Complementación (genética)
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La complementación se refiere a un proceso genético en el que dos cepas de un organismo con diferentes mutaciones recesivas homocigóticas que producen el mismo fenotipo mutante (por ejemplo, un cambio en la estructura de las alas de las moscas) tienen descendencia que expresa el fenotipo de tipo salvaje cuando se aparean o cruzan. La complementación se producirá normalmente si las mutaciones están en genes diferentes (complementación intergénica). La complementación también puede ocurrir si las dos mutaciones están en sitios diferentes dentro del mismo gen (complementación intragénica), pero este efecto suele ser más débil que el de la complementación intergénica. Cuando las mutaciones están en genes diferentes, el genoma de cada cepa proporciona el alelo de tipo salvaje para "complementar" el alelo mutado del genoma de la otra cepa. Dado que las mutaciones son recesivas, la descendencia mostrará el fenotipo de tipo salvaje. Una prueba de complementación (a veces llamada prueba " cis-trans ") puede comprobar si las mutaciones en dos cepas están en genes diferentes. La complementación suele ser más débil o nula si las mutaciones están en el mismo gen. La conveniencia y esencia de esta prueba es que las mutaciones que producen un fenotipo pueden asignarse a genes diferentes sin el conocimiento exacto de lo que el producto génico está haciendo a nivel molecular. El genetista estadounidense Edward B. Lewis desarrolló la prueba de complementación.
Ejemplo de una prueba de complementación sencilla
Para un ejemplo simple de una prueba de complementación, supongamos que un genetista está interesado en estudiar dos cepas de moscas de ojos blancos de la especie Drosophila melanogaster , más comúnmente conocida como la mosca común de la fruta. En esta especie, las moscas de tipo salvaje tienen ojos rojos, y se sabe que el color de los ojos está relacionado con dos genes, A y B. Cada uno de estos genes tiene dos alelos, uno dominante que codifica una proteína funcional ( A y B respectivamente) y uno recesivo que codifica una proteína defectuosa ( a y b respectivamente). Dado que ambas proteínas son necesarias para la síntesis de la pigmentación roja en los ojos, si una mosca dada es homocigota para a o b , tendrá ojos blancos.
En genética, se puede realizar una prueba de complementación para comprender la interacción entre diferentes cepas genéticas. Esta prueba a menudo implica cruzar dos cepas de raza pura, como las moscas de ojos blancos, de orígenes separados. El proceso implica aparear dos moscas, cada una de una cepa diferente. El color de los ojos de la progenie resultante determina el resultado de la prueba. Si la progenie presenta ojos rojos, indica que las dos cepas se complementan entre sí. Por el contrario, si la progenie tiene ojos blancos, sugiere que no hay complementariedad.
La complementación ocurre cuando cada cepa posee una mutación homocigótica diferente (por ejemplo, una cepa tiene el genotipo 'aa BB' y la otra 'AA bb'), lo que da como resultado un genotipo heterocigótico ('AaBb') en la progenie que produce un fenotipo diferente al de los progenitores. La no complementación se observa cuando ambas cepas comparten la misma mutación homocigótica, como 'aaBB', 'AAbb' o 'aabb', lo que da como resultado una progenie con un fenotipo idéntico a las cepas progenitoras.
Pruebas de complementación en hongos y bacteriófagos
Las pruebas de complementación también se pueden realizar con eucariotas haploides como hongos , con bacterias y con virus como bacteriófagos . [1] La investigación sobre el hongo Neurospora crassa condujo al desarrollo del concepto de un gen-una enzima que proporcionó la base para el desarrollo posterior de la genética molecular. [2] [3] La prueba de complementación fue una de las principales herramientas utilizadas en los primeros trabajos de Neurospora, porque era fácil de hacer y permitía al investigador determinar si dos mutantes nutricionales eran defectuosos en el mismo gen o en genes diferentes.
La prueba de complementación también se utilizó en el desarrollo temprano de la genética molecular cuando el bacteriófago T4 era uno de los principales objetos de estudio. [4] En este caso, la prueba depende de infecciones mixtas de células bacterianas hospedadoras con dos tipos diferentes de mutantes de bacteriófagos. Su uso fue clave para definir la mayoría de los genes del virus y sentó las bases para el estudio de procesos tan fundamentales como la replicación y reparación del ADN y cómo se construyen las máquinas moleculares .
Complementación genética, heterosis y evolución de la reproducción sexual
La heterosis es la tendencia de los individuos híbridos a superar en tamaño y vigor a sus progenitores de raza pura. Este fenómeno se conoce desde hace mucho tiempo en animales y plantas. La heterosis parece deberse en gran medida a la complementación genética, es decir, al enmascaramiento de alelos recesivos perjudiciales en los individuos híbridos.
En general, los dos aspectos fundamentales de la reproducción sexual en eucariotas son la meiosis y el cruzamiento cruzado . Se ha propuesto que estos dos aspectos tienen dos ventajas selectivas naturales, respectivamente. Se propone que la meiosis es adaptativa porque facilita la reparación recombinatoria de daños en el ADN que de otro modo serían difíciles de reparar. Se propone que el cruzamiento cruzado es adaptativo porque facilita la complementación, es decir, el enmascaramiento de alelos recesivos deletéreos [5] (véase también heterosis ). Se ha propuesto que el beneficio de enmascarar alelos deletéreos es un factor importante en el mantenimiento de la reproducción sexual entre eucariotas. Además, la ventaja selectiva de la complementación que surge del cruzamiento cruzado puede explicar en gran medida la evitación general de la endogamia en la naturaleza (por ejemplo, consulte los artículos reconocimiento de parentesco , depresión endogámica y tabú del incesto ). [6]
Prueba de complementación cuantitativa
Se utiliza en genética cuantitativa para descubrir mutantes recesivos. En este caso, se toman las deficiencias y se las cruza con un haplotipo que se cree que contiene el mutante recesivo.
