Cruces genéticos

Genetics

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Summary

Para diseccionar los procesos genéticos o crear organismos con nuevas suites de rasgos, los científicos pueden realizar cruces genéticos, o el acoplamiento útil de dos organismos. La recombinación de material genético parental en la cría permite a los investigadores deducir las funciones, interacciones y localizaciones de los genes.

Este video examinará cómo genéticas cruces eran influyentes en el desarrollo de tres leyes de Mendel de la herencia, que forman la base de nuestra comprensión de la genética. Una técnica de cruce genético que primero fue desarrollada para organismos unicelulares como la levadura, conocida como análisis de la tétrada, se presentará luego en detalle, seguida de algunos ejemplos de cómo se utiliza esta herramienta clásica en estudios genéticos hoy.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Fundamentos de la genética. Cruces genéticos. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Un cruce genético es el útil apareamiento de dos individuos resultantes de la combinación de material genético en la descendencia. Cruces se pueden realizar en muchos sistemas de modelo — incluyendo plantas, levaduras, moscas y ratones y puede utilizarse para diseccionar los procesos genéticos o crear organismos con rasgos de novela.

Este video cubre algunos de los principios de cruces genéticos, examinar uno de los métodos para llevar a cabo cruces conocidos como análisis de la tétrada y discutir varias aplicaciones de esta técnica.

En primer lugar, vamos a introducir los principios básicos de la herencia que hacen cruces genéticos posibles.

Fenotipo de un organismo, o composición de rasgos, está influenciada por su constitución genética o genotipo. En la reproducción más sexual de los organismos, la generación parental produce células haploides gametos, que tienen una copia de cada cromosoma distinto. Entonces estos fusionan durante el apareamiento para producir una descendencia diploide con dos copias homólogas de cada cromosoma. Si ambos cromosomas contienen el mismo alelo, o una forma variante de un gen, entonces el organismo es "homocigótico" en ese locus genético; de lo contrario, es "heterocigoto".

Para comenzar el ciclo nuevamente, el organismo diploide nuevamente genera gametos haploides mediante meiosis. Durante este proceso, los dos cromosomas homólogos se someten a "recombinación", donde se intercambian los bits de secuencias equivalentes entre la pareja. Este proceso se baraja para los alelos paternos heredados por cada descendiente, aumentando su diversidad genética.

Una de las primeras personas para llevar a cabo cruces genéticos sistemáticas fue el "padre de la genética," Gregor Mendel. Utilizando la planta del guisante fácilmente manipulables, y examinando una serie de rasgos con los consistentes patrones de herencia, Mendel pudo derivar tres leyes básicas de la herencia que formarían la base de la genética.

Primera ley de Mendel es la ley de uniformidad, que dice que la descendencia heterocigoto de la primera, o F1, generación de dos individuos homocigóticos tendrá el fenotipo de uno sólo de los padres. El alelo establecer este fenotipo se llama "dominante", mientras que el alelo "oculto" es "recesivo". Ahora sabemos que las relaciones de dominación son menos claros, con casos como el de dominancia incompleta, donde los heterocigotos expresan un fenotipo mezclado; y codominantes, donde aparecen ambos fenotipos.

La ley de la segregación dice que un alelo se asignaron al azar a cada gameto. Mediante la observación de que la descendencia de la F2 de la autofecundación de los individuos de F1 heterocigoto muestra una proporción fenotípica de 3:1, pero que dos de los individuos fenotípicamente dominantes son realmente heterocigotos, Mendel dedujo que los dos alelos de los padres deben ser heredada por separado. Hoy sabemos que la segregación se produce durante la meiosis, cuando los dos cromosomas homólogos de padres diploides se dividen al azar en haploid las células hijas, cada una hereda uno de los dos alelos.

Tercera ley de Mendel es el derecho de independiente, que afirma que los rasgos son heredados independientemente. Ahora sabemos que independencia absoluta sólo existe para los caracteres controlados por genes en los cromosomas separados en el conjunto haploide, que se distribuyen independientemente a las células hijas durante la meiosis. Para dos genes del mismo cromosoma, la distancia entre ellas es inversamente proporcional a la probabilidad que se recombinan en cromosomas homólogos diferentes, y por extensión, la probabilidad de que ellos se heredan juntos en la misma descendencia. Por lo tanto, analizando los cuatro productos meióticas de un organismo diploide proporciona una manera para que los científicos mapear la localización de genes.

