CURSO DE BIOLOGÍA

EL REDESCUBRIMIENTO DEL MENDELISMO. 

Como ya hemos puesto de manifiesto, la comunidad científica de mediados del S XIX no estaba preparada todavía para asumir las deducciones de Mendel acerca del fenómeno de la herencia biológica. Sin embargo, durante las últimas décadas de dicho siglo, se produjeron una serie de avances significativos en el estudio de la célula, que crearon el caldo de cultivo adecuado para que estas ideas se incorporaran definitivamente al cuerpo teórico de la Biología.

Aunque cuando Mendel publicó sus experimentos la teoría celular ya estaba perfectamente establecida, se desconocían todavía la mayoría de los detalles íntimos de la estructura de la célula. Las mejoras en el diseño de los microscopios y el desarrollo de técnicas de tinción que permitían aumentar el contraste de las preparaciones, propiciaron en los años sucesivos un conocimiento cada vez mayor de dicha estructura, así como de algunos de los procesos celulares. Así, los estudios acerca de la reproducción sexual pusieron de manifiesto que, aunque los tamaños respectivos de óvulo y espermatozoide eran muy dispares, los núcleos de ambos gametos tenían un tamaño similar. Esta observación condujo a algunos investigadores a la conclusión de que, si se aceptaba que ambos sexos debían contribuir en igual medida a la transmisión de las características hereditarias, el núcleo debía ser la sede de la herencia biológica. Por otra parte, el año de la muerte de Mendel (1884) había sido ya reconocida la existencia de los cromosomas y la constancia de su número dentro de cada especie. En la misma época, los procesos de mitosis y meiosis habían sido ya descritos con un grado razonable de exactitud. La precisión con la que los cromosomas se reparten entre las células hijas durante la mitosis y la meiosis hizo pensar a algunos investigadores que tales procesos no se habrían desarrollado de no existir una buena razón para ello, lo que les condujo a postular que los cromosomas eran los responsables de la transmisión de las características hereditarias. Estas afirmaciones, y la controversia que provocaron, estimularon el interés por el fenómeno de la herencia biológica, y actuaron como incentivo para que en los últimos años del siglo XIX se llevaran a cabo experimentos con el enfoque cuantitativo que había caracterizado a los realizados por Mendel.

En el año 1900, los investigadores Hugo de Vries y Carl Correns publicaban en sendos artículos los resultados de los cruzamientos que habían realizado en distintas especies vegetales y las conclusiones a las que habían llegado. Ambos reconocían expresamente en sus respectivas comunicaciones que idénticos resultados y conclusiones habían sido publicados por Gregorio Mendel 35 años antes. El análisis mendeliano de la herencia había sido "redescubierto".

El redescubrimiento de los mecanismos de la herencia produjo una gran excitación en la comunidad científica. Launidad hereditaria mendeliana seguía siendo una entidad abstracta de la que se desconocía su naturaleza fisicoquímica, pero algo importante había cambiado desde la publicación de los trabajos de Mendel: los mecanismos de la herencia podían ahora comprenderse a luz de los recientes descubrimientos en el campo de la morfología y fisiología celular, sobre todo de los que describían el comportamiento de los cromosomas durante la mitosis y la meiosis. Así, se llegó a la conclusión de que las unidades hereditarias mendelianas estaban localizadas a lo largo de los cromosomas, afirmación que constituye el núcleo central de la llamada teoría cromosómica de la herencia. Las células somáticas de los individuos adultos son diploides, es decir, llevan dos juegos completos de cromosomas, uno procedente de cada progenitor, por lo tanto, deben llevar también dos copias de cada una de las unidades hereditarias que controlan los diferentes caracteres (el par homólogo al que aludía Mendel). En la meiosis los pares de cromosomas homólogos se separan (o segregan) dando lugar a gametos haploides que reciben un solo juego de cromosomas y, por lo tanto, una sola copia de cada una de las unidades hereditarias. Cuando los gametos se unen en la fecundación para dar lugar a un zigoto diploide, del que por sucesivas mitosis surgirá un individuo adulto, se reconstruyen los pares homólogos de unidades hereditarias mendelianas.

4.- LA GENÉTICA CLÁSICA. 

