GENÉTICA GENERAL

DR. OSCAR MASCORRO GALLARDO

Departamento de Fitotecnia

Academia de Genética (tercer piso)

1. INTRODUCCIÓN (3 h)

OBJETIVO: Analizar la importancia de esta ciencia en la producción dealimentos en el contexto de la formación del Ingeniero Agrónomoespecialista en Parasitología Agrícola

2. ARREGLO Y COMPORTAMIENTO DEL MATERIALGENÉTICO EN LA CÉLULA ( 9 h)

OBJETIVO: Estudiar y comprender la estructura y el comportamientodel material hereditario a nivel cromosómico

3. ESTRUCTURA QUÍMICA Y EXPRESIÓN DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA EN LA CÉLULA (12 h)

OBJETIVO: Estudiar la estructura y propiedades de la moléculade la herencia y el concepto de gen en porcariontes y eucariontesasí como el concepto de mutación y los tipos de mutacionesa nivel génico y/o cromosómico

4. TRANSMISIÓN Y TIPOS DE ACCIÓN DE LOS GENES (18 h)

OBJETIVO: Analizar el mecanismo de la transmisión hereditaria así como losdistintos tipos de interacción de los genes que muestran patrones de herencia Mendeliana y no Mendeliana.

5. GENÉTICA DE POBLACIONES (3h)

OBJETIVO: Estudiar la composición y estructura genética de lasPoblaciones así como los factores involucrados en el cambio deLas frecuencias génicas y genotípicas de las mismas

6. GENÉTICA DE LA RESISTENCIA A PATÓGENOS Y PLAGAS EN LAS PLANTAS (3 h)

OBJETIVO: Utilizando los conceptos revisados en las unidades previasse hará un breve análisis de algunso mecanismos involucrados en latolerancia o resistencia de las plantas a las enfermedades causadaspor virus, bacterias y hongos.

EVALUACION

EXAMENES (3) 90%

TAREAS Y PARTICIPACIÓN 10%

Libros de texto 1

Libros de texto 2

Libros de texto 3

GENÉTICA: Ciencia que estudia las leyes y principios de la herencia y la variación en los seres vivos

Herencia: Tendencia que siguen los seres vivos que los hace parecerse a sus progenitores

Variación: Tendencia que siguen los seres vivos que loshace diferenciarse de sus progenitores

La Genética trata de responder a las siguientes cuestiones:

1. Sobre la naturaleza física del material hereditario

2. Sobre la transmisión del material hereditario

3. Sobre la expresión del material hereditario

4. Sobre la mutabilidad del material hereditario

ORIGEN DE LA GENÉTICA

Johan Gregor Mendel (1822-1884)Considerado el fundador de la genética, publicó en 1866 el trabajo“Experimentos de hibridación en plantas” donde básicamenteestablece las bases para responder a la cuestión de cómo setransmiten los genes o el material hereditario en las plantas

Los trabajos de Mendel permanecen ignorados hasta 1900, cuandoSe re descubren por tres científicos de manera independiente: Carl Correns, Hugo de Vries y Tschemark

Entonces, la Genética es una ciencia que surge en el siglo XX

Charles Darwin publica El Origen de lasEspecies en 1859

Aunque la Teoría de la Selección Natural ha sidoprobada y comprobada innumerables veces,en el libro Darwin incurre en errores al tratar deexplicar la herencia y la variación en los seresvivos.

Si tan solo hubiera puesto atención a las contribuciones de Mendel, que fue su contem-poráneo, hubiera visto que las teorías de Mendelllenaban las lagunas sobre la herencia y la variación de su teoria sobre la selección natural. .

