El retrocruzamiento es un cruce de un híbrido con uno de sus padres o un individuo genéticamente similar a su padre, para lograr una descendencia con una identidad genética más cercana a la del padre. Se utiliza en la horticultura, la cría de animales y en la producción de organismos gen knockout .
Los híbridos retrocruzados se describen a veces con el acrónimo "BC", por ejemplo, un híbrido F1 cruzado con uno de sus padres (o un individuo genéticamente similar) puede denominarse un híbrido BC1, y un cruce adicional del híbrido BC1 con el mismo padre ( o un individuo genéticamente similar) produce un híbrido BC2.
Plantas [ editar ]
Ventajas [ editar ]
- Si el padre recurrente es un genotipo de élite , al final del programa de retrocruzamiento se recupera un genotipo de élite.
- Como no hay una "nueva" recombinación , la combinación de élite no se pierde.
Desventajas [ editar ]
- Funciona mal para rasgos cuantitativos
- Es más restringido para los rasgos recesivos.
- En la práctica, las secciones del genoma de los padres no recurrentes a menudo todavía están presentes y pueden tener rasgos no deseados asociados con ellos
- Para cruces muy amplios, la recombinación limitada puede mantener miles de genes 'extraños' dentro del cultivar de élite
- Se requieren muchos retrocruzamientos para producir un nuevo cultivar que puede llevar muchos años.
Backcrossings naturales [ editar ]
York radiate groundsel ( Senecio eboracensis ) es una especie híbrida natural del ragwort de Oxford ( Senecio squalidus ) y la cornisa común ( Senecio vulgaris ). Se cree que surgió de un retroceso del híbrido F1 con S. vulgaris . [2]
Nuevamente, las plantas de arveja pura alta (TT) y pura enana (tt) cuando se cruzan en la generación parental, producen todas las plantas de arveja heterocigota (Tt) en la primera generación filial. El cruce entre la primera planta de arveja heterocigota filial (Tt) y la planta de arveja pura en altura (TT) o enana pura (tt) de la generación parental es también un ejemplo del cruce cruzado entre dos plantas. En este caso, la generación filial formada después del cruzamiento posterior puede tener una relación de fenotipo de 1: 1 si el cruce se realiza con el padre recesivo o, de lo contrario, toda la descendencia puede tener un fenotipo de rasgo dominante si el cruzamiento posterior es con el progenitor que tiene el rasgo dominante. El primero de estos rasgos también se llama una cruz de prueba.
Líneas artificialmente recombinantes [ editar ]
En las plantas, las líneas de retrocruzamiento (IBL, por sus siglas en inglés) se refieren a líneas (es decir, poblaciones ) de plantas derivadas del retrocruzamiento repetido de una línea con ADN artificialmente recombinante con tipo salvaje , que opera algún tipo de selección que puede ser fenotípica o mediante un marcador molecular ( para la producción de líneas de introgresión ).
Animales [ editar ]
El retrocruzamiento se puede emplear deliberadamente en animales para transferir un rasgo deseable en un animal con antecedentes genéticos inferiores a un animal con antecedentes genéticos preferibles. En los experimentos de desactivación de genes, en particular, donde la desactivación se realiza en líneas de células madre fácilmente cultivadas , pero se requiere en un animal con un fondo genético diferente, el animal desactivado se cruza contra el animal del fondo genético requerido. Como muestra la figura, cada vez que el ratón tiene el rasgo deseado (en este caso, la falta de un gen (es decir, un knockout), indicado por la presencia de un marcador seleccionable positivo) se cruza con un ratón de un fondo genético constante, el porcentaje promedio del material genético de la descendencia que se deriva de ese fondo constante aumenta. El resultado, después de suficientes reiteraciones, es un animal con el rasgo deseado en el fondo genético deseado, con el porcentaje de material genético de las células madre originales reducido a un mínimo (en el orden de 0.01%). [3]
Debido a la naturaleza de la meiosis, en la que los cromosomas derivados de cada progenitor se barajan aleatoriamente y se asignan a cada gameto naciente, el porcentaje de material genético derivado de cualquiera de las líneas celulares variará entre los descendientes de un solo cruce, pero tendrá un valor esperado . El genotipo de cada miembro de la descendencia se puede evaluar para elegir no solo a un individuo que tenga el rasgo genético deseado, sino también el porcentaje mínimo de material genético de la línea de células madre original. [4]
Una cepa consómica es una cepa consanguínea con uno de sus cromosomas reemplazado por el cromosoma homólogo de otra cepa consanguínea a través de una serie de retrocruzas asistidas por marcadores.
