¿Te has preguntado alguna vez por qué te pareces a tus padres o, incluso, a tus hermanos? La respuesta es la herencia.
La herencia genética, ¡no la del dinero de tus tías abuelas!, es cuando los rasgos o características se transfieren de los padres a su descendencia, a través de su ADN. Durante la reproducción sexual y asexual, los organismos transmiten su material genético o ADN a su descendencia.
A continuación, describimos qué es la herencia genética, como se transmite, qué tipos hay y una breve introducción a las leyes de Mendel, quien estudió las bases de la herencia de caracteres.
Definición de herencia genética
Herencia: Transferencia de los rasgos de los padres a la descendencia durante la reproducción sexual o asexual.
El material genético pasa, o se hereda, de los padres a la descendencia durante la reproducción. La reproducción varía según los distintos grupos de organismos:
- Los organismos procariotas (como las arqueas y las bacterias) se reproducen por fisión binaria, un tipo de reproducción asexual.
- Los organismos eucariotas (como las plantas y los animales) se reproducen por vía sexual o asexual.
En este artículo, nos centraremos en la reproducción sexual en eucariotas. La reproducción sexual se produce cuando los gametos (óvulos y espermatozoides) de dos progenitores se unen para producir un óvulo fecundado, llamado cigoto (ver Figura 1). Los gametos se producen mediante un proceso conocido como meiosis; son diferentes a las demás células porque tienen la mitad del número de cromosomas que una célula normal.
Algunos organismos eucariotas también pueden reproducirse asexualmente. Esto ocurre cuando un organismo se reproduce sin la ayuda de otro progenitor, ya sea mediante la clonación de sí mismo (a través de la mitosis) o mediante el desarrollo de un óvulo no fecundado. Esta reproducción da lugar a una descendencia genéticamente idéntica al progenitor.
Sabemos que los humanos no pueden reproducirse asexualmente, pero muchas plantas y otros animales tienen esta capacidad, ¡incluidos algunos tiburones y lagartos, entre otros!
Fig. 1: Transmisión de la información genética en organismos diploides. En la reproducción sexual, los gametos formados (2) contienen la mitad de los cromosomas del padre o madre (1), los cuales se distribuyen al azar. La fusión de dos gametos forma un cigoto con dos juegos de cromosomas (3).
En el caso de los humanos, la mitad de nuestros cromosomas provienen de nuestra madre (en el óvulo) y la otra mitad de nuestro padre (en el espermatozoide). Así obtenemos los dos juegos de cromosomas que tienen todas nuestras células corporales, al igual que cualquier organismo diploide.
Los humanos tenemos con 23 cromosomas diferentes y, como son dos juegos de ellos, en total contamos con 46 cromosomas (23 pares). Como pudiste ver, ejemplificamos el proceso simplificado de transmisión de los cromosomas de padres a hijos en la Figura 1, incluyendo estos pasos:
- Las células parentales en este ejemplo poseen originalmente 2 cromosomas, cada uno emparejado: azul es un juego de cromosomas y rosa es otro. Es decir, cada par está formado por un cromosoma azul y uno rosa.
- Los gametos se forman mediante meiosis y contienen la mitad de los cromosomas originales: 2 cromosomas, pero sin pareja (estos se distribuyen al azar).
- Fecundación: Se forma un cigoto con 2 cromosomas, cada uno emparejado nuevamente.
Cada cromosoma es una molécula muy larga de ADN y contiene segmentos más cortos, llamados genes. Muchos genes contienen la información que determinan ciertos rasgos (como el color de los ojos o del cabello), mientras que otros controlan o regulan la activación de otros genes. Cuando decimos que los padres transfieren rasgos a su descendencia, quiere decir que transfieren sus genes. Por eso, un gen es la unidad básica de la herencia.
Herencia genética: Alelos
Para entender cómo funciona la herencia genética, debemos conocer el concepto de alelo.
Alelo: es una de las muchas versiones que puede tener un gen.
Por ejemplo, el gen del color de los ojos tiene variaciones para el color azul, para el verde o para el marrón. Estas versiones se denominan alelos.
Como tu genoma no es idéntico al de tus padres (porque tienes una copia de cada uno), la expresión de los rasgos que heredas de tus ellos puede ser diferente.
Por ejemplo, tus padres pueden tener los ojos marrones, mientras que tú tienes los ojos azules.
Eso no significa que tus padres no sean tus padres; simplemente, quiere decir que algunas variantes de un gen (del color de los ojos, en el caso del ejemplo) son más fuertes (dominantes) que otras (recesivas). Estas variantes se llaman alelos.
