Conceptes Clau de Genètica i Biologia Molecular: Meiosi, Herència i Genòmica

Meiosi

Profase I

1. Leptotè: Els cromosomes es fan visibles quan acaben de compactar-se.
2. Zigotè: Els cromosomes homòlegs s'aparellen (busquen l'homologia). Entren en sinapsi i generen estructures anomenades bivalents, formades per dos cromosomes homòlegs que estan en sinapsi, per 4 cromàtides.
3. Paquitè: Les cromàtides germanes tenen els mateixos al·lels i la mateixa replicació, mentre que les homòlogues poden tenir al·lels diferents. És quan es produeixen les recombinacions, on no hi ha ni guanys ni pèrdues, només intercanvi entre cromàtides homòlogues.
4. Diplotè: Aquests bivalents es comencen a separar. La recombinació ja s'ha produït, però no era visible perquè estaven separats. En aquesta fase sí que és visible perquè els punts de recombinació continuen parcialment units. Aquests punts de contacte s'anomenen quiasmes, punt on ha acabat la recombinació.
5. Diacinesi: S'acaben de separar i es preparen per anar a la placa equatorial i començar la separació dels cromosomes.

Lleis de Mendel

1. Uniformitat de la F1: En encreuar races pures diferents, tots els individus de la F1 presenten el mateix aspecte i és igual al dels individus d'una de les dues espècies parentals.
2. Puresa dels factors hereditaris: Aquests factors són unitaris i individuals, no es barregen i es combinen a l'atzar per donar lloc a les característiques dels individus de la següent generació.
3. Transmissió independent: Els factors hereditaris que controlen un caràcter són diferents dels que controlen un altre. Per aquesta raó, es transmeten de manera independent els d'un caràcter respecte als d'un altre.

Herència Epigenètica

Un dels dos al·lels es metila i s'expressa l'altre: Impronta materna (es metila l'al·lel matern) i impronta paterna (es metila l'al·lel patern).

• Síndrome de Prader-Willi: Mutació al cromosoma 15 (impronta materna), s'expressa l'al·lel del pare.
• Síndrome d'Angelman: Impronta paterna, microdeleció materna al cromosoma 15.
• Estudi de la fam holandesa: A causa de l'ambient, les marques epigenètiques poden desaparèixer.

Mapes Físics

Ens permeten saber on està localitzat exactament un gen dins del cromosoma. Necessitem tenir la seqüència completa que volem localitzar.

FISH: Fluorescence In Situ Hybridization

Marquem seqüències de nucleòtids amb fluorescents i després hibridem amb cromosomes metafàsics de doble hèlix desnaturalitzats.

Cartografia amb Marcadors Moleculars

Marcadors més utilitzats: RFLP, STR (microsatèl·lits) i SNP.

• Lligament: Estimar les freqüències de recombinació (FR) en grups familiars. S'utilitzen STR com a marcadors.
• Associació: Comparar poblacions (individus afectats i controls). S'analitza si un determinat al·lel d'un marcador molecular concret és més abundant a la població dels afectats que no pas a la de controls. S'utilitzen SNPs.

Penetrància: Donat un genotip, és la proporció d'individus que presenten el fenotip esperat.

Expressivitat variable: Diferents graus de fenotips.

Soroll de desenvolupament: Repartició desigual de proteïnes entre cèl·lules filles que controlen la taxa de divisió cel·lular.

Pleiotropia: Un sol gen que controla diferents caràcters.

Interacció Gènica i Epístasi

Interacció gènica: Diversos gens que controlen un sol caràcter.

Epístasi: Un gen bloqueja l'expressió d'un altre gen (gen epistàtic - bloquejador - i gen hipostàtic - bloquejat).

• Epístasi d'un gen recessiu: 9:3:4 (C_R_ : C_rr : ccR_ : ccrr)
• Epístasi d'un gen dominant: 12:3:1 (I_R_ : I_rr : iiR_ : iirr)
• Epístasi doble recessiva: 9:7 (H_L_ : H_ll : hhL_ : hhll)
• Epístasi doble dominant: 15:1

Caràcters Complexos

Heretabilitat en sentit ampli H²: Vg/Vt (Vg: variància genètica i Vt: variància total)

• Vt = DT_F2²
• V_G = V_T - V_A
• V_G = DT_F2² - DT_F1²

0: la variació del caràcter depèn de l'ambient i 1: depèn únicament del contingut genètic.

Heretabilitat en sentit estricte h²: h² = V_A/V_T

V_G = V_A (additiva) + V_D (dominància) + V_I (interaccions)

h² = (M2-M)/(M1-M)

Genòmica Comparada

Estudia i compara genomes de diferents espècies per obtenir informació sobre l'evolució, mutacions, etc.

Genòmica Funcional

Compara genomes d'una mateixa espècie. Busca informació sobre com funcionen els gens, com interactuen entre ells, etc.

• Implica la seqüenciació de genomes complets.

Seqüenciació de Genomes Sencers

• Clons aleatoris que estiguin solapats els uns amb els altres i les seqüències de cop.
• Es posen a la base de dades, que els ordena i n'extreuen el genoma sencer.
• Contig: Segment continu de DNA que prové de solapar diferents segments més petits que prèviament hem seqüenciat.

