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¿Se produce el cruce de cromosomas entre hombres y mujeres o viceversa?

¿Se produce el cruce de cromosomas entre hombres y mujeres o viceversa?


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Mi entendimiento es par de cromosomas homólogos, que significa cromosoma masculino y femenino dentro del ADN. Entonces, si eso es homólogo, ¿cómo le va al hombre con la mujer? ¿Se da la vuelta y cambia de dirección, eso no podría suceder ya que el cromosoma 1 masculino (digamos) es indistinguible del femenino? ¿Y qué pasa con el cromosoma XY en el hombre, digamos? Sé que algunos son pseudoautosomales, pero la mayoría son nucleótidos de cromosomas sexuales normales. Entonces, ¿qué pasa con ellos?


La pregunta no me queda clara, pero espero que ayude un poco.

Mi entendimiento es par de cromosomas homólogos, que significa cromosoma masculino y femenino.

No hay cromosomas masculino y femenino. Los cromosomas no tienen sexo. En humanos, a excepción del cromosomaYtodos los cromosomas se pueden encontrar en individuos de cualquier sexo.

Sin embargo, hay cromosomas heredados por el padre y cromosomas heredados por la madre. Como dijiste, el cromosoma heredado por la madre es indistinguible del cromosoma heredado por el padre al comparar su secuencia (pueden diferir en términos de cambios epigenéticos).

cromosoma dentro del ADN.

Un cromosoma no está dentro del ADN. ADN es el nombre de la molécula muy larga de la que está hecho (principalmente) un cromosoma. El ADN se puede organizar en diferentes formas, una de las cuales está en cromosomas (otra sería un plásmido, por ejemplo). Si bien aún podría sonar gracioso, es más correcto hablar del ADN dentro de un cromosoma que hablar del cromosoma dentro del ADN.

Entonces, si eso es homólogo, ¿cómo le va al hombre con la mujer?

Esto no está muy claro ... ¿hacer qué? ¿Por qué el cromosoma heredado por el padre (asumiendo que esto es lo que quiere decir con cromosoma masculino) haría algo con el cromosoma heredado por la madre y no al revés? Si bien está claro por lo que sigue que le gustaría hablar sobre la recombinación, no entiendo hacia dónde se dirige.

¿Se da la vuelta y cambia de dirección, eso no podría suceder ya que el cromosoma 1 masculino (digamos) es indistinguible del femenino?

No entiendo en qué tipo de "cambio" estás pensando. Probablemente debería echar un vistazo al artículo de wikipedia para cruzar.

En resumen, las sinapsis se forman durante la profase I de la meiosis y cuando ocurre la segregación, las sinapsis se resuelven con una probabilidad de $ frac {1} {2} $ de causar un evento de recombinación. La sinapsis ocurre cuando permiten que aparezcan pares de cromosomas homólogos que asegurarán su separación durante la anafase 1. Probablemente debería tomarse un tiempo para revisar el significado de este párrafo.

¿Y qué pasa con el cromosoma XY en el hombre, digamos?

Lo siento, eso tampoco está claro.

Sé que algunos son pseudoautosomales, pero la mayoría son nucleótidos de cromosomas sexuales normales. Entonces, ¿qué pasa con ellos?

Parece que no entiende qué es un cromosoma sexual y qué significa pseudoautosomal.

En resumen, en los humanos, solo hay un par de cromosomas sexuales (XXoXYdependiendo del sexo). Los otros 22 pares de cromosomas son autosomas. No existe tal cosa como un cromosoma pseudo-autosómico en humanos, pero hay una región pseudo-autosómica en elY-cromosoma.

La mayoría deYEl cromosoma nunca se recombina (mientras que elXcromosoma recombinante solo en mujeres) ya que nunca está presente con otroYcromosoma en la misma célula. Solo hay una secuencia corta en la parte superior delYcromosoma que se recombina con elXcromosoma, esta región se llama región pseudo-autosómica. Esta región probablemente todavía existe para permitir la separación deXyYcromosomas durante la anafase I.


Tenga en cuenta también que parece muy concentrado en los humanos (sin decirlo y tal vez sin darse cuenta). La diversidad de la determinación del sexo es enorme. Es posible que desee echar un vistazo a ¿Los machos de todas las especies sexuales tienen cromosomas Y?


Existe una diferencia entre los procesos de meiosis y mitosis. La meiosis generalmente conduce a 23 cromosomas en una nueva célula, mientras que la mitosis generalmente conduce a 46 cromosomas en una nueva célula. Como todo ser humano normal debe tener 46 cromosomas, debes obtener 23 de tu padre y 23 de tu madre. La meiosis crea células que son necesarias para que los humanos procreen. La mitosis crea células que ayudan a un individuo a crecer.