GENÉTICA BÁSICA

Estudia los fenómenos de la herencia y la variación con la finalidad decomprender estos procesos

GENÉTICA APLICADA

Utiliza los conocimientos generados por la Genética Básica para darlesuna aplicación práctica en el mejoramiento genético de animales yplantas y en la medicina humana

RAMAS DE LA GENÉTICA BÁSICA

RAMA OBJETO DE ESTUDIO

GENÈTICA MOLECULAR Las bases químicas de la herencia

CITOGENÉTICA Las bases celulares de la herencia

GENÉTICA MENDELIANA La transmisión de los factores hereditarios de una generación a la siguiente

GENÉTICA CUANTITATIVA La herencia de los caracteres poligénicos

GENÉTICA DE POBLACIONES Las frecuencias génicas y genotípicas en las poblacionesy su dinámica

GENÉTICA MOLECULAR

OBJETO DE ESTUDIO: Las bases químicas de laHerencia.

NIVEL DE ESTUDIO: molecular

CIENCIAS RELACIONADAS: química, bioquímica

TEMAS RELEVANTES: Estructura y replicación del ADNExpresión de los genes (síntesis de proteínas)Código genéticoConcepto molecular del gen (cistrón)

CITOGENÉTICA

OBJETO DE ESTUDIO: Las bases celulares de la herencia.

NIVEL DE ESTUDIO: celular

CIENCIAS RELACIONADAS: citología, microscopía, biología celular.

TEMAS RELEVANTES:

Estructura de la cromatinaCariotiposCiclo celularDivisión celular por meiosisLigamiento y mapas genéticos

GENÉTICA MENDELIANA

OBJETO DE ESTUDIO: La transmisión deLos genes y los caracteres que gobiernan de una generación a la siguiente.

NIVEL DE ESTUDIO: individuos y su progenie

CIENCIAS RELACIONADAS: algebra, probabilidades

TEMAS RELEVANTES:Concepto Mendeliano del genLeyes de MendelDominanciaAnomalias Mendelianas

CARACTERES CUALITATIVOS O MENDELIANOS ESTÁN DETERMINADOS POR UNO O DOS PARES DE GENES.

Color de ojosColor del peloPresencia o no de cuernosForma de la semillaColor de la semilla

Análsis estadístico de las cruzas

La F1 es constante, sólose manifiesta un caráctery el otro desaparece

En la F2 el carácter recesivo reapareceen proporción 1/4

plants

seeds

F1 x F1

Carácter

dominante

Carácter

recesivo

GENÉTICA CUANTITATIVA

OBJETO DE ESTUDIO: Los caracteresCuantitativos

NIVEL DE ESTUDIOS: Individuos y poblaciones

CIENCIAS RELACIONADAS: Estadística,Matemáticas

TEMAS RELEVANTES:Herencia poligénicaFenotipo y medio ambienteHeredabilidadSelección artificial

Distribución Normal

CARACTERES CUANTITATIVOS O DE HERENCIA POLIGÉNICA, ESTÁN DETERMINADOS POR MUCHOS GENES CON EFECTOS ACUMULATIVOS Y MUY AFECTADOS POR EL AMBIENTE

Color de la semilla de trigoRendimientoPeso del cuerpoCoeficiente intelectualProducción de huevo en avesAltura de las plantasAltura de humanosColor de la piel en humanos

GENÉTICA DE POBLACIONES

OBJETO DE ESTUDIO: Las composicióngenética de las poblaciones de reproducción sexual y los factores quealteran esta composición.

NIVEL DE ESTUDIOS: poblaciones

CIENCIAS RELACIONADAS: matemáticas

TEMAS RELEVANTES:Frecuencias génicas y genotípicasLey de Hardy-WeinbergEquilibrio genéticoEndogamia y sus efectos

RAMAS DE LA GENÉTICA APLICADA

1) FITOGENÉTICA El mejoramiento genético de las plantas cultivadas

2) ZOOGENÉTICA El mejoramiento genético de los animales domésticos

3) GENÉTICA MÉDICA El estudio de los defectos hereditarios para su diagnósticoy prevención oportuna.