cromosoma artificial bacteriano ( BAC ) es una construcción de ADN , en base a una fertilidad funcional plásmido (o F-plásmido ), utilizado para la transformación y clonación en bacterias , por lo general E. coli . [1] [2] [3]Los plásmidos F juegan un papel crucial porque contienen genes de partición que promueven la distribución uniforme de los plásmidos después de la división de las células bacterianas. El tamaño de inserción habitual del cromosoma artificial bacteriano es de 150–350 kbp . [4] Un vector de clonación similar llamado PAC También se ha producido a partir del ADN del bacteriófago P1.
Los BAC se utilizan a menudo para secuenciar el genoma de organismos en proyectos genómicos , por ejemplo, el Proyecto Genoma Humano . Una pequeña parte del ADN del organismo se amplifica como un inserto en BAC y luego se secuencia. Finalmente, las partes secuenciadas se reorganizan in silico , resultando en la secuencia genómica del organismo. Los BAC fueron reemplazados por métodos de secuenciación más rápidos y menos laboriosos, como la secuenciación de escopeta de genoma completo y ahora más recientemente la secuenciación de próxima generación .
Componentes de genes comunes [ editar ]
- repe
- Para la replicación de plásmidos y la regulación del número de copias.
- parA y parB
- para la partición del ADN del plásmido F en células hijas durante la división y asegura un mantenimiento estable del BAC.
- Un marcador seleccionable
- para la resistencia a los antibióticos ; algunos BAC también tienen lacZ en el sitio de clonación para la selección azul / blanca .
- T7 y Sp6
- Promotores de fagos para la transcripción de genes insertados.
Contribución a los modelos de la enfermedad [ editar ]
Enfermedad hereditaria [ editar ]
Los BAC ahora se están utilizando en mayor medida para modelar enfermedades genéticas , a menudo junto con ratones transgénicos . Los BAC han sido útiles en este campo ya que los genes complejos pueden tener varias secuencias reguladoras en sentido ascendente de la secuencia codificante, incluidas varias secuencias promotoras que regirán el nivel de expresión de un gen. Los BAC se han utilizado hasta cierto grado de éxito con los ratones al estudiar enfermedades neurológicas como la enfermedad de Alzheimer o como en el caso de la aneuploidía asociada con el síndrome de Down. También ha habido casos en los que se han utilizado para estudiar oncogenes específicos.Asociados a los cánceres. Se transfieren a estos modelos de enfermedades genéticas mediante electroporación / transformación, transfección con un virus adecuado o microinyección. Los BAC también se pueden utilizar para detectar genes o grandes secuencias de interés y luego se utilizan para mapearlos en el cromosoma humano utilizando matrices de BAC . Los BAC son los preferidos para este tipo de estudios genéticos porque admiten secuencias mucho más grandes sin riesgo de reorganización y, por lo tanto, son más estables que otros tipos de vectores de clonación. [ cita requerida ]
Enfermedades infecciosas [ editar ]
Los genomas de varios virus de ADN grandes y virus de ARN se han clonado como BAC. Estas construcciones se denominan "clones infecciosos", ya que la transfección de la construcción BAC en células huésped es suficiente para iniciar la infección viral. La propiedad infecciosa de estos BAC ha hecho que el estudio de muchos virus como los herpesvirus , poxvirus y coronavirus sea más accesible. [5] [6] [7] Ahora se pueden realizar estudios moleculares de estos virus utilizando métodos genéticos para mutar el BAC mientras reside en las bacterias. Tales enfoques genéticos se basan en vectores de direccionamiento lineal o circular para llevar a cabo la recombinación homóloga .
Un par de bases ( pb ) es una unidad que consta de dos nucleobases unidas entre sí por enlaces de hidrógeno . Forman los bloques de construcción de la doble hélice del ADN y contribuyen a la estructura plegada tanto del ADN como del ARN . Dictados por patrones específicos de enlaces de hidrógeno , los pares de bases de Watson-Crick ( guanina - citosina y adenina - timina ) permiten que la hélice del ADN mantenga una estructura helicoidal regular que depende sutilmente de su secuencia de nucleótidos . [1] El complementario.La naturaleza de esta estructura basada en pares proporciona una copia redundante de la información genéticacodificada dentro de cada cadena de ADN. La estructura regular y la redundancia de datos proporcionadas por la doble hélice del ADN hacen que el ADN sea adecuado para el almacenamiento de información genética, mientras que el emparejamiento de bases entre el ADN y los nucleótidos entrantes proporciona el mecanismo a través del cual la ADN polimerasa replica el ADN y la ARN polimerasa transcribe el ADN en ARN. Muchas proteínas de unión al ADN pueden reconocer patrones específicos de emparejamiento de bases que identifican regiones reguladoras particulares de genes.