La integración de los resultados y conclusiones de Mendel en la teoría cromosómica de la herencia sirvió de estímulo para que en los años sucesivos se realizaran estudios intensivos acerca de los mecanismos de transmisión de los caracteres hereditarios que se llevaron a cabo en una gran diversidad de organismos. Estos estudios demostraron que el análisis mendeliano era aplicable no sólo a las plantas sino también a los animales incluido el hombre.

Una de las primeras consecuencias de la gran cantidad de estudios realizados durante los primeros años del S XX acerca del fenómeno de la herencia fue la aparición de una nueva terminología, más precisa y sencilla que la utilizada por Mendel, para describir y analizar los resultados experimentales. Introduciremos a continuación esta terminología, que es la que se sigue usando en la actualidad:

• GEN.- Es la "unidad hereditaria" mendeliana. Los genes controlan los diferentes caracteres hereditarios. Ejemplo: el gen que controla el aspecto liso o rugoso de las semillas del guisante.
• GENÉTICA.- Área de la Biología que se ocupa del fenómeno de la herencia.
• ALELO.- Cada una de las diferentes alternativas que puede presentar un gen, y que dan lugar a las diferentes alternativas que puede presentar un carácter. Ejemplo: el alelo A, que determina el aspecto liso de las semillas del guisante. Los alelos de un gen pueden ser dominantes o recesivos. Cuando un alelo dominante y otro recesivo se hallan presentes en un mismo individuo, éste mostrará la alternativa para el carácter determinada por el alelo dominante. El alelo recesivo sólo se expresará en ausencia del alelo dominante.
• FENOTIPO.- Es la alternativa que para un determinado carácter exhibe un individuo. Ejemplo: el aspecto liso de una determinada semilla del guisante.
• GENOTIPO.- Está formado por las dos copias de un gen presentes en un individuo, que conjuntamente dan lugar a un determinado fenotipo. Ejemplos: AA, Aa, aa. Si el genotipo está formado por dos alelos iguales se dice que eshomozigótico. Un genotipo homozigótico puede serlo para el alelo dominante (AA) o para el alelo recesivo (aa). Si el genotipo está formado por dos alelos diferentes se dice que es heterozigótico (Aa). Es frecuente designar al individuo que presenta un genotipo homozigótico como homozigoto, y al que posee un genotipo heterozigótico comoheterozigoto.

A fin de adquirir soltura en el uso de esta terminología, la usaremos a continuación para analizar los resultados del cruzamiento monohíbrido mendeliano que hemos descrito con anterioridad:

Mendel cruzó dos razas puras de P. sativum que diferían en un solo carácter: el aspecto liso o rugoso de las semillas. Una de estas razas presentaba fenotipo liso, mientras que la otra presentaba fenotipo rugoso. Obtuvo así una F₁ en la que todas las semillas presentaban fenotipo liso. Permitiendo la autofecundación de las plantas de la F₁, obtuvo una F₂ en la que aparecían semillas de fenotipo liso y de fenotipo rugoso en una proporción de 3:1. A la vista de estos resultados Mendel llegó a la siguiente conclusión:

El carácter liso o rugoso de las semillas de P. sativum está controlado por un gen con dos alelos: el alelo A, que determina aspecto liso, y el alelo a, que determina aspecto rugoso. El alelo A es dominante sobre el alelo a, que es recesivo. La raza pura que exhibía fenotipo liso era de genotipo homozigótico para el alelo dominante (AA), mientras que la que exhibía fenotipo rugoso era de genotipo homozigótico para el alelo recesivo (aa). Las semillas de la F₁ eran todas de genotipo heterozigótico (Aa), pero como el alelo A es dominante sobre el alelo a, todas ellas presentaban fenotipo liso. En la F₂ aparecían semillas de fenotipo liso y de fenotipo rugoso en una proporción de 3:1. Entre las semillas de fenotipo liso 1/3 eran de genotipo homozigótico para el alelo dominante (AA), mientras que los 2/3 restantes eran de genotipo heterozigótico (Aa). Las semillas de fenotipo rugoso eran todas ellas de genotipo homozigótico para el alelo recesivo (aa). 

El interés por la herencia biológica que despertó el redescubrimiento de los trabajos de Mendel no sólo sirvió para dar vida a la nueva terminología que acabamos de introducir, sino que constituyó el punto de partida para la aparición de una nueva rama de la Biología, la Genética, que está estructurada alrededor del concepto de gen. Se suele distinguir entre laGenética clásica (o Genética mendeliana), en la que el gen se concibe como una unidad abstracta e indivisible de la que se desconoce su naturaleza fisicoquímica, y la Genética molecular, de aparición mucho más tardía, en la que el gen es considerado como una cadena polinucleotídica de DNA portadora de información en forma de secuencia de nucleótidos.