4) INGENIERÍA GENÉTICA La manipulación de la información genética de los organismosmediante técnicas de ADN recombinante

FITOGENÉTICA O GENOTECNIA VEGETAL: Rama de la genética aplicada que utiliza los conocimientos de la genética básica para llevar a cabo el mejoramiento genético de las especies de plantas cultivadas

RAMAS DE LA GENÉTICA BÁSICA RELACIONADAS: Genética Mendeliana,Genética cuantitativa y Genética de Poblaciones.

Rendimiento Rendimiento Porcentaje Estrés Estrés

Cultivo récord promedio del rendim. biótico abiótico

kg/ha kg/ha récord % pérdidas % pérdidas

Maíz 19 300 4 600 23.8 10.1 65.8

Trigo 14 500 1 880 13 5 82.1

Papa 94 100 28 300 30.1 18.9 54.1

Cebada 11 400 2 050 18 6.7 75.4

Soya 7 390 1 610 21.8 9 69.3

Tabla 1. Rendimiento récord y rendimiento promedio reportado para algunos

cultivos y estimación de Las pérdidas en relación al rendimiento récord,

debidas a estrés biótico o abiótico (Bray et al., 2000)

MAÍZ HÍBRIDO: Uno de los grandes logros de la fitogenética.

Depresión endogámica que se produceen el maíz por efecto de la autofecundación

PRODUCCIÓN DE TRITICALE MEDIANTE CRUZAS INTERESPECÍFICAS

REVOLUCIÓN VERDE

GENERACIÓN DE VARIEDADES MUY RENDIDORAS DE TRIGO POR EL DR. NORMAN BORLUAG. SE LLEVO A CABO EN MEXICO A FINALES DE LOS AÑOS 50 Y EN LOS 60s.DIO ORIGEN AL CIMMYT Y OTROS CENTROS ALREDEDOR DEL MUNDO. COMENZÓ CON TRIGO Y LUEGO SE EXTENDIÓ A MAÍZ , ARROZ, PAPA, YUCA

TRIGO •PLANTAS ENANAS DE TRIGO •POR LO TANTO SOPORTAN ALTOS NIVELES DE N SIN ACAMARSE•RESISTENCIA A LA ROYA•INSENSIBLES AL FOTOPERIODO•ALTAMENTE ADAPTABLES

RENDIMIENTOS (BUSHELS/ACRE)

CULTIVO 1950 1964 1972 1982 1992 2002

TRIGO 18 30 35 40 45 55

MAIZ 40 60 100 120 130 140

ZOOGENÉTICA O GENOTECNIA ANIMAL: Rama de la Genética Aplicada queUtiliza los conocimientos de la Genética Básica para llevar a cabo la mejora deLas especies de animales domésticos.

RAMAS DE LA GENÉTICA BÁSICA RELACIONADAS: Genética Mendeliana,Genética Cuantitativa y Genética de Poblaciones.

OBTENCIÓN DE RAZAS DE PERROS

Starlight

Clonación de una hembra Longhorn

GENÉTICA MÉDICA: Utiliza los conocimientos de la Genética básicaPara explicar y prevenir las enfermedades hereditarias en los humanos.

RAMAS DE LA GENÉTICA BÁSICA RELACIONADAS: Citogenética,Genética Molecular, Genética Mendeliana, Genética de Poblaciones,Genética Cuantitativa.

SINDROME DE DOWN Y SU DIAGNÓSTICO

CARIOTIPO DE UN NIÑO VARÓN CONSINDROME DE DOWN

Prueba de paternidad confirma que el bebe es hijo de sus padres declarados. Los tres aparecen en la foto con el certificado deanálsis de ADN.Amplificación de un locus en una

prueba de paternidad. Rutinariamente se prueban unos16 loci diferentes en una pruebade paternidad, de tal forma quela probabilidad de equivocarsees ínfima. En el ejemplo, el padre putativo (AF= allegated father) de la izquierda queda descartado y el de la derecha no.

