¿Qué son genes ligados? (biología)
¿Qué son los genes ligados?
Los genes ligados son aquellos genes que están en un mismo cromosoma y se heredan como si fuesen una sola entidad. Este comportamiento de los genes es lo que ha permitido el mapeo genético por ligamiento y recombinación.
En los tiempos de Mendel, otros investigadores, como los esposos Boveri, habían observado que en el núcleo de la célula había cuerpos que segregaban durante el proceso de división celular. Estos eran los cromosomas.
Posteriormente, con los trabajos de Morgan y su grupo, se tuvo una comprensión más clara de la herencia de genes y cromosomas. Es decir, que los genes segregan como los cromosomas que los portan (teoría cromosómica de la herencia).
Ser humano y genes
Hay, como sabemos, muchos menos cromosomas que genes. El ser humano, por ejemplo, tiene unos 20.000 genes repartidos en 23 cromosomas distintos (carga haploide de la especie).
Cada cromosoma está representado por una larga molécula de ADN en la que están codificados separadamente muchísimos genes. Cada gen reside en un sitio (locus) particular de un cromosoma específico, y a su vez, cada cromosoma porta muchos genes.
En otras palabras, todos los genes que están en un mismo cromosoma están ligados entre sí. Cuando están muy separados entre sí en el mismo cromosoma, o en diferentes cromosomas, se dice que son independientes.
El proceso de intercambio físico de ADN entre los cromosomas se denomina recombinación. Si dos genes están ligados, pero muy separados entre sí, siempre ocurrirá recombinación y los genes segregarán, tal como lo observó Mendel.
Ligamiento
Para observar y demostrar el ligamiento, el investigador procede a realizar cruces con individuos que presenten una manifestación contrastante del fenotipo de los genes bajo estudio (por ejemplo, P: AAbb X aaBB).
Todos los descendientes F1 serán AaBb. Del cruce dihíbrido AaBb X aabb (o cruce de prueba) uno esperaría una descendencia F2 que mostrase las proporciones genotípicas (y fenotípicas) 1AaBb:1Aabb:1aaBb:1aabb.
Pero esto solo es cierto si los genes no están ligados. El primer indicio genético de que dos genes están ligados es que se observa una predominancia de los fenotipos paternos: es decir, Aabb + aaBb >>AaB_b + aabb.
Repulsión y acoplamiento
En el caso de genes ligados que usamos como ejemplo, los individuos producirán mayoritariamente gametos Ab y aB, más que gametos AB y ab.
Como el alelo dominante de un gen está asociado al alelo recesivo del otro gen, se dice que ambos genes están ligados en repulsión. Si se observa un predominio de los alelos AB y ab sobre los gametos Ab y aB, se dice que los genes están ligados en acoplamiento.
Es decir, los alelos dominantes están acoplados a la misma molécula de ADN. O lo que es lo mismo, están asociados al mismo cromosoma. Esta información es sumamente útil en el mejoramiento genético.
Esto permite establecer el número de individuos que deben ser analizados cuando los genes están ligados y se quiere seleccionar, por ejemplo, los dos caracteres dominantes.
Esto sería más difícil de conseguir cuando ambos genes están en repulsión y el ligamiento es tan estrecho que casi no hay recombinación entre ambos genes.
Desequilibrio en el ligamiento
La existencia del ligamiento constituyó en sí mismo un enorme avance en nuestra comprensión de los genes y su organización. Pero además, también nos permitió entender cómo puede actuar la selección en las poblaciones y explicar un poco la evolución de los seres vivos.
Existen genes que están tan ligados que solo se producen dos tipos de gametos en lugar de los cuatro que permitiría la distribución independiente.
Desequilibrio en el ligamiento
En casos extremos, estos dos genes ligados (en acoplamiento o en repulsión) solo aparecen en un tipo de asociación en la población. Si esto ocurre, se dice que existe desequilibrio en el ligamiento.
El desequilibrio en el ligamiento ocurre, por ejemplo, cuando la falta de los dos alelos dominantes disminuye las probabilidades de sobrevivencia y reproducción de los individuos.
Esto ocurre cuando los individuos son producto de fertilización entre gametos ab. La fertilización entre gametos aB y Ab, por el contrario, aumenta la probabilidad de sobrevivencia del individuo.
Estos tendrán al menos un alelo A y un alelo B, y mostrarán las correspondientes funciones asociadas silvestres.
El ligamiento, y su desequilibrio, también puede explicar por qué algunos alelos indeseables de un gen no son eliminados de la población. Si ellos están muy ligados (en repulsión) a alelos dominantes de otro gen que confiere ventajas a su portador (por ejemplo, aB), el estar asociado al “bueno” permite la permanencia del “malo”.
La recombinación y el mapeo genético por ligamiento
Una consecuencia importante del ligamiento es que permite determinar la distancia entre genes ligados. Esto resultó ser históricamente cierto y condujo a la generación de los primeros mapas genéticos.
Para ello fue necesario comprender que los cromosomas homólogos pueden cruzarse entre sí durante la meiosis en un proceso denominado recombinación.
Al recombinar, se producen gametos distintos a aquellos que podría producir un individuo solo por segregación. Como los recombinantes se pueden contar, es posible expresar matemáticamente qué distancia separa a un gen de otro.
En los mapas por ligamiento y recombinación se cuentan los individuos que son recombinantes entre un par de genes en particular. Luego, se calcula su porcentaje en términos del total de la población de mapeo empleada.
Por convención, un uno por ciento (1%) de recombinación es una unidad de mapa genético (umg). Por ejemplo, en una población de mapeo de 1.000 individuos se encuentran 200 recombinantes entre los marcadores genéticos A/a y B/b. Por lo tanto, la distancia que los separa en el cromosoma es de 20 umg.
En la actualidad, 1 umg (que es un 1% de recombinación) se denomina cM (centi Morgan). En el caso anterior, la distancia entre A/a y B/b es de 20 cM.
El mapeo genético por ligamiento y sus limitaciones
En un mapa genético se pueden sumar distancias en cM, pero no se pueden, obviamente, sumar porcentajes de recombinación. Hay que mapear siempre genes que estén separados lo suficientemente como para poder medir distancias cortas.
Si la distancia entre dos marcadores es muy alta, la probabilidad de que exista un evento de recombinación entre ellos es igual a 1. Por lo tanto, siempre recombinarán y estos genes se comportarán como si se distribuyeran independientemente aunque estén ligados.
Por otro lado, por razones de diversa índole, los mapas medidos en cM no se relacionan linealmente con la cantidad de ADN involucrada. Además, la cantidad de ADN por cM no es universal, y para cada especie particular es un valor particular y promedio.
Referencias
- Genetics: Analysis and Principles. McGraw-Hill Higher Education.
- Goodenough, U. W. (1984). Genetics. W. B. Saunders Co. Ltd.
- Griffiths, A. J. F., Wessler, R., Carroll, S. B., Doebley, J. (2015). An Introduction to Genetic Analysis.