Los estudios acerca de la herencia, basados en cruzamientos del tipo de los realizados por Mendel, resultaban, en muchos casos, excesivamente largos y engorrosos. Piénsese que en el caso de una planta anual como el guisante, además de requerir una cierta extensión de terreno para su cultivo, son necesarios al menos dos años de trabajo para obtener una simple F₂ a partir de dos razas puras. Estas circunstancias condujeron a Thomas H. Morgan (Figura 18.10), un zoólogo norteamericano interesado por la herencia biológica, a afrontar la búsqueda de un organismo que pudiese facilitar y abreviar el análisis mendeliano de la herencia. Lo encontró en la mosca del vinagre,Drosophila menalogaster (Figura 18.9), un pequeño díptero, muy abundante y de fácil captura, que reunía una serie de características que lo hacían idóneo para sus propósitos:

• Gracias a su pequeño tamaño se puede cultivar masivamente en el laboratorio dentro de simples frascos de vidrio.
• Su ciclo biológico dura entre 10 y 12 días a 25ºC, lo que permite obtener un promedio de tres generaciones al mes.
• Una simple pareja puede engendrar varios centenares de hijos, lo que permite establecer proporciones mendelianas fiables en la descendencia de los cruzamientos.
• Presenta una gran variedad de variantes morfológicas heredables que resultan fácilmente reconocibles, en ocasiones incluso a simple vista.

Drosophila melanogaster (Figura 18.9) se hizo pronto popular entre los investigadores de la herencia biológica. Muchos de los estudios genéticos realizados a lo largo del S XX lo fueron utilizando este organismo como material biológico.

Al igual que sucede en muchas otras ramas de la Ciencia, los análisis genéticos que se llevaron a cabo a partir del redescubrimiento del mendelismo tanto en Drosophila como otras muchas especies animales y vegetales, no siempre confirmaron en su totalidad los planteamientos iniciales. Pronto se hizo necesaria una profunda revisión y ampliación de los puntos de vista de Mendel que, sin embargo, no afectó a la parte esencial de su teoría. En sucesivos apartados de este capítulo se irán analizando las principales aportaciones que se han ido produciendo en el campo de la Genética clásica y que han mejorado considerablemente nuestra comprensión del fenómeno de la herencia.

5.- TIPOS DE HERENCIA.

Uno de las primeras observaciones experimentales que resultó discordante con las conclusiones iniciales de Mendel fue la que se refiere a las relaciones entre los dos alelos de un gen. Pronto se hizo patente que no siempre hay un alelo dominante y otro recesivo. En la actualidad se consideran cuatro tipos de herencia en función de la relación existente entre los alelos del gen cuya transmisión se estudia:

• Herencia dominante.- Es el tipo de herencia que presentaban todos los caracteres estudiados por Mendel. Uno de los alelos del gen es dominante sobre el otro, que es recesivo. Se reconoce fácilmente porque el fenotipo del heterozigoto es igual al de uno de los dos homozigotos (el homozigoto para el alelo dominante).
• Herencia intermedia.- No hay relaciones de dominancia entre alelos. Se reconoce porque el fenotipo del heterozigoto es intermedio con respecto al de los dos homozigotos.
• Herencia codominante.- Es un tipo de herencia difícil de distinguir experimentalmente de la herencia intermedia porque la diferencia entre ambas es muy sutil. Tampoco existen relaciones de dominancia entre alelos. Se caracteriza porque el heterozigoto presenta los fenotipos de uno y otro homozigoto.
• Herencia sobredominante.- Al igual que en la herencia dominante, existe un alelo dominante y otro recesivo. Se caracteriza porque el fenotipo del heterozigoto es más acusado que el de ambos homozigotos (incluso que el del homozigoto para el alelo dominante).

Dado que en los casos de herencia intermedia, codominante o sobredominante se puede distinguir fácilmente el fenotipo del heterozigoto del de ambos homozigotos, en la F₂ de un cruzamiento mendeliano típico que implique alguno de estos tres tipos de herencia no aparecerán dos fenotipos en la proporción de 3:1, sino tres fenotipos en la proporción 1:2:1.

6.- RELACIÓN ENTRE GENES Y CARACTERES. 