Los pares de bases intramoleculares pueden ocurrir dentro de los ácidos nucleicos monocatenarios. Esto es particularmente importante en las moléculas de ARN (p. Ej., ARN de transferencia ), donde los pares de bases de Watson-Crick (guanina-citosina y adenina- uracilo ) permiten la formación de hélices cortas de doble cadena y una amplia variedad de interacciones que no son de Watson-Crick. (p. ej., G – U o A – A) permite que los ARN se plieguen en una amplia gama de estructuras tridimensionales específicas . Además, el emparejamiento de bases entre el ARN de transferencia (ARNt) y el ARN mensajero (ARNm) forma la base para los eventos de reconocimiento molecular que dan como resultado que la secuencia de nucleótidos del ARNm se traduzca en la secuencia de aminoácidos deLas proteínas a través del código genético .
El tamaño de un gen individual o el genoma completo de un organismo a menudo se mide en pares de bases porque el ADN suele ser de doble cadena. Por lo tanto, el número de pares de bases totales es igual al número de nucleótidos en una de las cadenas (con la excepción de las regiones monocatenarias no codificantes de los telómeros ). Se estima que el genoma humano haploide (23 cromosomas ) tiene aproximadamente 3,2 billones de bases y que contiene entre 20,000 y 25,000 genes distintos que codifican proteínas. [2] [3] [4] Una kilobase (kb) es una unidad de medida en biología molecular igual a 1000 pares de bases de ADN o ARN. [5]La cantidad total de pares de bases de ADN relacionados en la Tierra se estima en 5.0 × 10 37 y pesa 50 mil millones de toneladas . [6] En comparación, la masa total de la biosfera se ha estimado en 4 TtC (billones de toneladas de carbono ).
Enlace de hidrógeno y estabilidad [ editar ]
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Arriba, un par de bases GC con tres enlaces de hidrógeno . Abajo, un par de bases AT con dos enlaces de hidrógeno. Los enlaces de hidrógeno no covalentes entre las bases se muestran como líneas discontinuas. Las líneas onduladas representan la conexión al azúcar pentosa y apuntan en la dirección del surco menor.
La unión de hidrógeno es la interacción química que subyace a las reglas de apareamiento de bases descritas anteriormente. La correspondencia geométrica apropiada de los donantes y aceptadores de enlaces de hidrógeno permite que solo los pares "correctos" se formen de manera estable. El ADN con alto contenido de GC es más estable que el ADN con bajo contenido de GC. Pero, contrariamente a la creencia popular, los enlaces de hidrógeno no estabilizan significativamente el ADN; La estabilización se debe principalmente a las interacciones de apilamiento. [8]
Las nucleobases más grandes , la adenina y la guanina, son miembros de una clase de estructuras químicas de doble anillo llamadas purinas ; Las nucleobases más pequeñas, citosina y timina (y uracilo), son miembros de una clase de estructuras químicas de un solo anillo llamadas pirimidinas.. Las purinas son complementarias solo con pirimidinas: los emparejamientos de pirimidina-pirimidina son energéticamente desfavorables porque las moléculas están demasiado separadas para que se establezca un enlace de hidrógeno; Los emparejamientos purina-purina son desfavorables energéticamente porque las moléculas están demasiado cerca, lo que lleva a una repulsión por solapamiento. El par de bases purina-pirimidina de AT o GC o UA (en ARN) da como resultado una estructura dúplex adecuada. Los únicos otros pares de purina-pirimidina serían AC y GT y UG (en ARN); estos emparejamientos son desajustes porque los patrones de los donantes y aceptadores de hidrógeno no se corresponden. El emparejamiento de GU, con dos enlaces de hidrógeno, se produce con bastante frecuencia en el ARN (consulte el par de bases wobble ).
