Las cepas endogámicas (también llamadas líneas endogámicas o, en raras ocasiones, animales lineales ) son individuos de una especie particular que son casi idénticos entre sí en genotipo debido a una larga endogamia . Una cepa es endogámica cuando ha experimentado al menos 20 generaciones de apareamiento hermano x hermana o descendencia x progenitor, momento en el que al menos el 98,6% de los loci en un individuo de la cepa serán homocigotos y cada individuo puede tratarse efectivamente como clones . Algunas cepas endogámicas se han criado durante más de 150 generaciones, lo que deja a los individuos de la población con una naturaleza isogénica . [1] Las cepas endogámicas de animales se utilizan con frecuencia en laboratorios para experimentos en los que, para la reproducibilidad de las conclusiones, todos los animales de prueba deben ser lo más similares posible. Sin embargo, para algunos experimentos, puede ser deseable la diversidad genética en la población de prueba. Por lo tanto, también se encuentran disponibles cepas exogámicas de la mayoría de los animales de laboratorio, donde una cepa exogámica es una cepa de un organismo que es efectivamente de tipo salvaje en la naturaleza, donde hay la menor endogamia posible. [2]
Algunas plantas, incluido el organismo modelo genético Arabidopsis thaliana , se autopolinizan de forma natural , lo que hace que sea bastante fácil crear cepas endogámicas en el laboratorio (otras plantas, incluidos modelos genéticos importantes como el maíz , requieren la transferencia de polen de una flor a otra). [3] [4]
Las cepas endogámicas se han utilizado ampliamente en la investigación. Se han otorgado varios premios Nobel por trabajos que probablemente no se hubieran podido realizar sin cepas endogámicas. Este trabajo incluye la investigación de Medawar sobre la tolerancia inmunitaria , el desarrollo de anticuerpos monoclonales de Kohler y Milstein y los estudios de Doherty y Zinkernagel sobre el complejo mayor de histocompatibilidad (CMH). [1]
Los organismos isogénicos tienen genotipos idénticos o casi idénticos . [5] lo cual es cierto en el caso de las cepas endogámicas, ya que normalmente tienen al menos un 98,6 % de similitud en la generación 20. [1] Esta uniformidad extremadamente alta significa que se requieren menos individuos para producir resultados con el mismo nivel de significación estadística cuando se utiliza una línea endogámica en comparación con una línea exogámica en el mismo experimento. [6]
La cría de cepas endogámicas suele orientarse a fenotipos específicos de interés, como rasgos de comportamiento como la preferencia por el alcohol o rasgos físicos como el envejecimiento, o pueden seleccionarse por rasgos que las hagan más fáciles de usar en experimentos, como por ejemplo en experimentos transgénicos . [1] Una de las principales ventajas de utilizar cepas endogámicas como modelo es que las cepas están fácilmente disponibles para cualquier estudio que se esté realizando y que existen recursos como el Laboratorio Jackson y FlyBase , donde se pueden buscar cepas con fenotipos o genotipos específicos entre líneas endogámicas, líneas recombinantes y cepas coisogénicas . Los embriones de líneas que actualmente son de poco interés se pueden congelar y conservar hasta que haya un interés en sus rasgos genotípicos o fenotípicos únicos. [7]
Para el análisis del ligamiento de caracteres cuantitativos , las líneas recombinantes son útiles debido a su naturaleza isogénica, ya que la similitud genética de los individuos permite la replicación de un análisis de locus de caracteres cuantitativos. La replicación aumenta la precisión de los resultados del experimento de mapeo y es necesaria para caracteres como el envejecimiento, donde cambios menores en el entorno pueden influir en la longevidad de un organismo, lo que lleva a una variación en los resultados. [8]
Un tipo de cepa endogámica que ha sido alterada o mutada naturalmente de modo que es diferente en un solo locus . [9] Estas cepas son útiles en el análisis de varianza dentro de una cepa endogámica o entre cepas endogámicas porque cualquier diferencia se debería al cambio genético único o a una diferencia en las condiciones ambientales entre dos individuos de la misma cepa. [8]
Uno de los usos más específicos de las cepas endogámicas de Drosophila es el uso de líneas Gal4/UAS en la investigación. [10] Gal4/UAS es un sistema controlador, donde Gal4 puede expresarse en tejidos específicos bajo condiciones específicas en función de su ubicación en el genoma de Drosophila . Gal4, cuando se expresa, aumentará la expresión de genes con una secuencia UAS específica para Gal4, que normalmente no se encuentran en Drosophila, lo que significa que un investigador puede probar la expresión de un gen transgénico en diferentes tejidos mediante la cría de una línea UAS deseada con una línea Gal4 con el patrón de expresión deseado. Los patrones de expresión desconocidos también se pueden determinar utilizando la proteína fluorescente verde (GFP) como la proteína expresada por UAS. Drosophila en particular tiene miles de líneas Gal4 con patrones de expresión únicos y específicos, lo que hace posible probar la mayoría de los patrones de expresión dentro del organismo. [10]
