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 los cromosomas del núcleo. En la herencia mendeliana , cada padre aporta uno de los dos alelos posibles para un rasgo. Si se conocen los genotipos de ambos padres en un cruce genético, se pueden utilizar las leyes de Mendel para determinar la distribución de fenotipos esperados 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.
La herencia no mendeliana juega un papel en varias enfermedades que afectaron los procesos. [ se necesita aclaración ] [1]
Los dominantes incompletos, 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, el principio de uniformidad funciona, 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 [ se necesita aclaración ] . La herencia intermedia fue examinada por primera vez por Carl Correns en el color de la flor de Mirabilis jalapa . [3] Antirrhinum majus también muestra una herencia intermedia de la pigmentación de las flores. [4]
En los casos de codominancia , los rasgos genéticos de ambos alelos diferentes del mismo locus genético 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 "erminette", salpicado de 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 proteína, cada una con un efecto diferente sobre los niveles de colesterol. [ cita necesaria ]
Cuando los genes están ubicados en el mismo cromosoma y no se produjo ningún cruce antes de la segregación de los cromosomas en los gametos , los rasgos genéticos se heredarán en conexión, debido al vínculo genético . Estos casos constituyen una excepción a la regla mendeliana de distribución independiente. [ cita necesaria ]
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 normalmente tiene 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 de los perros hay cuatro alelos en el locus Agouti. El alelo "aw" es dominante sobre los alelos "at" y "a", pero recesivo en "Ay". [ cita necesaria ]
Muchos otros genes tienen múltiples alelos, incluidos los genes humanos del tipo de sangre ABO . [ cita necesaria ]
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Si uno o más genes no pueden expresarse debido a otro factor genético que obstaculiza su expresión, esta epistasis puede hacer imposible que incluso los alelos dominantes en otros loci genéticos 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 ningún otro pigmento que no sea la feomelanina. Aunque el alelo "e" es un alelo recesivo en el propio locus de extensión, la presencia de dos copias aprovecha la dominancia de otros genes de color de pelaje. Los gatos domésticos tienen un gen con un efecto similar en el cromosoma X. [ cita necesaria ]
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 que depende 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 necesaria ]
La herencia extranuclear (también conocida como herencia citoplasmática) es una forma de herencia no mendeliana también 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. . Con base en esos datos determinó que el rasgo se transmitía a través de un carácter presente en el citoplasma del óvulo . Investigaciones posteriores realizadas por Ruth Sager y otros identificaron el 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] condujo finalmente al descubrimiento de material genético en las mitocondrias, el ADN mitocondrial . [ cita necesaria ]
Según la teoría endosimbionte , las mitocondrias y los cloroplastos alguna vez fueron organismos de vida libre y cada uno de ellos fue absorbido por una célula eucariota. [11] Con el tiempo, las mitocondrias y los cloroplastos formaron una relación simbiótica con sus huéspedes eucariotas. Aunque la transferencia de una serie de genes desde estos orgánulos al núcleo les impide vivir de forma independiente, cada uno todavía posee material genético en forma de ADN bicatenario. [ cita necesaria ]
Es la transmisión de este ADN orgánulo la responsable del fenómeno de la herencia extranuclear. Tanto los cloroplastos como las mitocondrias están presentes únicamente en el citoplasma de los gametos maternos. Los gametos paternos ( los espermatozoides, por ejemplo) no tienen mitocondrias citoplasmáticas [ cita necesaria ] . Por tanto, el fenotipo de los rasgos vinculados a genes que se encuentran en los cloroplastos o en las mitocondrias están determinados 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 necesaria ]
Muchos rasgos se producen por la interacción de varios genes. Se dice que los rasgos controlados por dos o más genes son rasgos poligénicos . Poligénico significa que se necesitan "muchos genes" para que el organismo desarrolle el rasgo. Por ejemplo, al menos tres genes participan en la producción 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 colores de piel en los humanos se debe en parte a que al menos cuatro genes diferentes probablemente controlan este rasgo. [ cita necesaria ]
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 genética puede ser una de las principales formas de herencia no mendeliana. La conversión de genes surge durante la reparación del ADN mediante la recombinación del ADN , mediante la cual una parte de la información de la secuencia del ADN se transfiere de una hélice de ADN (que permanece sin cambios) a otra hélice de ADN, cuya secuencia está alterada. Esto puede ocurrir como una reparación de desajustes entre las hebras de ADN que se derivan de diferentes padres. Por tanto, la reparación del desajuste puede convertir un alelo en otro. Este fenómeno puede detectarse 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 continuar residiendo en el citoplasma de estas células. Si la presencia de estas partículas da como resultado un fenotipo alterado, entonces este fenotipo puede transmitirse posteriormente a la descendencia. [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 infectado del progenitor materno. Esto dará como resultado una transmisión uniparental del rasgo, al igual que en la herencia extranuclear. [ cita necesaria ]