Las moléculas de ADN y ARN emparejadas son comparativamente estables a temperatura ambiente, pero las dos cadenas de nucleótidos se separarán por encima de un punto de fusión que se determina por la longitud de las moléculas, el grado de emparejamiento incorrecto (si existe) y el contenido de GC. Mayor contenido de GC resulta en temperaturas de fusión más altas; Por lo tanto, no es sorprendente que los genomas de organismos extremófilos como el Thermus thermophilus sean particularmente ricos en GC. A la inversa, las regiones de un genoma que necesitan separarse con frecuencia, por ejemplo, las regiones promotoras para los genes que se transcriben con frecuencia, son comparativamente pobres en GC (por ejemplo, consulte el recuadro TATA ). El contenido de GC y la temperatura de fusión también deben tenerse en cuenta al diseñar Cebadores para reacciones de PCR .
Ejemplos [ editar ]
Las siguientes secuencias de ADN ilustran pares de patrones de doble cadena. Por convención, la cadena superior está escrito desde el extremo 5' al extremo 3' ; por lo tanto, la cadena inferior se escribe 3 'a 5'.
- Una secuencia de ADN emparejada con la base:
ATCGATTGAGCTCTAGCGTAGCTAACTCGAGATCGC
- La secuencia de ARN correspondiente, en la que el uracilo se sustituye por timina en la cadena de ARN:
AUCGAUUGAGCUCUAGCGUAGCUAACUCGAGAUCGC
Base análogos e intercaladores [ editar ]
Los análogos químicos de los nucleótidos pueden ocupar el lugar de los nucleótidos adecuados y establecer un par de bases no canónicas, lo que lleva a errores (principalmente mutaciones puntuales ) en la replicación del ADN y la transcripción del ADN . Esto se debe a su química isostérica . Un análogo de base mutagénica común es el 5-bromouracilo , que se asemeja a la timina pero que puede formar un par de bases con guanina en su forma enol .
Otros productos químicos, conocidos como intercaladores de ADN , encajan en la brecha entre las bases adyacentes en una sola hebra e inducen mutaciones de cambio de marco al "enmascararse" como una base, lo que hace que la maquinaria de replicación de ADN salte o inserte nucleótidos adicionales en el sitio intercalado. La mayoría de los intercaladores son compuestos poliaromáticos grandes y son carcinógenos conocidos o sospechosos . Los ejemplos incluyen bromuro de etidio y acridina .
Par de bases no naturales (UBP) [ editar ]
Un par de bases no naturales (UBP) es una subunidad (o nucleobase ) diseñada de ADN que se crea en un laboratorio y no ocurre en la naturaleza. Se han descrito secuencias de ADN que utilizan nucleobases de nueva creación para formar un tercer par de bases, además de los dos pares de bases que se encuentran en la naturaleza, AT ( adenina - timina ) y GC ( guanina - citosina ). Algunos grupos de investigación han estado buscando un tercer par de bases para el ADN, incluidos los equipos dirigidos por Steven A. Benner , Philippe Marliere , Floyd Romesberg e Ichiro Hirao . [9] Se han reportado algunos nuevos pares de bases.[10] [11] [12]
En 1989, Steven Benner (que trabajaba en el Instituto Federal de Tecnología de Suiza en Zurich) y su equipo lideraron con formas modificadas de citosina y guanina en moléculas de ADN in vitro . [13] Los nucleótidos, que codificaban el ARN y las proteínas, se replicaron con éxito in vitro . Desde entonces, el equipo de Benner ha estado tratando de diseñar células que puedan hacer bases extranjeras desde cero, obviando la necesidad de una materia prima. [14]
En 2002, el grupo de Ichiro Hirao en Japón desarrolló un par de bases no naturales entre 2-amino-8- (2-tienil) purina (s) y piridina-2-ona (y) que funciona en la transcripción y traducción, para el sitio específico Incorporación de aminoácidos no estándar en proteínas. [15] En 2006, crearon 7- (2-tienil) imidazo [4,5-b] piridina (Ds) y pirrol-2-carbaldehído (Pa) como un tercer par de bases para la replicación y la transcripción. [16] Después, se descubrió Ds y 4- [3- (6-aminohexanamido) -1-propinil] -2-nitropirrol (Px) como un par de alta fidelidad en la amplificación por PCR. [17] [18] En 2013, aplicaron el par Ds-Px a la generación de aptámeros de ADN in vitroLa selección (SELEX) y demostró que la expansión del alfabeto genético aumentaba significativamente las afinidades del aptámero del ADN con las proteínas diana. [19]