La relación biunívoca entre un gen y el carácter por él controlado pronto hubo de ser revisada a la luz de los resultados experimentales. En primer lugar, se comprobó que en muchos casos un solo gen puede controlar más de un carácter. Por ejemplo, el gen que controla el color de la flor en los guisantes también afecta al color de la cubierta de las semillas y al de las axilas de las hojas. Este fenómeno recibe el nombre de pleiotropía. En segundo lugar, un mismo carácter puede estar controlado por más de un gen. Así, en el hombre se conocen al menos dos genes que controlan la sordera congénita y otros dos que controlan la ceguera para los colores.

Por otra parte, el fenotipo que muestra un individuo para un determinado carácter no es el resultado solamente sugenotipo. La información contenida en los genes se expresa en un determinado ambiente, de manera que un mismo genotipo puede dar lugar a diferentes fenotipos  si su expresión tiene lugar en ambientes diferentes. El ambiente viene definido por todos aquellos factores no genéticos que influyen en la expresión de un genotipo (alimentación, temperatura, humedad, iluminación, etc.). Por ejemplo, la pigmentación de la piel en la especie humana está controlada genéticamente; sin embargo, una misma piel (el mismo genotipo) puede presentar más o menos pigmentación (diferentes fenotipos) en función de su mayor o menor exposición al sol (el ambiente).

Algunos genes presentan alelos cuyo efecto consiste en provocar la muerte del individuo que los posee en una fase temprana de su desarrollo embrionario. Se denominan genes letales. En la mayor parte de los casos los alelos letales son recesivos con respecto a los respectivos alelos normales, por lo que sólo manifiestan su efecto en los individuos homozigóticos. Se ha calculado, a partir de las tasas de abortos espontáneos registradas en los hospitales, que en la especie humana cada individuo es heterozigótico para un promedio de dos genes letales.

 

7.- ALELISMO MÚLTIPLE.

 

Mendel eligió para sus estudios acerca de la herencia caracteres que presentaban dos alternativas claramente diferenciables, lo que le llevó a concluir que cada carácter estaba controlado por un gen con dos alelos. Sin embargo, la extensión de los estudios genéticos a multitud de organismos diferentes pronto reveló la existencia de caracteres hereditarios que exhiben más de dos alternativas posibles. Algunos de estos casos se explican recurriendo a un modelo de herencia intermedia, pero en otros muchos, el análisis genético revela que el carácter en cuestión está controlado por un sólo gen contres o incluso más alelos. Este fenómeno se conoce como alelismo múltiple. Un ejemplo clásico de alelismo múltiple es la herencia del grupo sanguíneo ABO en la especie humana (Figura 18.11). Este carácter está controlado por un gen con tres alelos: el alelo A, que determina presencia del antígeno A en la membrana de los glóbulos rojos; el alelo B, que determinapresencia del antígeno B, y el alelo i, que determina ausencia de antígenos. Tanto el alelo A como el B son dominantes sobre el alelo i, siendo, además, codominantes entre sí. Las diferentes combinaciones que se pueden dar entre estos tres alelos dan lugar a seis genotipos posibles (AA, BB, ii, Ai, Bi y AB), que, dadas las relaciones de dominancia existentes, se traducen en sólo cuatro fenotipos: los grupos sanguíneos A, B, AB y O. En la siguiente tabla se reflejan las relaciones entre alelos, genotipos y fenotipos para este carácter.

ALELOS	GENOTIPOS	FENOTIPOS
A, B, i A>i B>i A=B	AA	GRUPO A
	Ai
	BB	GRUPO B
	Bi
	AB	GRUPO AB
	ii	GRUPO 0

8.- GENES Y CROMOSOMAS.

La teoría cromosómica de la herencia, que, como hemos visto, surgió como consecuencia del redescubrimiento de los trabajos de Mendel, establecía que los genes se encontraban ordenados linealmente a lo largo de los cromosomas. La comprobación experimental de esta hipótesis estuvo protagonizada por Morgan y un nutrido grupo de colaboradores, entre los que se cuentan algunos de los genetistas más importantes del siglo XX.

Los trabajos de Morgan y sus colaboradores no sólo corroboraron en lo esencial la teoría cromosómica de la herencia, sino que de ellos se derivaron nuevas observaciones que, a su vez, condujeron a nuevos descubrimientos sobre el fenómeno de la herencia biológica. Trataremos a continuación algunos de ellos.