Uno de los ejemplos mejor estudiados de herencia infecciosa es el fenómeno asesino exhibido 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 tanto, el virus M sólo puede infectar células que ya albergan partículas de virus L. El ARN viral M codifica una toxina secretada por la célula huésped. Mata las células susceptibles que crecen muy cerca del huésped. El ARN viral M también vuelve a la célula huésped inmune a los efectos letales de la toxina. Por lo tanto, para que una célula sea susceptible debe no estar infectada o albergar únicamente el virus L. [ cita necesaria ]
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 será infectada con los virus L y M. Por lo tanto, el fenotipo asesino se transmitirá a toda la descendencia. [ cita necesaria ]
También se han identificado en Drosophila rasgos hereditarios que resultan de la infección con partículas extrañas . Las moscas silvestres normalmente se recuperan completamente 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 descendencia. Esta sensibilidad se debe a la infección por el virus σ (Sigma), un rabdovirus capaz sólo de infectar a Drosophila . [15]
Aunque este proceso suele estar asociado a 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 más de herencia no mendeliana. Al igual que en la herencia convencional, los genes de un rasgo determinado se transmiten a la descendencia de ambos padres. Sin embargo, estos genes se marcan epigenéticamente antes de la transmisión, alterando sus niveles de expresión. Estas huellas se crean antes de la formación de gametos y se borran durante la creación de células de la línea germinal. Por lo tanto, se puede crear un nuevo patrón de impresión con cada generación. [ cita necesaria ]
Los genes se imprimen de manera diferente según el origen parental del cromosoma que los contiene. En ratones, el gen del factor de crecimiento 2 similar a la insulina sufre una impresión. 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 aquellos con 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 en la madre, la descendencia exhibirá enanismo , mientras que un alelo paterno generará un ratón de tamaño normal. Esto se debe a que el gen materno Igf2 está impreso. La impronta da como resultado la inactivación del gen Igf2 en el cromosoma transmitido por la madre. [18]
Las huellas 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 padres. Los sitios con metilación significativa están asociados con niveles bajos de expresión genética . Se encuentra una mayor expresión genética en sitios no metilados. [19] En este modo de herencia, el fenotipo está determinado no sólo por el alelo específico transmitido a la descendencia, sino también por el sexo del padre que lo transmitió.
Los individuos que poseen células con diferencias genéticas con respecto a otras células de su cuerpo se denominan mosaicos. Estas diferencias pueden ser el resultado de mutaciones que ocurren en diferentes tejidos y en diferentes períodos de 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 en los espermatozoides y pueden transmitirse a la descendencia. [20] Las mutaciones que ocurren en las primeras etapas del desarrollo afectarán a una mayor cantidad de células y pueden dar como resultado un individuo que puede identificarse como un mosaico basado estrictamente en el fenotipo.
El mosaicismo también resulta de un fenómeno conocido como inactivación del X. Todas las hembras de los mamíferos tienen dos cromosomas X. Para evitar problemas de dosificación de genes letales , uno de estos cromosomas se desactiva después de la fertilización . Este proceso ocurre de forma aleatoria para todas las células del cuerpo del organismo. Debido a que es casi seguro que los dos cromosomas X de una mujer determinada diferirán en su patrón específico de alelos, esto dará como resultado fenotipos celulares diferentes dependiendo de qué cromosoma esté silenciado. Los gatos calicó , que son casi todos hembras, [21] demuestran una de las manifestaciones más comúnmente observadas de este proceso. [22]
Los trastornos por 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] Normalmente, en los individuos, el número de unidades repetidas es relativamente bajo. Con cada generación sucesiva, existe la posibilidad de que aumente el número de repeticiones. Cuando esto ocurre, la progenie puede progresar a una premutación y, en última instancia, a un estado afectado. Las personas con un número de repeticiones que se encuentra en el rango de premutación tienen buenas posibilidades de tener hijos afectados. Aquellos que progresan al estado afectado exhibirán síntomas de su enfermedad particular. Los trastornos destacados de la repetición de trinucleótidos incluyen el síndrome de X frágil y la enfermedad de Huntington . En el caso del síndrome de X frágil, se cree que los síntomas son el resultado del aumento de la metilación y la consiguiente expresión reducida del gen de discapacidad intelectual X frágil en individuos con un número suficiente de repeticiones. [24]