La endogamia en animales a veces conduce a una deriva genética . La superposición continua de genes similares expone patrones genéticos recesivos que a menudo conducen a cambios en el rendimiento reproductivo, la aptitud y la capacidad de supervivencia. Una disminución en estas áreas se conoce como depresión endogámica . Se puede utilizar un híbrido entre dos cepas endogámicas para cancelar genes recesivos deletéreos, lo que da como resultado un aumento en las áreas mencionadas. Esto se conoce como heterosis . [11]
Las cepas endogámicas, al ser poblaciones pequeñas de individuos homocigotos, son susceptibles a la fijación de nuevas mutaciones a través de la deriva genética. El Laboratorio Jackson , en una sesión informativa sobre la deriva genética en ratones, calculó una estimación rápida de la tasa de mutación basada en los rasgos observados en 1 mutación fenotípica cada 1,8 generaciones, aunque advierten que es probable que se trate de una subrepresentación porque los datos que utilizaron eran para cambios fenotípicos visibles y no cambios fenotípicos dentro de las cepas de ratones. Añaden además que estadísticamente cada 6-9 generaciones, se fija una mutación en la secuencia codificante, lo que lleva a la creación de una nueva subcepa. Se debe tener cuidado al comparar los resultados de que no se comparen dos subcepas, porque las subcepas pueden diferir drásticamente. [12]
"El período anterior a la Primera Guerra Mundial condujo al inicio de la endogamia en ratas por la Dra. Helen King en 1909 aproximadamente y en ratones por el Dr. CC Little en 1909. Este último proyecto condujo al desarrollo de la cepa de ratones DBA, ahora ampliamente distribuida como las dos subcepas principales DBA/1 y DBA/2, que se separaron en 1929-1930. Los ratones DBA casi se perdieron en 1918, cuando las principales cepas fueron aniquiladas por la paratifoidea murina, y solo quedaron vivos tres ratones sin pedigrí. Poco después de la Primera Guerra Mundial, la endogamia en ratones comenzó a una escala mucho mayor por el Dr. LC Strong, lo que llevó en particular al desarrollo de las cepas C3H y CBA, y por el Dr. CC Little, lo que dio lugar a la familia de cepas C57 (C57BL, C57BR y C57L). Muchas de las cepas de ratones más populares se desarrollaron durante la década siguiente, y algunas están estrechamente relacionadas. La evidencia de la uniformidad de "El ADN mitocondrial sugiere que la mayoría de las cepas comunes de ratones endogámicos probablemente derivaron de una sola hembra reproductora hace unos 150 a 200 años".
"Muchas de las cepas endogámicas de ratas más utilizadas también fueron desarrolladas durante este período, varias de ellas por Curtis y Dunning en el Instituto de Investigación del Cáncer de la Universidad de Columbia. Las cepas que datan de esta época incluyen F344, M520 y Z61 y más tarde ACI, ACH, A7322 y COP. El trabajo clásico de Tryon sobre la selección de ratas brillantes y aburridas condujo al desarrollo de las cepas endogámicas TMB y TMD, y más tarde al uso común de ratas endogámicas por parte de los psicólogos experimentales". [7]
Se han realizado numerosos estudios sobre las numerosas cepas endogámicas de ratones. [1] El Laboratorio Jackson mantiene de forma activa un cuadro genealógico basado en esas relaciones, [7] que se puede encontrar en su sitio web. [13]
El GM Rommel comenzó a realizar experimentos de endogamia en cobayas en 1906. Las cepas 2 y 13 de cobayas se derivaron de estos experimentos y todavía se utilizan en la actualidad. Sewall Wright se hizo cargo del experimento en 1915. Se enfrentó a la tarea de analizar todos los datos acumulados producidos por Rommel. Wright se interesó seriamente en construir una teoría matemática general de la endogamia. En 1920, Wright había desarrollado su método de coeficientes de trayectoria, que luego utilizó para desarrollar su teoría matemática de la endogamia. Wright introdujo el coeficiente de endogamia F como la correlación entre gametos unidos en 1922, y la mayor parte de la teoría de la endogamia posterior se desarrolló a partir de su trabajo. La definición del coeficiente de endogamia que ahora se usa más ampliamente es matemáticamente equivalente a la de Wright. [7]
El pez japonés Medaka tiene una alta tolerancia a la endogamia, y una de sus líneas ha sido criada en pares durante 100 generaciones sin evidencia de depresión endogámica, lo que proporciona una herramienta lista para la investigación de laboratorio y las manipulaciones genéticas. Las características clave del Medaka que lo hacen valioso en el laboratorio incluyen la transparencia de las primeras etapas de crecimiento, como el embrión, las larvas y los juveniles, lo que permite la observación del desarrollo de los órganos y sistemas dentro del cuerpo mientras el organismo crece. También incluyen la facilidad con la que se puede crear un organismo quimérico mediante una variedad de enfoques genéticos, como la implantación de células en un embrión en crecimiento, lo que permite el estudio de cepas quiméricas y transgénicas de Medaka en un laboratorio. [14]
Aunque hay muchos rasgos del pez cebra que vale la pena estudiar, incluida su regeneración, hay relativamente pocas cepas endogámicas de pez cebra, posiblemente porque experimentan mayores efectos de la depresión endogámica que los ratones o los peces Medaka, pero no está claro si los efectos de la endogamia se pueden superar para poder crear una cepa isogénica para uso en laboratorio. [15]