En 2012, un grupo de científicos estadounidenses liderado por Floyd Romesberg, un biólogo químico del Instituto de Investigación Scripps en San Diego, California, publicó que su equipo diseñó un par de bases no naturales (UBP). [20] Los dos nuevos nucleótidos artificiales o el Par de Base No Natural (UBP) se llamaron d5SICS y dNaM . Más técnicamente, estos nucleótidos artificiales que llevan nucleobases hidrófobas , presentan dos anillos aromáticos fusionados que forman un complejo (d5SICS-dNaM) o un par de bases en el ADN. [14] [21] Su equipo diseñó una variedad de in vitroo las plantillas de "tubos de ensayo" que contienen el par de bases no naturales y confirmaron que se replicó de manera eficiente con alta fidelidad en prácticamente todos los contextos de secuencia utilizando las técnicas in vitro estándar modernas, es decir, la amplificación por PCR del ADN y las aplicaciones basadas en la PCR. [20] Sus resultados muestran que para las aplicaciones basadas en PCR y PCR, el par de bases no natural d5SICS – dNaM es funcionalmente equivalente a un par de bases natural, y cuando se combina con los otros dos pares de bases naturales utilizados por todos los organismos, A – T y G – C, proporcionan un "alfabeto genético" de seis letras totalmente funcional y ampliado. [21]
En 2014, el mismo equipo del Instituto de Investigación Scripps informó que sintetizaron un tramo de ADN circular conocido como un plásmido que contenía pares de bases naturales de AT y CG, junto con el laboratorio de UBP Romesberg con mejor desempeño que lo había diseñado e insertado en las células de la bacteria común E. coli que replicó con éxito los pares de bases no naturales a través de múltiples generaciones. [9] La transfección no obstaculizó el crecimiento de las células de E. coli y no mostró signos de perder sus pares de bases no naturales por sus mecanismos naturales de reparación del ADN . Este es el primer ejemplo conocido de un organismo vivo que transmite un código genético expandido a las generaciones posteriores. [21][22]Romesberg dijo que él y sus colegas crearon 300 variantes para refinar el diseño de nucleótidos que serían suficientemente estables y se replicarían tan fácilmente como los naturales cuando las células se dividen. Esto se logró en parte mediante la adición de un gen de algas de soporteque expresa untransportador de nucleótido trifosfato que importa de manera eficiente los trifosfatos de d5SICSTP y dNaMTP enbacterias de E. coli . [21]Luego, las vías de replicación bacterianas naturales las utilizan para replicar con precisión un plásmido quecontiene d5SICS – dNaM. Otros investigadores se sorprendieron de que las bacterias replicaran estas subunidades de ADN hechas por el hombre. [23]
La incorporación exitosa de un tercer par de bases es un avance significativo hacia el objetivo de expandir en gran medida el número de aminoácidos que pueden ser codificados por el ADN, de los 20 aminoácidos existentes a un teórico 172 posible, expandiendo así el potencial de los organismos vivos a Producir nuevas proteínas . [9] Las cadenas artificiales de ADN no codifican nada todavía, pero los científicos especulan que podrían diseñarse para fabricar nuevas proteínas que podrían tener usos industriales o farmacéuticos. [24] Los expertos dijeron que el ADN sintético que incorpora el par de bases no naturales plantea la posibilidad de formas de vida basadas en un código de ADN diferente. [23] [24]
Mediciones de longitud [ editar ]
Las siguientes abreviaturas se usan comúnmente para describir la longitud de una molécula D / R NA :
- bp = par de bases: una bp corresponde a aproximadamente 3,4 Å (340 pm ) [25] de longitud a lo largo de la cadena, y aproximadamente a 618 o 643 daltons para ADN y ARN respectivamente.
- kb (= kbp) = kilo pares de bases = 1,000 bp
- Mb (= Mbp) = mega pares de bases = 1,000,000 pb
- Gb = pares de bases giga = 1,000,000,000 pb.
Para el ADN / ARN monocatenario, se utilizan unidades de nucleótidos , abreviados nt (o knt, Mnt, Gnt), ya que no están emparejados. Para distinguir entre unidades de almacenamiento de computadora y bases, kbp, Mbp, Gbp, etc. pueden usarse para pares de bases.
El órgano central también se usa a menudo para indicar la distancia a lo largo de un cromosoma, pero el número de pares de bases a los que corresponde varía ampliamente. En el genoma humano, el centimorgan es de aproximadamente 1 millón de pares de bases.
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