Casi todas las células de su cuerpo tienen sus propios 46 cromosomas. Los glóbulos rojos, por ejemplo, son células que no tienen cromosomas. Cuando una célula tiene 23 cromosomas se llama célula haploide, y cuando tiene el doble se llama célula diploide.

Los cromosomas no son específicos de un género. Los cromosomas sexuales solo confieren género dependiendo de si obtienes una copia de cada uno de X e Y, o dos copias del cromosoma X. Entonces, podría tener un hombre que le pase 23 genes a su hija y luego la hija le pase algunos de esos cromosomas, después de la recombinación genética, a su hijo o hija. No importa. La separación es más o menos aleatoria.

Durante la recombinación genética, los cromosomas homólogos se cruzan por hebras de ADN que se cortan mediante procesos de biomoléculas. La imagen de este proceso se llama cruce de Holliday. Entonces se dan la vuelta y cambian de dirección, pero son solo hebras (también conocidas como cadenas) de ADN.


Cambios en el número y disposición de los genes

Un solo cromosoma puede provocar la pérdida de una pequeña parte en el extremo terminal, lo que se denomina deficiencia o deficiencia terminal. A veces, un cromosoma puede romperse, sin embargo, en dos puntos cualesquiera, liberando un segmento intercalar que puede resultar en forma de anillo o varilla, si sus extremos rotos están fusionados.

Si hay un centrómero en el segmento roto, sobrevive como un cromosoma pequeño pero deficiente. Si no hay centrómero con el segmento roto, se dice que es deleción y pronto se pierde durante la división nuclear.

Un cromosoma que muestra deleción se convierte en un cromosoma deficiente. En el caso del centrómero difuso, el segmento eliminado del cromosoma conserva su supervivencia y se agrega como un cromosoma extra al conjunto original.

En este tipo de cambio estructural, el contenido genético total del organismo se ve afectado. Si ABCDEFG son los genes de un cromosoma, entonces ABCDE es deficiencia y ABFG es deleción. Según Roberts (1975), todas las deficiencias son realmente intersticiales o por deleción debido a la presencia universal de telómeros.

Efecto citológico de la deleción:

En el heterocigoto de deleción, el apareamiento de cromosomas tiene lugar normalmente, pero en la región de la deleción donde faltan varios genes, los cromosomas normales se expulsan en forma de bucle y esto generalmente se denomina formación de hebilla. La deficiencia reduce la cantidad de cruces.

Efectos genotípicos y fenotípicos de las deficiencias:

La deficiencia es letal debido a la pérdida de genes. Los individuos con deficiencia homocigótica no logran sobrevivir porque falta un conjunto completo de genes. Cuando se pierde un segmento de un solo miembro de un par homólogo, formando un heterocigoto de deficiencia, el individuo sobrevive pero muestra un efecto fenotípico anormal o inusual.

La pérdida de un segmento muy pequeño de un cromosoma por deleción se comporta como una unidad mendeliana en herencia. Por lo tanto, algunas deficiencias muy pequeñas se confunden a veces con una mutación genética.

En otras palabras, es posible que pequeñas deleciones no impidan el desarrollo del organismo, pero producen algún carácter mutante en el individuo. Bridges descubrió y resolvió un caso clásico de deficiencia en 1917.

Un carácter mutante en Drosophila llamado muesca produce un margen con muescas en las alas. Esto se debe a una pequeña deleción en una determinada parte del cromosoma X. Se hereda como dominante ligado al sexo en la hembra y letal en el macho.

En la F1 descendientes, las hembras con alas con muescas eran todas de ojos blancos, mientras que la expectativa normal serían formas de ojos rojos, ya que el rojo es un carácter dominante. En ausencia de un alelo dominante debido a la deleción, el gen recesivo encuentra expresión fenotípica. Este tipo de expresión inesperada de carácter recesivo que es causada por la ausencia de un alelo dominante se llama psendodominancia.

(La deleción puede ser terminal en la que los segmentos faltantes se encuentran al final del cromosoma y pueden ser intercalares en los que las partes faltantes están en el medio del cromosoma).

(ii) Duplicación:

La presencia de una parte de un cromosoma en exceso del complemento normal se conoce como duplicación o, a veces, un segmento o una parte del cromosoma se repite en el mismo cromosoma. Estos segmentos duplicados adicionales se denominan duplicaciones.

Ocasionalmente, se encuentra que un núcleo es aberrante porque tiene material adicional más allá del que se encuentra en el complemento cromosómico normal. El material adicional puede estar en forma de cromosomas completos o conjuntos adicionales de cromosomas (si la pieza rota tiene un centrómero, se incluye como un cromosoma adicional) o puede ser solo una parte del cromosoma.

