La herencia no mendeliana es cualquier patrón en el que los rasgos no se segregan de acuerdo con las leyes de Mendel . Estas leyes describen la herencia de rasgos vinculados a genes individuales en cromosomas en el núcleo. En la herencia mendeliana , cada progenitor contribuye con uno de los dos alelos posibles para un rasgo. Si se conocen los genotipos de ambos progenitores en un cruce genético, se pueden utilizar las leyes de Mendel para determinar la distribución de fenotipos esperada para la población de descendientes. Hay varias situaciones en las que las proporciones de fenotipos observados en la progenie no coinciden con los valores previstos.
Ciertas enfermedades hereditarias y su presentación muestran patrones no mendelianos, lo que complica la realización de predicciones a partir de los antecedentes familiares. [1]
La dominancia incompleta, la codominancia, los alelos múltiples y los rasgos poligénicos siguen las leyes de Mendel, muestran herencia mendeliana y se explican como extensiones de las leyes de Mendel. [2]
En los casos de herencia intermedia por dominancia incompleta , no se aplica el principio de dominancia descubierto por Mendel. Sin embargo, sí se aplica el principio de uniformidad, ya que todos los descendientes de la generación F 1 tienen el mismo genotipo y el mismo fenotipo. También se aplica el principio de segregación de genes de Mendel, ya que en la generación F 2 aparecen individuos homocigotos con los fenotipos de la generación P [ aclaración necesaria ] . La herencia intermedia fue examinada por primera vez por Carl Correns en el color de las flores de Mirabilis jalapa . [3] Antirrhinum majus también muestra herencia intermedia de la pigmentación de las flores. [4]
En los casos de codominancia , los rasgos genéticos de ambos alelos diferentes del mismo locus génico se expresan claramente en el fenotipo. Por ejemplo, en ciertas variedades de pollo, el alelo de las plumas negras es codominante con el alelo de las plumas blancas. Los pollos heterocigotos tienen un color descrito como "armiño", moteado con plumas blancas y negras que aparecen por separado. Muchos genes humanos, incluido uno de una proteína que controla los niveles de colesterol en la sangre, también muestran codominancia. Las personas con la forma heterocigota de este gen producen dos formas diferentes de la proteína, cada una con un efecto diferente sobre los niveles de colesterol. [ cita requerida ]
Cuando los genes se encuentran en el mismo cromosoma y no se produjo ningún entrecruzamiento antes de la segregación de los cromosomas en los gametos , los caracteres genéticos se heredan en conexión, debido al ligamiento genético . Estos casos constituyen una excepción a la regla mendeliana de distribución independiente. [ cita requerida ]
En la herencia mendeliana, los genes tienen sólo dos alelos, como a y A . Mendel eligió conscientemente pares de rasgos genéticos, representados por dos alelos para sus experimentos de herencia. En la naturaleza, estos genes suelen existir en varias formas diferentes y, por lo tanto, se dice que tienen múltiples alelos . Un individuo suele tener sólo dos copias de cada gen, pero a menudo se encuentran muchos alelos diferentes dentro de una población. El color del pelaje de un conejo está determinado por un único gen que tiene al menos cuatro alelos diferentes. Muestran un patrón de jerarquía de dominancia que puede producir cuatro colores de pelaje. En los genes de los colores del pelaje del perro hay cuatro alelos en el locus Agouti. El alelo "aw" es dominante sobre los alelos "at" y "a", pero recesivo bajo "Ay". [ cita requerida ]
Muchos otros genes tienen múltiples alelos, incluidos los genes humanos para el tipo de sangre ABO . [ cita requerida ]
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Si uno o más genes no pueden expresarse debido a otro factor genético que impide su expresión, esta epistasis puede hacer imposible que incluso los alelos dominantes en otros loci génicos tengan un efecto sobre el fenotipo. Un ejemplo en la genética del pelaje de los perros es la homocigosidad con el alelo "e e" en el locus de extensión, lo que hace imposible producir cualquier otro pigmento que no sea feomelanina. Aunque el alelo "e" es un alelo recesivo en el propio locus de extensión, la presencia de dos copias potencia el predominio de otros genes del color del pelaje. Los gatos domésticos tienen un gen con un efecto similar en el cromosoma X. [ cita requerida ]
Los rasgos genéticos ubicados en los gonosomas a veces muestran patrones de herencia no mendelianos específicos. Los individuos pueden desarrollar un rasgo recesivo en el fenotipo dependiendo de su sexo, por ejemplo, daltonismo y hemofilia (ver herencias gonosómicas ). [7] [8] Como muchos de los alelos son dominantes o recesivos, una verdadera comprensión de los principios de la herencia mendeliana es un requisito importante para comprender también los patrones de herencia más complicados de las herencias ligadas al sexo. [ cita requerida ]