8.1.- HERENCIA LIGADA AL SEXO. 

En el curso de sus estudios sobre la transmisión de los caracteres hereditarios en Drosophila melanogaster, Morgan observó que algunos de ellos no se ajustaban a ninguno de los modelos de herencia estudiados hasta la fecha. Uno de estos caracteres era la coloración, normal o blanca, de los ojos de la mosca. En la descendencia de los cruzamientos realizados para analizar la transmisión de este carácter se encontró que las proporciones fenotípicas diferían en función de que los individuos contabilizados fuesen machos o hembras (Figura 18.12). Tal observación indujo a Morgan a pensar que la transmisión de este carácter tenía alguna relación especial con el sexo.

Puesto que algunos estudios, realizados con anterioridad en distintas especies, habían sugerido la posibilidad de que la determinación del sexo estuviese en relación con la constitución cromosómica del individuo, Morgan pensó que la clave para entender el tipo particular de herencia a que estaban sometidos algunos caracteres podría estar en el cariotipo deDrosophila. Los análisis microscópicos de los cromosomas de la mosca revelaron a Morgan que este organismo presenta una dotación diploide de 8 cromosomas (n = 4) tanto en los machos como en las hembras. Sin embargo, uno de los 4 pares de cromosomas homólogos presentaba diferente aspecto según se tratase de unos u otras. En las hembras, este par estaba formado por dos cromosomas morfológicamente iguales que fueron denominadoscromosomas X, mientras que en los machos este par constaba de un cromosoma X igual que los de las hembras y otro cromosoma de morfología diferente que fue denominado cromosoma Y. Este par de cromosomas homólogos, responsables de la determinación del sexo enDrosophila, se denominan cromosomas sexuales, mientras que los otros tres pares, morfológicamente iguales en machos y hembras, se denominan autosomas. Las hembras dan lugar a gametos todos ellos portadores de un cromosoma X, mientras que los machos producen gametos la mitad de los cuales llevan un cromosoma X y la otra mitad un cromosoma Y. De este modo, en la descendencia de una pareja, la mitad de los individuos tendrá una constitución cromosómica XX y serán fenotípicamente hembras, mientras que la otra mitad tendrá una constitución cromosómica XY y serán fenotípicamente machos. Tales proporciones fenotípicas están en concordancia con las obtenidas experimentalmente. La Figura 18.13 recoge los dibujos del cariotipo de Drosophila realizados por el propio Morgan y publicados en su obra A Critique of the Theory of Evolution (1916).

El sistema XY de determinación cromosómica del sexo, en el que la hembra es el sexo homogamético y el macho elheterogamético, no es exclusivo de Drosophila, sino que se halla extensamente difundido en el reino animal, siendo la especie humana una de las que lo presenta. Sin embargo, existen otros sistemas de determinación cromosómica del sexo, como el sistema ZW, típico de las aves y de muchos lepidópteros, en el que los machos son el sexo homogamético (ZZ) y las hembras el heterogamético (ZW). Existen también casos en los que el sexo de los individuos está determinado por factores ambientales (no genéticos). En las especies hermafroditas, en las que los dos sexos están presentes en el mismo individuo, huelga cualquier sistema de determinación.

Morgan se percató de que las proporciones fenotípicas "anómalas" que había observado en algunos de sus cruzamientos tenían explicación si se asumía que los genes implicados estaban localizados en el cromosoma X. Según su explicación, los cromosomas X e Y no son verdaderamente homólogos, sino que llevan información genética relativa a caracteres completamente diferentes. El cromosoma Y contiene además mucha menos información que el cromosoma X. Por lo tanto, para los genes localizados en el cromosoma X, las hembras pueden ser homozigóticas o heterozigóticas, al igual que para los genes localizados en cualquier otro cromosoma, mientras que los machos son siempre hemizigóticos, pues sólo poseen una copia de cada uno de estos genes. Además, cuando hay relaciones de dominancia, los alelos recesivos, que no se expresan en las hembras heterozigóticas, sí lo hacen en los machos hemizigóticos en los que este alelo es el único presente. Morgan realizó una serie de cruzamientos adicionales para ver si se cumplía una serie de predicciones derivadas de su hipótesis. Los resultados de estos cruzamientos, además de demostrar lo acertado de su explicación, supusieron la primera comprobación experimental de que los genes están localizados en los cromosomas.