Después de revisar los principios detrás de cruces genéticos, echemos un vistazo a un protocolo para el análisis de la tétrada.

Esta técnica se aplica generalmente a ciertas algas unicelulares u hongos, tales como levadura, a diseccionar los cuatro productos meióticas haploides o esporas, que en estas especies permanecen juntos como una "tétrada" dentro de un solo cuerpo de la célula.

Para realizar el análisis de la tétrada en la levadura, las cepas deseadas primero se cultivan en medios apropiados. Las células de levadura de colonias individuales pueden mate, por ejemplo por vetas de cada cepa en un patrón cruzado en una nueva placa. Esta placa es plateado de réplica en medios selectivos para aislar solamente el producto diploide de la Cruz.

Las células diploides son cultivadas en medios pobres en nutrientes para inducir la esporulación y la tétrada de la formación. Las ascas, que son las estructuras que sostienen las tétradas de esporas, son digeridas en soluciones que contienen la enzima zymolyase. Después de la digestión, asci individuales es manipulados utilizando un microscopio de disección de tétrada. Son dispuestos en lugares específicos en una placa de crecimiento y perturbados para liberar las esporas individuales. Estos pueden colocarse en un patrón de cuadrícula, donde cada espora generaría una colonia individual que puede analizarse más.

Ahora que sabes cómo se realizaron el análisis de la tétrada, vamos a examinar algunas de las muchas aplicaciones o modificaciones de esta técnica.

Disección manual de tétradas es desperdiciador de tiempo, y los investigadores han ideado alternativas de alto rendimiento, tales como secuenciación basados en código de barras de tétradas. En este método, la progenie diploide de una levadura Cruz se transformó con una biblioteca de plásmidos, cada una de ellas contiene una secuencia corta, única conocida como un "código de barras" que actúa como un identificador de cada progenie. La plásmidos también expresan GFP, que ascos de levadura ser seleccionados a través de citometría de flujo y ordenados en placas de agar. El asci se lisis masiva en las placas y las esporas se les permitiera crecer en pequeñas colonias. Las colonias entonces se distribuyeron al azar para placas de 96 pocillos para genotipificación. El código de barras único secuencia permite a los investigadores del grupo las cuatro colonias que surgieron de las esporas de cada tétrada.

Cruces genéticos pueden usarse para generar células de levadura con un gran número de canceladuras del gene. En el proceso de monstruo verde, haploid levadura mutada con canceladuras del gene diferente marcadas por la GFP son apoyadas y esporulado. Estas progenies haploides, algunos de los cuales llevan eliminaciones heredadas de ambos padres, se ordenan mediante citometría de flujo activada por fluorescencia, donde intensidad GFP mostró correlación con el número de eliminaciones presentes en una cepa especial de levadura. Éstos seleccionaron las células fueron cultivadas y volver a cruzar. Repitiendo este ciclo genera cepas de levadura que contiene numerosas eliminaciones.

Por último, cruces genéticos han sido adaptados para el uso en muchos sistemas de modelo, como el parásito intracelular que causa la malaria Plasmodium. Porque el parásito puede reproducirse sólo dentro de otras células, todos los pasos de cruce deben realizarse en ratones o mosquitos, el parásito hospedador natural y vector, respectivamente. Aquí, los ratones fueron infectados con dos únicas cepas de Plasmodium en la etapa de parásito de la sangre. Los parásitos luego fueron transferidos a los mosquitos mediante alimentación de sangre, y una vez dentro de ellos convertido en gametos que se fertilizan a zigotos diploides forma. Los esporozoitos maduros fueron cosechados de la mosquito y utilizados para infectar ratones ingenua, donde los parásitos se propagaban para aislar la progenie cruzada de interés.

Sólo has visto video de Zeus en cruces genéticos. En este video, introdujo los principios de la herencia, cómo cruza genética de algunos organismos puede ser analizada con disección de la tétrada y algunas aplicaciones actuales. ¡Como siempre, gracias por ver!

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