La herencia extranuclear (también conocida como herencia citoplasmática) es una forma de herencia no mendeliana que también fue descubierta por primera vez por Carl Correns en 1908. [9] Mientras trabajaba con Mirabilis jalapa , Correns observó que el color de las hojas dependía únicamente del genotipo del progenitor materno. Basándose en estos datos, determinó que el rasgo se transmitía a través de un carácter presente en el citoplasma del óvulo . Investigaciones posteriores de Ruth Sager y otros identificaron al ADN presente en los cloroplastos como responsable del patrón de herencia inusual observado. El trabajo sobre la cepa diminuta del moho Neurospora crassa iniciado por Mary y Hershel Mitchell [10] finalmente condujo al descubrimiento de material genético en las mitocondrias, el ADN mitocondrial . [ cita requerida ]
Según la teoría endosimbionte , las mitocondrias y los cloroplastos fueron organismos de vida libre que fueron absorbidos por una célula eucariota. [11] Con el tiempo, las mitocondrias y los cloroplastos formaron una relación simbiótica con sus anfitriones eucariotas. Aunque la transferencia de una serie de genes desde estos orgánulos al núcleo les impide vivir de forma independiente, cada uno de ellos aún posee material genético en forma de ADN de doble cadena. [ cita requerida ]
La transmisión de este ADN organelar es la responsable del fenómeno de la herencia extranuclear. Tanto los cloroplastos como las mitocondrias están presentes en el citoplasma de los gametos maternos únicamente. Los gametos paternos ( por ejemplo, los espermatozoides ) no tienen mitocondrias citoplasmáticas [ cita requerida ] . Por lo tanto, el fenotipo de los caracteres ligados a los genes que se encuentran en los cloroplastos o en las mitocondrias está determinado exclusivamente por el progenitor materno.
En los seres humanos, las enfermedades mitocondriales son una clase de enfermedades, muchas de las cuales afectan los músculos y los ojos. [ cita requerida ]
Muchos rasgos se producen por la interacción de varios genes. Los rasgos controlados por dos o más genes se denominan rasgos poligénicos . Poligénico significa que se necesitan "muchos genes" para que el organismo desarrolle el rasgo. Por ejemplo, al menos tres genes intervienen en la formación del pigmento marrón rojizo de los ojos de las moscas de la fruta . Los rasgos poligénicos suelen mostrar una amplia gama de fenotipos. La amplia variedad de color de piel en los seres humanos se debe en parte a que al menos cuatro genes diferentes probablemente controlan este rasgo. [ cita requerida ]
La segregación no aleatoria de cromosomas es una desviación de la distribución habitual de los cromosomas durante la meiosis y en algunos casos de la mitosis.
La conversión génica puede ser una de las principales formas de herencia no mendeliana. La conversión génica surge durante la reparación del ADN a través de la recombinación del ADN , por la cual una parte de la información de la secuencia de ADN se transfiere de una hélice de ADN (que permanece inalterada) a otra hélice de ADN, cuya secuencia se altera. Esto puede ocurrir como una reparación de desajuste entre las hebras de ADN que se derivan de diferentes progenitores. Por lo tanto, la reparación de desajuste puede convertir un alelo en otro. Este fenómeno se puede detectar a través de las proporciones no mendelianas de la descendencia y se observa con frecuencia, por ejemplo, en cruces de hongos. [12]
Otra forma de herencia no mendeliana se conoce como herencia infecciosa. Las partículas infecciosas, como los virus, pueden infectar las células huésped y seguir residiendo en el citoplasma de estas células. Si la presencia de estas partículas da como resultado un fenotipo alterado, este fenotipo puede transmitirse posteriormente a la progenie. [13] Debido a que este fenotipo depende únicamente de la presencia del invasor en el citoplasma de la célula huésped, la herencia estará determinada únicamente por el estado de infección del progenitor materno. Esto dará como resultado una transmisión uniparental del rasgo, al igual que en la herencia extranuclear. [ cita requerida ]
Uno de los ejemplos mejor estudiados de herencia infecciosa es el fenómeno asesino que se exhibe en la levadura . Dos virus de ARN bicatenario , denominados L y M, son responsables de este fenotipo. [14] El virus L codifica las proteínas de la cápside de ambos virus, así como una ARN polimerasa . Por lo tanto, el virus M solo puede infectar células que ya albergan partículas del virus L. El ARN viral M codifica una toxina que se secreta desde la célula huésped. Mata a las células susceptibles que crecen cerca del huésped. El ARN viral M también hace que la célula huésped sea inmune a los efectos letales de la toxina. Por lo tanto, para que una célula sea susceptible, debe no estar infectada o albergar solo el virus L. [ cita requerida ]
Los virus L y M no son capaces de salir de su célula huésped por medios convencionales. Sólo pueden transferirse de una célula a otra cuando su huésped se aparea. Toda la progenie de un apareamiento que involucre una célula de levadura doblemente infectada también estará infectada con los virus L y M. Por lo tanto, el fenotipo asesino se transmitirá a toda la progenie. [ cita requerida ]