El particular modo de transmisión a que están sujetos los caracteres gobernados por genes localizados en el cromosoma X recibe el nombre de herencia ligada al sexo. Se dice que los genes localizados en dicho cromosoma estánligados al sexo, mientras que los que lo están en cualquier otro cromosoma son genes autosómicos. En la especie humana se conocen varios caracteres hereditarios ligados al sexo, entre los que destacan dos enfermedades: el daltonismo, que consiste en una dificultad para distinguir determinados colores, y la hemofilia, que consiste en una insuficiente coagulación de la sangre, con la consiguiente imposibilidad para detener las hemorragias. En ambos casos, el alelo que determina el padecimiento de la enfermedad es recesivo con respecto al respectivo alelo normal. Las mujeres que llevan estos alelos en heterozigosis se dice que son portadoras de la enfermedad, aunque no la padecen.

El sexo del individuo puede influir también en la expresión de algunos genes autosómicos. Por ejemplo, la calvicie prematura en la especie humana está controlada por un gen autosómico con dos alelos; el alelo que determina la calvicie es dominante en los hombres y recesivo en las mujeres, de manera que los hombres heterozigóticos para este gen son fenotípicamente calvos mientras que las mujeres heterozigóticas son fenotípicamente normales. Este tipo de transmisión hereditaria se denomina herencia influida por el sexo.

La mayor parte del cromosoma X está ocupada por genes ligados al sexo. Sin embargo, este cromosoma contiene también una pequeña zona cuyos genes son homólogos con los correspondientes del cromosoma Y. La herencia de estos genes no se distingue experimentalmente de la herencia autosómica, ya que tanto machos como hembras pueden ser homozigóticos o heterozigóticos para ellos. Por otra parte, el cromosoma Y contiene algunos genes que no están presentes en el cromosoma X. La herencia de estos genes, que se transmiten exclusivamente a través de los machos, se denominaherencia holándrica.

8.2.- LIGAMIENTO Y RECOMBINACIÓN. 

En la meiosis, los dos miembros de cada par de cromosomas homólogos se reparten entre las células hijas con total independencia de como lo hagan los otros pares. Por otra parte, Mendel había demostrado con sus cruzamientos dihíbridos que cada carácter hereditario se transmite a la siguiente generación con independencia de como lo hagan los demás caracteres. Ambas observaciones adquieren conjuntamente sentido en el marco de la teoría cromosómica de la herencia. En efecto, si los genes están localizados en los cromosomas, la transmisión independiente de aquéllos no es más que una consecuencia de la transmisión independiente de éstos en la meiosis. Sin embargo, tal aseveración, que es claramente acertada cuando los genes considerados están localizados en diferentes cromosmas, resulta mucho más discutible cuando tales genes están localizados en el mismo cromosoma.

Atendiendo a estas consideraciones, y teniendo en cuenta que en cualquier caso el número de genes de un organismo debe ser muy superior al número de cromosomas, algunos investigadores llegaron, poco después del redescubrimiento de los trabajos de Mendel, a la conclusión de que la transmisión conjunta de dos o más genes debería ajustarse a alguna de las dos siguientes posibilidades:

• Si los genes implicados están localizados en diferentes cromosomas se transmitirán independientemente unos de otros a la siguiente generación.

• Si los genes implicados están localizados en el mismo cromosoma, al estar ligados en una misma estructura física, se transmitirán a la siguiente generación como una sola unidad.

Con el objeto de comprobar si se cumplían estas predicciones se llevaron a cabo multitud de experimentos. En muchos de ellos, los resultados, en consonancia con los obtenidos por Mendel, apuntaban con claridad a una transmisión independiente de los genes implicados y, por consiguiente, a su localización en diferentes pares cromosómicos. En otros muchos, sin embargo, los resultados no se ajustaban a ninguna de las dos posibilidades mencionadas.