Volvamos al ejemplo del color de los ojos, para ayudarnos a entender esta base esencial de la herencia.
En primer lugar, digamos que el alelo de los ojos marrones está representado por la letra "B" y el alelo de los ojos azules por la letra "b".
Ahora, si alguien ha heredado dos alelos o variaciones diferentes del gen para el color de ojos y, por tanto, tiene la combinación "Bb", ¿qué color de ojos tendría?
La investigación nos dice que el alelo de los ojos marrones es dominante y el alelo de los ojos azules es recesivo (más débil). Un alelo dominante domina o enmascara al otro (recesivo), de ahí que el alelo de los ojos marrones (B) se escriba con mayúscula.
Por lo tanto, ¡nuestro sujeto tendría ojos marrones!
- Homocigoto es un organismo que posee dos alelos iguales para un gen.
- Heterocigoto es un organismo que posee dos alelos diferentes para un gen.
Los alelos o genes que se heredan se conocen como genotipo. Estos genes y los factores ambientales determinan cómo se expresan los rasgos, conocidos como fenotipo.
En nuestro ejemplo anterior, el sujeto tenía el genotipo "Bb" (heterocigoto) y el fenotipo de ojos marrones.
Un sujeto con el genotipo "BB" (homocigoto para el alelo dominante) también tendría ojos marrones, lo que demuestra que diferentes genotipos pueden dar lugar al mismo fenotipo. Únicamente un individuo homocigoto para el alelo recesivo "bb" tendría los ojos azules.
- El genotipo son los genes o variaciones (alelos) que tiene un organismo.
- El fenotipo son los rasgos expresados por un organismo, determinados por los genes y los factores ambientales.
Herencia genética: Las leyes de Mendel
Gregor Mendel fue un científico alemán que investigó con plantas de guisantes cómo funciona la herencia de los caracteres. Aunque vamos a profundizar en su trabajo en otros artículos, aquí veremos las tres leyes que formuló:
- Ley de la uniformidad de los híbridos de la primera generación: Cuando dos razas puras (homocigotas, una dominante y otra recesiva) se entrecruzan, todos los descendientes que produce este cruce son iguales entre sí (heterocigotos), ya que son iguales al progenitor con el fenotipo dominante (ver Figura 2A).
En el caso del experimento que hizo Mendel, al cruzar una planta de guisante de semillas amarillas (genotipo homocigoto dominante "AA") con otra de semillas verdes (genotipo homocigoto recesivo aa), todos los descendientes en la primera generación tuvieron el fenotipo dominante (porque tienen genotipo heterocigoto "Aa")
- Ley de la segregación: Los factores hereditarios (alelos) se separan y transmiten de manera independiente durante la formación de gametos. Así, cuando se forman los gametos haploides, cada uno contiene solo un alelo (un cromosoma) (Ver Figura 2B).
Al cruzar dos plantas heterocigotas "Aa" con semillas amarillas, los descendientes serán una mezcla de 3 genotipos: "AA", "Aa" y "aa". Esto se debe a que las plantas "Aa" producirán algunos gametos con el alelo "A" y otros con el alelo "a" (se segregan y transmiten separadamente al formarse los gametos), dando como resultado la combinación al azar de los dos alelos.
- Ley de la transmisión independiente: Los factores hereditarios de diferentes rasgos (diferentes genes) se heredan de manera independiente. Esto puede dar por resultado que se transmitan alelos a los descendientes en nuevas combinaciones, que son diferentes a las de sus progenitores.
Al cruzar una planta con semillas amarillas y lisas (genotipo homocigoto dominante para los 2 genes AABB) con otra de semillas verdes y rugosas (genotipo homocigoto recesivo para los 2 genes aabb), los descendientes de las distintas generaciones serán una mezcla de genotipos: fenotipos parentales (amarillas-lisas y verdes-rugosas) y nuevas combinaciones de fenotipos (amarillas-rugosas y verdes-lisas). Esto ocurre porquese espera que cada gen y sus alelos se transmitan de forma independiente (o no siempre juntos).
Fig. 2: Segregación de alelos en la herencia mendeliana. Se muestra un cruce entre homocigotos (A) y entre heterocigotos (B). El color (amarillo/verde) representa el fenotipo.
Tipos de herencia genética
Los estudios de Mendel con las plantas de guisantes fundaron las bases de la genética, que estudia los procesos y patrones de la herencia. Sin embargo, existen muchos caracteres que no siguen las leyes de Mendel al heredarse, es decir, tienen un patrón de herencia no-mendeliano o más complejo. Debido a esto, se pueden clasificar los tipos de herencia genética como mendeliana y no-mendeliana.