Excepciones
Estas reglas (patrones) no carecen de excepciones. En ocasiones, los mutantes no alélicos pueden no complementarse (esto se conoce como "no complementación no alélica" o "no complementación no ligada"). Se trata de un fenómeno poco común que depende del tipo de mutantes que se investigue. Por ejemplo, dos mutaciones podrían ser sintéticamente dominantes negativas . La transvección es otro caso, en el que una combinación heterocigótica de dos alelos con mutaciones en secciones distintas del gen se complementan entre sí para restablecer un fenotipo de tipo salvaje. [7]
Complementación intragénica
Cuando se mide la complementación entre dos mutantes defectuosos en el mismo gen, generalmente se encuentra que no hay complementación o que el fenotipo de complementación es intermedio entre los fenotipos mutante y de tipo salvaje. La complementación intragénica (también llamada complementación interalélica) se ha demostrado en muchos genes diferentes en una variedad de organismos, incluidos los hongos Neurospora crassa , Saccharomyces cerevisiae y Schizosaccharomyces pombe ; la bacteria Salmonella typhimurium ; y el virus bacteriófago T4 . [8] En varios de estos estudios, se aislaron numerosas mutaciones defectuosas en el mismo gen y se mapearon en un orden lineal basado en frecuencias de recombinación para formar un mapa genético del gen. Por separado, los mutantes se probaron en combinaciones por pares para medir la complementación. Un análisis de los resultados de dichos estudios condujo a la conclusión de que la complementación intragénica, en general, surge de la interacción de monómeros polipeptídicos defectuosos diferentes para formar un agregado llamado "multímero". [9] Los genes que codifican polipéptidos formadores de multímeros parecen ser comunes. Una interpretación de los datos es que los monómeros de polipéptidos a menudo están alineados en el multímero de tal manera que los polipéptidos mutantes defectuosos en sitios cercanos en el mapa genético tienden a formar un multímero mixto que funciona mal, mientras que los polipéptidos mutantes defectuosos en sitios distantes tienden a formar un multímero mixto que funciona de manera más efectiva. Jehle analizó las fuerzas intermoleculares probablemente responsables del autorreconocimiento y la formación de multímeros. [10]
Véase también
Referencias
- ^ Fincham JRS (1966). "Complementación genética". Science Progress . Biología molecular y microbiana. 3 (222). WA Benjamin: 1–18. ASIN B009SQ0G9C. OCLC 239023. PMID 4879184.
- ^ Beadle GW (2007). "Genética bioquímica: algunos recuerdos". En Cairns, J.; Stent, GS; Watson, JD (eds.). Fago y los orígenes de la biología molecular (4.ª ed.). Laboratorio de Biología Cuantitativa de Cold Spring Harbor. págs. 23–32. ISBN 978-0879698003.
- ^ Horowitz NH (abril de 1991). "Hace cincuenta años: la revolución de Neurospora". Genética . 127 (4): 631–5. doi :10.1093/genetics/127.4.631. PMC 1204391 . PMID 1827628.
- ^ Epstein RH, Bolle A, Steinberg CM, Kellenberger E, Boy De La Tour E, Chevalley R, Edgar RS, Susman M, Denhardt GH, Lielausis A (1963). "Estudios fisiológicos de mutantes letales condicionales del bacteriófago T4D". Cold Spring Harb. Symp. Quant. Biol . 28 : 375–394. doi :10.1101/SQB.1963.028.01.053.
- ^ Bernstein H, Byerly HC, Hopf FA, Michod RE (septiembre de 1985). "Daño genético, mutación y evolución del sexo". Science . 229 (4719): 1277–81. Bibcode :1985Sci...229.1277B. doi :10.1126/science.3898363. PMID 3898363.
- ^ Burt, A (2000). "Perspectiva: sexo, recombinación y eficacia de la selección: ¿tenía razón Weismann?". Evolution . 54 (2): 337–351. doi : 10.1111/j.0014-3820.2000.tb00038.x . PMID 10937212. S2CID 30363198.
- ^ Galouzis, Charalampos Chrysovalantis; Prud'homme, Benjamín (20 de diciembre de 2021). "Relevancia y mecanismos de transvección". Comptes Rendus Biologías . 344 (4): 373–387. doi : 10.5802/crbiol.69 . ISSN 1768-3238. PMID 35787607. S2CID 245358216.
- ^ Bernstein H, Edgar RS, Denhardt GH. Complementación intragénica entre mutantes sensibles a la temperatura del bacteriófago T4D. Genética. 1965;51(6):987-1002.
- ^ Crick FH, Orgel LE. La teoría de la complementación interalélica. J Mol Biol. 1964 enero;8:161-5. doi :10.1016/s0022-2836(64)80156-x. PMID 14149958
- ^ Jehle H. Fuerzas intermoleculares y especificidad biológica. Proc Natl Acad Sci US A. 1963;50(3):516-524. doi :10.1073/pnas.50.3.516
Enlaces externos
