• Paso 2: Los gametos de los padres podrían ser:

Gametos masculinos BD o Bd o bD o bd

Gametos femeninos: bD o bd o bD o bd

• Paso3: Para este ejemplo, intercambiamos los lugares de los gametos masculinos y femeninos en nuestra tabla para demostrar que no afectan al resultado. Así, colocamos los gametos masculinos en las filas y los gametos femeninos en las columnas:

• Paso 4: Combinar los alelos de los gametos masculino y femenino para rellenar las casillas con los genotipos potenciales de la descendencia.

El color del recuadro muestra el color de los ojos de la descendencia, y la presencia de una línea bajo los genotipos muestra que la descendencia tendrá hoyuelos.

• Paso 5: Calculemos la probabilidad de tener ojos azules y ningún hoyuelo en la descendencia:

  • El número total de fenotipos posibles es 16 (ya que hay 16 casillas en nuestra tabla).

  • Sólo hay dos casillas que están sombreadas en azul y no están subrayadas.

  • Por tanto, la probabilidad de tener ojos azules y ningún hoyuelo es de 2/16 ó 1/8 ó 12,5%.

Los cuadrados de Punnet son una forma rápida de estimar las probabilidades de herencia cuando sólo se consideran unos pocos alelos. Sin embargo, la tabla puede hacerse muy grande rápidamente cuando empezamos a añadir rasgos a estudiar. Los cuadrados de Punnett también pueden utilizarse para estimar el genotipo de los padres si conocemos los rasgos que presenta la generación hija.

Problemas genéticos de los cruces monohíbridos

En el apartado anterior, aprendimos a dibujar cuadrados de Punnett y a calcular la probabilidad de que aparezcan genotipos o fenotipos concretos en la descendencia. Vamos a practicar un poco más repasando algunos problemas de cruces monohíbridos.

Problema 1

Tallo: El rasgo que nos interesa es el color de la lana (W), y sabemos que la lana negra es dominante sobre la blanca.

1. ¿Qué letra representa el alelo dominante?

2. ¿Qué letra representa el alelo recesivo?

3. ¿Cuál sería el genotipo heterocigótico?

4. ¿Cuál sería el genotipo homocigótico dominante?

5. Rellena el siguiente cuadrado del punnet para un cruce monohíbrido en el que la madre es heterocigótica y el padre es homocigótico recesivo.

   Gametos

6. Escribe la relación entre genotipo y fenotipo.

Intenta responder a las preguntas anteriores en un papel aparte. Cuando lo hayas hecho, desplázate hacia abajo para comprobar tus respuestas.

1. ¿Qué letra representa el alelo dominante? W

2. ¿Qué letra representa el alelo recesivo? w

3. ¿Cuál sería el genotipo heterocigótico? Ww

4. ¿Cuál sería el genotipo homocigótico dominante? WW

5. Rellena el siguiente cuadrado del punnet para un cruce monohíbrido en el que la madre es heterocigótica y el padre homocigótico recesivo. Progenitor masculino: ww x Progenitor femenino Ww

   Gametos	w	w
   W	Ww	Ww
   w	ww	ww

   • Escribe la relación genotipo-fenotipo.

     • Proporción de genotipos en la descendencia: Ww y ww con una proporción de 1:1

     • Proporción del fenotipo en la descendencia: La mitad de la descendencia tiene lana negra, mientras que la otra mitad tiene lana blanca. Por tanto, la proporción es de 1:1.

Problema 2

Tallo: El enrollamiento de la lengua es un rasgo dominante. El alelo del enrollamiento de la lengua es R, mientras que los que no enrollan la lengua tienen el alelo recesivo r. Basándote en esta información, responde a las preguntas siguientes.

1. Una persona puede enrollar la lengua. ¿Cuál podría ser su genotipo?

2. Otra persona no puede enrollar la lengua. ¿Cuál es el genotipo de esta persona?

3. Rellena el siguiente cuadrado del punnet para los posibles hijos de una pareja que son heterocigotos para el gen de enrollar la lengua.

   Gametos

4. ¿Qué genotipos pueden tener sus hijos?

5. ¿Cuál es la probabilidad de que esta pareja tenga un hijo que no pueda enrollar la lengua?

6. ¿Cuál es la proporción de fenotipos en los hijos?

Intenta responder a las preguntas por tu cuenta. Cuando lo hayas hecho, desplázate hacia abajo para ver las respuestas.

1. Una persona puede rodar la lengua. ¿Cuál podría ser su genotipo? Rr o RR

2. Otro individuo es incapaz de enrollar la lengua. ¿Cuál es el genotipo de esta persona? rr

3. Rellena el cuadrado del punnet siguiente para los posibles hijos de una pareja que son ambos heterocigotos para el gen de enrollar la lengua.

   Progenitor masculino: Rr x Progenitor femenino: Rr

   Gametos	R	r
   R	RR	Rr
   r	Rr	rr

4. ¿Qué genotipos pueden tener sus hijos? RR, Rr o rr

5. ¿Cuál es la probabilidad de que esta pareja tenga un hijo que no sepa mover la lengua?\(\text{Probabilidad} = \frac{\text{Número de hijos homocigóticos recesivos}}{\text{Número total de hijos potenciales}} = \frac{1}{4} = 0,25 \text{ o } 25\%\)

6. ¿Cuál es la proporción de fenotipos en los niños?Tres de los cuatro niños potenciales tienen el alelo dominante para enrollar la lengua. Por tanto, pueden enrollar la lengua. Sólo uno de los posibles hijos es homocigótico recesivo para este gen y no puede enrollar la lengua. Por tanto, la proporción entre enrolladores de lengua y no enrolladores en este cruce es de 3:1.