También se han identificado rasgos hereditarios que resultan de la infección con partículas extrañas en Drosophila . Las moscas de tipo salvaje normalmente se recuperan por completo después de ser anestesiadas con dióxido de carbono. Se han identificado ciertas líneas de moscas que mueren después de la exposición al compuesto. Esta sensibilidad al dióxido de carbono se transmite de madres a su progenie. Esta sensibilidad se debe a la infección con el virus σ (Sigma), un rabdovirus capaz solo de infectar a Drosophila . [15]
Aunque este proceso suele asociarse a los virus, investigaciones recientes han demostrado que la bacteria Wolbachia también es capaz de insertar su genoma en el de su huésped. [16] [17]
La impronta genómica representa otro ejemplo de herencia no mendeliana. Al igual que en la herencia convencional, los genes de un rasgo determinado se transmiten a la progenie de ambos progenitores. Sin embargo, estos genes se marcan epigenéticamente antes de la transmisión, lo que altera sus niveles de expresión. Estas improntas se crean antes de la formación de los gametos y se borran durante la creación de las células de la línea germinal. Por lo tanto, se puede crear un nuevo patrón de impronta con cada generación. [ cita requerida ]
Los genes se imprimen de forma diferente según el origen parental del cromosoma que los contiene. En los ratones, el gen del factor de crecimiento similar a la insulina 2 sufre impronta. La proteína codificada por este gen ayuda a regular el tamaño corporal. Los ratones que poseen dos copias funcionales de este gen son más grandes que los que tienen dos copias mutantes. El tamaño de los ratones que son heterocigotos en este locus depende del progenitor del que procede el alelo de tipo salvaje . Si el alelo funcional se originó de la madre, la descendencia presentará enanismo , mientras que un alelo paterno generará un ratón de tamaño normal. Esto se debe a que el gen Igf2 materno está impreso. La impronta da como resultado la inactivación del gen Igf2 en el cromosoma transmitido por la madre. [18]
Las improntas se forman debido a la metilación diferencial de los alelos paternos y maternos. Esto da como resultado una expresión diferente entre los alelos de los dos progenitores. Los sitios con metilación significativa se asocian con niveles bajos de expresión génica . Se encuentra una mayor expresión génica en sitios no metilados. [19] En este modo de herencia, el fenotipo está determinado no solo por el alelo específico transmitido a la descendencia, sino también por el sexo del progenitor que lo transmitió.
Los individuos que poseen células con diferencias genéticas con respecto a las demás células de su cuerpo se denominan mosaicos. Estas diferencias pueden ser resultado de mutaciones que ocurren en diferentes tejidos y en diferentes períodos del desarrollo. Si una mutación ocurre en los tejidos que no forman gametos, se caracteriza como somática . Las mutaciones de la línea germinal ocurren en los óvulos o espermatozoides y pueden transmitirse a la descendencia. [20] Las mutaciones que ocurren al principio del desarrollo afectarán a un mayor número de células y pueden dar como resultado un individuo que pueda identificarse como mosaico basándose estrictamente en el fenotipo.
El mosaicismo también es resultado de un fenómeno conocido como inactivación del cromosoma X. Todos los mamíferos hembra tienen dos cromosomas X. Para evitar problemas de dosis génicas letales, uno de estos cromosomas se inactiva después de la fertilización . Este proceso ocurre aleatoriamente para todas las células del cuerpo del organismo. Debido a que los dos cromosomas X de una hembra dada casi con certeza diferirán en su patrón específico de alelos, esto dará como resultado diferentes fenotipos celulares dependiendo de qué cromosoma esté silenciado. Los gatos calicó , que son casi todos hembras, [21] muestran una de las manifestaciones más comúnmente observadas de este proceso. [22]
Los trastornos de repetición de trinucleótidos también siguen un patrón de herencia no mendeliano. Todas estas enfermedades son causadas por la expansión de repeticiones en tándem de microsatélites que consisten en un tramo de tres nucleótidos . [23] Por lo general, en los individuos, el número de unidades repetidas es relativamente bajo. Con cada generación sucesiva, existe la posibilidad de que el número de repeticiones se expanda. A medida que esto ocurre, la progenie puede progresar a la premutación y, en última instancia, al estado afectado. Los individuos con un número de repeticiones que cae en el rango de premutación tienen una buena probabilidad de tener hijos afectados. Aquellos que progresan al estado afectado exhibirán síntomas de su enfermedad particular. Los trastornos de repetición de trinucleótidos prominentes incluyen el síndrome del cromosoma X frágil y la enfermedad de Huntington . En el caso del síndrome del cromosoma X frágil, se cree que los síntomas son el resultado de la metilación aumentada y la expresión reducida acompañante del gen de discapacidad intelectual del cromosoma X frágil en individuos con un número suficiente de repeticiones. [24]