En la Figura 18.14 se esquematiza un cruzamiento realizado por Morgan y sus colaboradores con el objeto de estudiar la transmisión de dos caracteres de Drosophila, el que afecta a la coloración, normal o sepia, de los ojos, y el que afecta a la forma, normal o rizada de las alas. El esquema de este cruzamiento, algo diferente al del típico cruzamiento dihíbrido mendeliano, consistía en cruzar hembras heterozigóticas para los dos genes, previamente obtenidas de un cruzamiento entre dos razas puras, con machos homozigóticos para los dos alelos recesivos (ojos sepia y alas rizadas). Como se puede comprobar, los resultados no se ajustaban a lo que cabría esperar de una transmisión independiente ni a lo que cabría esperar de un ligamiento completo entre los dos genes. La mayor parte (76%) de los individuos de la descendencia habían recibido combinaciones paternas de alelos, mientras que los restantes (24%) habían recibido combinaciones nuevas, que no se hallaban presentes en los progenitores. Es decir, los dos genes considerados presentan una tendencia a transmitirse juntos, como cabría esperar si se encuentran ligados en un mismo cromosoma; sin embargo, en algunos casos se había producido entre ellos una recombinación que había dado lugar a la aparición de las nuevas combinaciones.

A la vista de estos resultados Morgan dedujo que el ligamiento, o tendencia de los dos genes considerados a transmitirse como una sola unidad, era consecuencia de su pertenencia a un mismo cromosoma. Ahora bien, la aparición de combinaciones nuevas demostraba que, aunque los cromosomas son estructuras relativamente estables en el tiempo, en algún momento del ciclo reproductivo deben sufrir una fragmentación que se traduce en el intercambio de fragmentos entre cromosomas homólogos. Morgan, que conocía la existencia de los quiasmas, o puntos de contacto entre cromosomas homólogos durante la profase de la primera división meiótica, dedujo que tales estructuras reflejaban los lugares del cromosoma en los que estos intercambios tenían lugar. Así, el intercambio de fragmentos cromosómicos, conocido comoentrecruzamiento, que tiene lugar en la meiosis, constituye la base citológica del fenómeno de recombinación genética observada por Morgan.

Multitud de cruzamientos dihíbridos análogos al que hemos descrito, en cada uno de los cuales se consideraba una pareja de genes diferente, corroboraron en lo esencial los puntos de vista de Morgan. Cuando los resultados del cruzamiento indicaban que los genes considerados se transmitían independientemente se deducía su pertenencia a cromosomas diferentes. Cuando, por el contrario, se detectaba la existencia de ligamiento entre ellos, se deducía que estaban localizados en el mismo cromosoma. Morgan y sus colaboradores establecieron así cuatro grupos de ligamiento que coincidían con los cuatro cromosomas de Drosophila.

Por otra parte, Morgan observó que el porcentaje de combinaciones nuevas en la descendencia de estos cruzamientos (frecuencia de recombinación) variaba en función de cuáles fuesen los genes considerados. Dedujo que, estando los genes ordenados linealmente a lo largo del cromosoma, cada gen ocupa un locus o lugar concreto del mismo. Cuanto más distantes se encuentren dos determinados loci más probable resultará que en la meiosis tenga lugar un entrecruzamiento entre ellos para dar lugar a un gameto recombinante, es decir, cuanto mayor sea la distancia entre dos loci, mayor será la frecuencia de recombinación entre ellos.

Partiendo de esta hipótesis, Morgan y sus colaboradores elaboraron mapas genéticos de Drosophila en los que las distancias entre los diferentes loci de un cromosoma se expresaban en forma de frecuencias de recombinación. En honor a Morgan, sus colaboradores decidieron asignar a la unidad de mapa el nombre de centimorgan, que se define como la distancia que separa dos loci cuya frecuencia de recombinación es de un 1%.

9.- MUTACIÓN. 

Una de las primeras cuestiones que surgió tras el redescubrimiento de los trabajos de Mendel era la relativa al origen de los diferentes alelos de un gen. Ya por aquel entonces Hugo de Vries, uno de los redescubridores del mendelismo, sugirió la posibilidad de que la aparición de un nuevo alelo a partir de otro preexistente tuviera lugar mediante un cambio brusco en la estructura del gen, que denominó mutación (del latín mutare = mudar, cambiar). Muy pronto la existencia de mutaciones fue detectada en una gran variedad de especies de animales y plantas. Morgan observó que en los cultivos de Drosophila, incluso en aquellos que habían demostrado su condición de razas puras durante muchas generaciones, aparecían con cierta frecuencia variantes morfológicas hereditarias cuya presencia sólo resultaba explicable si se admitía que los genes responsables de tales variantes habían sufrido una mutación.

