Un cruce monohíbrido es un cruce entre dos organismos con diferentes variaciones en un locus genético de interés. [1] [2] Los caracteres que se estudian en un cruce monohíbrido están regidos por dos o múltiples variaciones para una única ubicación de un gen. Luego, para llevar a cabo dicho cruce, se elige a cada progenitor para que sea homocigoto o de raza pura para un rasgo determinado (locus). Cuando un cruce satisface las condiciones para un cruce monohíbrido, generalmente se detecta por una distribución característica de la descendencia de segunda generación (F 2 ), que a veces se denomina proporción monohíbrida.
Generalmente, el cruce monohíbrido se utiliza para determinar la relación de dominancia entre dos alelos . El cruce comienza con la generación parental. Un progenitor es homocigoto para un alelo y el otro progenitor es homocigoto para el otro alelo. La descendencia constituye la primera generación filial ( F1 ). Cada miembro de la generación F1 es heterocigoto y el fenotipo de la generación F1 expresa el rasgo dominante. [3] El cruce de dos miembros de la generación F1 produce la segunda generación filial (F2). La teoría de la probabilidad predice que tres cuartas partes de la generación F2 tendrán el fenotipo del alelo dominante. Y la cuarta parte restante de los F2 tendrán el fenotipo del alelo recesivo. Esta proporción fenotípica prevista de 3:1 supone la herencia mendeliana .
Gregor Mendel (1822-1884) fue un monje austríaco que teorizó las reglas básicas de la herencia. [4] De 1858 a 1866, crió guisantes de jardín ( Pisum sativum ) en el jardín de su monasterio y analizó la descendencia de estos apareamientos. El guisante de jardín fue elegido como organismo experimental porque había muchas variedades disponibles que se reproducían fielmente para los caracteres cualitativos y su polinización podía ser manipulada. Las siete características variables que Mendel investigó en las plantas de guisante fueron. [5]
. [6] Los guisantes normalmente se autopolinizan porque los estambres y los carpelos están encerrados dentro de los pétalos. Al quitar los estambres de las flores inmaduras, Mendel pudo cepillar el polen de otra variedad sobre los carpelos cuando maduraron. [7]
Todos los guisantes producidos en la segunda generación o generación híbrida eran redondos.
Todos los guisantes de esta generación F1 tienen un genotipo Rr. Todos los espermatozoides y óvulos haploides producidos por meiosis recibieron un cromosoma. Todos los cigotos recibieron un alelo R (del progenitor de semilla redonda) y un alelo r (del progenitor de semilla rugosa). Debido a que el alelo R es dominante sobre el alelo r, el fenotipo de todas las semillas fue redondo. La proporción fenotípica en este caso de cruce monohíbrido es 1.
Mendel permitió entonces que sus guisantes híbridos se autopolinizaran. El rasgo arrugado, que no aparecía en su generación híbrida, reapareció en el 25% de la nueva cosecha de guisantes.
La unión aleatoria de números iguales de gametos R y r produjo una generación F2 con 25% RR y 50% Rr (ambos con el fenotipo redondo) y 25% rr con el fenotipo arrugado.
Mendel permitió que algunos de cada fenotipo de la generación F2 se autopolinizaran. Sus resultados:
Un tercio de las semillas redondas y todas las semillas arrugadas de la generación F2 eran homocigotas y produjeron sólo semillas del mismo fenotipo.
Pero dos tercios de las semillas redondas de la F2 eran heterocigotas y su autopolinización produjo ambos fenotipos en la proporción de un cruce F1 típico.
Las proporciones de los fenotipos son aproximadas. [8] La unión de espermatozoides y óvulos es aleatoria. Sin embargo, a medida que aumenta el tamaño de la muestra, las desviaciones aleatorias se minimizan y las proporciones se aproximan más a las predicciones teóricas. La tabla muestra la producción real de semillas de diez de las plantas F1 de Mendel. Si bien sus plantas individuales se desviaron ampliamente de la proporción esperada de 3:1, el grupo en su conjunto se acercó bastante a ella.
Para explicar sus resultados, Mendel formuló una hipótesis que incluía lo siguiente: En el organismo, hay un par de factores que controlan la aparición de una característica dada. (Se llaman genes). El organismo hereda estos factores de sus padres, uno de cada uno. Un factor se transmite de generación en generación como una unidad discreta e inmutable. (El factor r en la generación F2 pasó a través de la generación F1 de semillas redondas. A pesar de esto, las semillas rr en la generación F2 no eran menos arrugadas que las de la generación P). Cuando se forman los gametos, los factores se separan y se distribuyen como unidades a cada gameto. Esta afirmación a menudo se llama la regla de segregación de Mendel. Si un organismo tiene dos factores diferentes (llamados alelos) para una característica, uno puede expresarse con exclusión total del otro (dominante vs. recesivo).
Una buena hipótesis cumple varios estándares.
Para comprobar su hipótesis, Mendel predijo el resultado de un experimento de reproducción que aún no había llevado a cabo. Cruzó guisantes redondos heterocigóticos (Rr) con guisantes arrugados (homocigóticos, rr). Predijo que en este caso la mitad de las semillas producidas serían redondas (Rr) y la otra mitad arrugadas (rr).
Para un observador casual en el jardín del monasterio, el cruce no parecía diferente del cruce P descrito anteriormente: guisantes de semillas redondas cruzados con guisantes de semillas rugosas. Pero Mendel predijo que esta vez produciría semillas tanto redondas como rugosas y en una proporción de 50:50. Realizó el cruce y cosechó 106 guisantes redondos y 101 guisantes rugosos.
Mendel probó su hipótesis con un tipo de retrocruzamiento llamado cruzamiento de prueba . Un organismo tiene un genotipo desconocido que es uno de los dos genotipos (como RR y Rr) que producen el mismo fenotipo. El resultado de la prueba identifica el genotipo desconocido.
Mendel no se detuvo allí. Prosiguió cruzando variedades de guisantes que diferían en otros seis caracteres cualitativos. En todos los casos, los resultados apoyaron su hipótesis. Cruzó guisantes que diferían en dos caracteres. Descubrió que la herencia de un carácter era independiente de la del otro y así formuló su segunda regla: la regla de la distribución independiente. Hoy en día, se sabe que esta regla no se aplica a algunos genes, debido al ligamiento genético . [9]