Sintènia

Quan ens trobem amb aquesta conservació en l'ordre dels gens. Els gens implicats tenen elements reguladors en comú. Els Enhancers justifiquen la complexitat; n'hi ha que són compartits i evolutivament és impossible que se separin. Per selecció natural, es conserva l'ordre dels gens.

Genòmica Comparada: Homologia

Sabem que són el mateix gen perquè tenen la mateixa seqüència.

• Dos tipus d'homologies: ortòlegs (seqüències similars que es troben en espècies diferents i que, per tant, provenen d'una espècie ancestral comuna) i paràlegs (gens homòlegs que es troben en una mateixa espècie i que provenen d'un gen ancestral que es va duplicar, ex: hemoglobina).

Homo sapiens – Pan troglodytes

• El ximpanzé i els humans van divergir fa uns 6 milions d’anys.
• Hi ha 35 milions de diferències d’un sol nucleòtid (1.06% de divergència).
• Hi ha 5 milions d’insercions i delecions (3% del genoma).
• El 29% de totes les proteïnes ortòlogues són idèntiques.
• Uns 80 gens funcionals en l’avantpassat comú no són funcionals en humans.
• Més de 170 gens del genoma humà i més de 90 gens del genoma del ximpanzé estan presents en llargs segments duplicats. Aquests segments són importants per a la divergència entre ambdues espècies.

Components de la Genòmica Funcional

Estudia a nivell de genoma la funció, l'expressió i la interacció dels productes gènics.

• Transcriptoma: Estudia la seqüència i els patrons d’expressió de tots els transcrits.
• Proteoma: Estudia la seqüència i els patrons d’expressió de totes les proteïnes.
• Interactoma: Estudia el conjunt complet d’interaccions físiques entre proteïnes i segments de DNA, entre proteïnes i segments de RNA, i entre proteïnes.

I també degradoma, metaboloma, secretoma, ...

Genètica Inversa

A partir d’una molècula coneguda (seqüència de DNA, un mRNA o proteïna), s’altera aquesta per valorar el paper del producte gènic normal en l’organisme. Hi ha diferents aproximacions:

1. Mutagènesi a l’atzar: Es fan servir els mutàgens clàssics (radiacions o químics). Cal buscar el gen en el mapa. Només les mutacions que caiguin en la regió seleccionada s’estudien a nivell molecular. Cal cartografiar les noves mutacions. Veure l’efecte de les mutacions i del genotip normal.
2. Mutagènesi dirigida: Només es pot fer en organismes model. Es tracta de substituir la còpia del gen normal per una de mutant.
3. Mitjançant fenocopiat: Té el mateix fenotip que un genotip determinat, però sense tenir-lo.

Interferència de RNA (RNAi)

És un mecanisme natural de protegir la cèl·lula de l'ADN aliè. S’utilitza per inactivar un gen específic. Es construeix un ARNds (doble cadena) amb una seqüència homòloga a la del gen estudiat. S’introdueix dins la cèl·lula. El complex de silenciament induït per ARN (RISC - RNA-induced silencing complex) degrada qualsevol ARNm natural que sigui complementari a l'ARNds. Hi ha una gran baixada dels nivells d’aquest ARNm, anul·lant l’expressió gènica.

Genètica Química

Es basa en reduir l’activitat del producte proteic d’un gen diana mitjançant la unió d’una petita molècula. Amb robòtica es poden provar biblioteques de milers de molècules petites.

Biologia de Sistemes

És la disciplina que intenta agrupar les parts per entendre el conjunt com un sistema. Un sistema biològic engloba:

• Xarxes de regulació gènica.
• Cascades de transducció de senyal.
• Comunicacions cèl·lula a cèl·lula.
• Tota mena d’interaccions (gèniques, amb molècules cel·lulars i de l’ambient).

Delecions Cromosòmiques

• Síndrome de Cri du Chat
• Síndrome de Prader-Willi

Efecte genètic: Pseudodominància.

Cromosoma Balancejador

Cromosomes artificials que contenen:

• Moltes inversions.
• Un marcador dominant.
• Un gen letal.

Serveixen per tenir un gen intacte al llarg de les generacions.

Translocacions Cromosòmiques

• Leucèmia mieloide crònica

Efecte genètic: Gens independents es comporten com a lligats.

Síndrome de Down

• Síndrome: 21, 21-14, 21, 14
• Mort: 14, 14, 21 / 14-21, 14, 14, 21 / 21, 21, 14
• Normal: 14-21, 14, 21 / 14, 14, 21, 21

Aneuploïdia

Còpies de més o de menys en un cromosoma individual (monosomia, nul·lisomia, trisomia, tetrasomia...).

Euploïdia

Varia en el nombre de jocs de cromosomes: n-2n-3n-4n...

• Monoploides: Gran interès en el camp vegetal: podem mutar plantes haploides (n) i sempre manifestaran el caràcter.
• Poliploides: Més nombre de 2n.
  • Autopoliploides: Jocs repetits de cromosomes d'una mateixa espècie.
  • Al·lopoliploides: Entre dues espècies diferents: 2n1+2n2 = 4n.