En la terminología genética es frecuente el uso de las expresiones alelo normal y alelo mutante pare referirse respectivamente al alelo más frecuente y al menos frecuente en una población. Esta terminología puede resultar útil en casos en los que, como ocurre con las variantes morfológicas estudiadas en Drosophila, el fenotipo determinado por el alelo mutante es extremadamente raro en las poblaciones naturales. Sin embargo, en otros muchos casos, como por ejemplo el grupo sanguíneo o el color del pelo en la especie humana, no es posible, y además carece de interés, determinar cual es el alelo normal y cual el mutante.

 

En organismos unicelulares las mutaciones sufridas por un individuo siempre se transmiten a su descendencia. Sin embargo, en organismos pluricelulares se pueden distinguir dos tipos de mutación: la mutación somática, que afecta a células de los diferentes tejidos somáticos y que en ningún caso es transmitida a la descendencia, y la mutación germinal, que afecta a las células productoras de gametos y que por lo tanto puede ser transmitida a la descendencia.

Los estudios experimentales realizados acerca de la mutación durante varias décadas demuestran que es un fenómeno aleatorio. Cada gen lleva asociada una determinada probabilidad, que es constante de generación en generación, de sufrir una mutación que dé lugar a un determinado alelo, pero es impredecible el momento en que esta mutación va a tener lugar.

Aunque durante mucho tiempo se utilizó el término mutación para referirse a cualquier tipo de cambio sufrido por el material genético, incluidos aquellos que afectaban a grandes segmentos de un cromosoma o incluso a cromosomas enteros, en la actualidad se prefiere restringir su uso a los cambios sufridos por genes individuales que dan lugar a la aparición de nuevos alelos.

10.- ALTERACIONES CROMOSÓMICAS. 

Además de las mutaciones convencionales, que afectan a genes individuales, se han detectado en muchas especies cambios en la disposición y organización del material genético que  han sido denominadas conjuntamente alteraciones cromosómicas. Distinguiremos dos tipos de alteraciones cromosómicas: las que afectan a la estructura de los cromosomas, y las que afectan al número de cromosomas.

Las alteraciones que afectan a la estructura de los cromosomas son el resultado de roturas y reuniones anómalas de los fragmentos cromosómicos durante de fase de entrecruzamiento en la meiosis. Se distinguen varios tipos:

<          Deleciones.- Consisten en la pérdida de un fragmento cromosómico que no se soldó debidamente durante la fase de entrecruzamiento. Estos fragmentos pueden abarcar decenas o centenares de genes, por lo que su pérdida suele acarrear consecuencias graves para el individuo que las padece.

<          Duplicaciones.- Consisten en la repetición en serie de un fragmento cromosómico. Al no suponer una pérdida de información no suelen tener consecuencias graves.

<         Traslocaciones.- Consisten en el cambio de localización de un fragmento cromosómico que pasa de un cromosoma a otro no homólogo. No suelen tener consecuencias graves para el individuo pero pueden ser causa de esterilidad.

<          Inversiones.- Consisten en un cambio de orientación de un fragmento cromosómico que gira 1801 con respecto a su posición original. Tienen el efecto de inhibir el entrecruzamiento meiótico en los heterozigotos para la inversión.

Las alteraciones que afectan al número de cromosomas son en su mayoría el resultado de una no disyunción de los pares de cromosomas homólogos durante la meiosis. Se distinguen dos tipos:

<          Euploidías.- Consisten en una alteración en el número de dotaciones cromosómicas haploides que posee un individuo. Se producen cuando una no disyunción afecta a la totalidad de los pares cromosómicos dando lugar a gametos con el número de dotaciones alterado. Los individuos que resultan de la unión de estos gametos, entre sí o bien con otros normales, pueden ser triploides (3n), tetraploides (4n), hexaploides (6n), etc. Las euploidías son raras en el reino animal, pero relativamente frecuentes entre los vegetales. Muchas variedades de frutos de interés comercial presentan diferentes tipos de euploidías.

<          Aneuploidías.- Se producen cuando una no disyunción en la meiosis afecta a un solo par cromosómico dando lugar a un gameto que lleva un cromosoma de más  y a otro que lleva un cromosoma de menos. La unión de estos gametos entre sí o bien con gametos normales da lugar a individuos con un número de cromosomas alterado, que pueden ser monosómicos(2n-1), trisómicos (2n+1), tetrasómicos (2n+2), etc. En la especie humana se conocen varias aneuploidías con efectos fenotípicos graves; entre ellas destacan el síndrome de Down, provocado por una trisomía en el par cromosómico nº 21, que afecta a uno de cada 700 niños nacidos vivos.