Detección de huellas genéticas deADN de una víctima asesinada (V), En manchas de sangre en la ropa(pantalón y camiseta) de un sospechoso (D).La huella genética de la víctimaes la misma que la de las manchasde sangre en el sospechoso

La genética médica molecular enla medicina forense.

INGENIERÍA GENÉTICA: Busca la modificación genética de microorganismos,plantas y animales mediante técnicas de ADN recombinante, sin que se requiera de la reproducción sexual.

RAMAS DE LA GENÉTICA BÁSICA RELACIONADAS: Genética Molecular.

Producción de la hormonadel crecimiento

Producción de maíz Bt

Transformación de plantas

Agroinfección: tabaco, papa,jitomate, clavel,crisantemo.

Todas lasdicotiledóneasque se hantratado detransformar

Greenpeace’s Breakfast

¿Son algunos productos transgénicos dañinosa la salud en humanosy animales?

NO, aunque algunos quePodrían serlo, deben someterse a diversas pruebasen modelos animales antesque se apruebe su consumoen humanos.

Propiedades de

los organismos

experimentales

modelo de la

genética

Ciclo corto de vida

Muchas genera-

ciones en poco

tiempo

Generaciones

numerosas

Fácil de manejar

Variación genética

Organismos experimentales en la era de la Genética Molecular

Sus requerimientos, además de los enlistados antes, son:

Con un genoma pequeño

Poco ADN repetido

Que se puedan transformar genéticamente

Con mutaciones en cada gen (knock-out)

Que esté secuenciado su ADN

ESPECIE NOMBRE CIENTIFICO TAMAÑO DEL NÚMERO DE

GENOMA 106 pb GENES

Arabidopsis Arabidopsis thaliana 125 26 000

Arroz Oryza sativa 420 45 000

Maíz Zea mays 2 500 59 000

Frijol Phaseolus vulgaris 600

Trigo Triticum aestivum 16 000

Humano Homo sapiens 3 000 30 000

Levadura Saccharomyces cerevisiae 12 5 800

nemátodo Caenorhabditis elegans 97 18 424

Mosca fruta Drosophila melanogaster 120 13 600

bacteria Escherichia coli 4.6 4 288

Arabidopsis thaliana

La secuencia completa de on organismo, lo vuelve accesible al uso deherramientas genómicas, como los microarreglos, que permiten elanálisis de todos los genes bajo condiciones diversas (ataque de patógenos,de insectos, frío, calor, sequía, luz, obscuridad, etc.)

LA GENÉTICA HA TENIDO Y TIENE UNA GRAN APLICACIÓN EN EL

CAMPO DE LA PARASITOLOGÍA AGRÍCOLA:

EJEMPLOS:

1) Teoría gen a gen (resistencia vertical)

2) Resistencia horizontal (¿existe o no existe?)

3) Revolución verde (Dr. Norman Borlaug, fitopatólogo y genetista.

Premio Nobel de la Paz, 1970)

2) Primera generación de plantas transgénicas, resistentes a

herbicidas y/o insectos.

Los genes R codifican proteínas señalizadoras

RESISTENCIA VERTICAL (GENES R)

rr RR

RR

RR

RR

RR

RR

Rr

RETRASANDO LA RESISTENCIA A BT EN LOS INSECTOS MEDIANTE EL USO DE REFUGIOS:

LOS INSECTOS QUE EVENTUALMENTEADQUIEREN UN GEN DE RESISTENCIAA Bt (gen r), SE CRUZAN CON INSECTOSSUCEPTIBLES (con el gen R). LOS HOMOCIGOTOS RR Y LOSHETEROCIGOTOS Rr MUEREN EN UNCULTIVO Bt Y LA PROBABILIDAD QUESE OBTENGAN INSECTOS RESISTENTESHOMOCIGOTOS rr SE REDUCEN.

PREGUNTAS PARA EL PARASITOLOGODEL SIGLO XXI:

¿Qué superficie debe ser no transgénica?¿De la misma especie o de otra especie?¿Con que arreglo en el espacio?¿Uso de control integrado?