Herencia mendeliana
En la herencia mendeliana, la descendencia hereda los genes de sus padres de una manera que sigue los principios propuestos inicialmente por Gregor Mendel. Esto incluye la herencia monohíbrida (características controladas por un solo gen) y dihíbrida (características controladas por dos genes). Mendel estudió caracteres determinados por un solo gen, y cada gen con solamente dos alelos. Las leyes de Mendel describen los genotipos esperados en la progenie, dependiendo del genotipo de los padres, incluyendo las frecuencias esperadas de cada uno.
Herencia no mendeliana
La herencia no mendeliana es cualquier patrón de herencia que no siga lo predicho por las leyes de Mendel. Hay varias razones por las que la descendencia puede no seguir los patrones mendelianos:
- Los rasgos que Mendel estudió en los guisantes siguen un patrón más simple, ya que todos son determinados por un solo gen con dos alelos, donde uno es dominante sobre el otro (dominancia completa). Sin embargo, muchos rasgos son determinados por más de un gen, o por más de dos alelos.
- Además, los genes pueden presentar ligamiento, y no segregarse independientemente, o pueden no seguir los patrones mendelianos de dominancia.
- También puede haber interacciones adicionales entre los genes que afecten al fenotipo resultante.
Los genes ligados al sexo, es decir, genes que se encuentran en unos de los dos cromosomas sexuales (X y Y), no siguen un patrón de herencia mendeliano. Esto se debe a que hembras y varones presentan diferentes formas de heredar estos cromosomas: el bebé hereda un juego de cromosomas de la madre y otro del padre.
En el caso del cromosoma sexual, la madre (que es XX) siempre transmitirá un cromosoma X. Por eso, una bebé hembra (XX) habrá heredado el segundo cromosoma (X) del padre, pero un bebé varón habrá heredado el cromosoma Y del padre (por eso es XY). Es decir, los individuos varones no tienen 2 copias de cada gen (2 alelos) del cromosoma X, ya que solo heredaron uno de estos.
La sección Mendelismo complejo describe con más detalle estos patrones de herencia.
Herencia genética: Herencia intermedia y codominancia
Estos tipos de herencia se refieren a distintos grados de dominancia de los alelos que, como mencionamos antes, siguen un patrón no mendeliano. En algunos casos, la progenie entre dos líneas puras de progenitores no expresa el fenotipo de ninguno de los dos padres, sino que presentan un fenotipo diferente. Esto nos indica que ninguno de los alelos es completamente dominante sobre el otro. El fenotipo en estos casos depende del grado o nivel de dominancia de los alelos.
Aparte de la dominancia completa expresada por los guisantes de Mendel, existen otros dos tipos de dominancia:
- Dominancia intermedia o incompleta: la progenie heterocigótica presenta un fenotipo que, normalmente, es una mezcla o intermedio entre los fenotipos de los padres homocigóticos.
Los alelos que determinan el color de la flor en el dondiego de noche son codominantes. Al cruzar una línea parental homocigota para el color rojo (representado como RR) con otra homocigota para el color blanco (representado como BB), se obtiene la progenie heterocigótica de color rosado (RB).
- Codominancia: los alelos son codominantes y se expresan simultáneamente en la progenie heterocigótica.
Las células sanguíneas llevan antígenos en la superficie que los científicos han clasificado como antígenos A, B y O (el tipo O no produce antígenos). Si pensamos en A, B y O como alelos, podemos entender la herencia de estos genes. El O es un alelo recesivo, lo que significa que si se hereda el AO, se tiene sangre del tipo A; o si se hereda el BO, se tiene el tipo B. Para tener sangre del tipo O, hay que heredar dos alelos O.
De acuerdo con lo anterior, los tipos de sangre A y B se conocen como alelos codominantes. Esto significa que si heredas los alelos AB, ¡tendrás antígenos tanto A como B en tus células sanguíneas!
Herencia genética - Puntos clave
- La herencia genética es la transferencia de rasgos o caracteres de los padres a su descendencia, en forma de información genética
- La unidad de la herencia es el gen. Un gen determina un rasgo y puede tener distintas variaciones llamadas alelos.
- La combinación de alelos que posee un organismo es su genotipo, mientras que la expresión o apariencia del genotipo es el fenotipo.
- La genética estudia, en parte, la variación en genes y cómo se transfieren de padres a hijos. Las bases de la genética son los trabajos de Gregor Mendel con la herencia de caracteres en plantas.
- La herencia genética puede ser mendeliana —si sigue las predicciones de las leyes de Mendel— o no mendelianas —si no siguen estas predicciones y tienen patrones de herencia más complejos—.
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