El último se denomina duplicación, que es diferente de los dos primeros. Es decir, adición de uno o más genes como resultado de lo cual el organismo porta el mismo segmento del cromosoma repetido en su complemento cromosómico haploide.

(Bajo deleción y pérdida por deficiencia de uno o más genes se exhibe. En duplicación, adición de uno o más genes, como resultado de lo cual el organismo porta el mismo gen repetido en su complemento cromosómico haploide).

Tipos de duplicaciones:

(a) Duplicación extracromosómica:

Si hay un centrómero en la pieza rota, se comporta como un cromosoma adicional o extra independiente.

El segmento duplicado se encuentra al lado de los mismos genes, en el cromosoma. Los genes duplicados se encuentran en el mismo orden que en el cromosoma normal, por ejemplo, si el orden de los genes en el cromosoma normal es ABCDEFGH.IJKL, la duplicación en tándem será ABCDECDEFGH.IJKL (el punto completo representa el centrómero).

(c) Duplicación en tándem inversa:

En este caso, el orden de los genes en el segmento duplicado de un cromosoma es el inverso de la secuencia original. Por ejemplo, en el caso anterior, sería ABCDEEDCFGH.IJKL.

(d) Duplicación desplazada:

En algunos casos, el segmento duplicado no se encuentra adyacente o cerca del segmento normal. Dependiendo de si la porción duplicada está en el mismo lado del centrómero (homo-braquial) o en el otro lado que el original (heterobraquial). En este caso tendríamos ABCDEFGCDEH.IJKL.

(e) Translocación o duplicación transpuesta:

En este caso, el segmento duplicado está unido a un cromosoma no homólogo. La región duplicada puede transponerse a un cromosoma no homólogo intersticialmente (o intercalario) o terminalmente (terminal). En este caso, sería MNOPCDEQ.RSTUV.

En Drosophila, Bridges encontró que algunos individuos que son definitivamente homocigotos para genes recesivos exhibían los caracteres dominantes. Esto en el análisis, se ha encontrado debido a material cromosómico adicional que lleva el gen dominante.

Si el material cromosómico adicional está provisto de un centrómero, podría existir como un cromosoma separado, pero cuando no tiene un centrómero, está unido a uno de los cromosomas normales. Las duplicaciones son menos dañinas que las de los efectos de las eliminaciones.

Algunas veces, un pequeño segmento de un cromosoma puede duplicarse como resultado de un cruce desigual, y dicha duplicación se denomina repetición. En Drosophila, los ojos de barra mutante que son estrechos y constreñidos se deben a un pequeño gen duplicado. La duplicación ha contribuido a la evolución. Debido al aumento en el número de genes, es posible que aparezcan diferentes mutaciones en un mismo gen sin afectar las funciones normales del organismo.

Cambios en la disposición de los genes loci:

(i) Translocación:

El término translocación fue utilizado por Bridges y Morgan en 1923 para indicar el comportamiento inusual de los cromosomas durante el cual un segmento de uno de ellos se une a otro cromosoma. Ésta es la importante y más compleja de todas las aberraciones cromosómicas. Durante este proceso, un segmento eliminado se mueve de su posición normal en un cromosoma a una nueva situación en un cromosoma diferente.

En la translocación, los segmentos de longitudes iguales o desiguales se intercambian entre dos miembros de un par homólogo o entre cromosomas no homólogos. Este intercambio entre cromosomas se denomina translocación mutua o recíproca.

En una translocación simple, solo una parte del cromosoma se une a otro cromosoma sin intercambio. Sin embargo, se sospecha que la translocación simple también es recíproca, pero uno de los segmentos es muy pequeño.

Además de las translocaciones simples y recíprocas, es visible un tipo más de translocación que implica la rotura en tres puntos pero la unión en dos puntos conocida como translocación Shift. Además, en la translocación alelosómica se produce el intercambio de segmentos entre cromosomas no homólogos.

Las translocaciones no implican ninguna pérdida o adición de partes cromosómicas, sino simplemente el reordenamiento de sus partes o genes en los cromosomas, no la calidad o cantidad de los genes.

Por esta razón, a veces se les llama reordenamientos cromosómicos. Reducen el cruce al dificultar el emparejamiento de cromosomas. Los individuos que portan los reordenamientos son fenotípicamente normales a menos que las relaciones de un gen o genes con genes adyacentes afecten la expresión fenotípica, es decir, & # 8220 efecto de posición & # 8221.

También se ha observado otro tipo raro de & # 8220 translocación lateral & # 8221, en el que un segmento translocado se adhiere a los lados del cromosoma receptor.

La translocación se denominó cruzamiento & # 8220 ilegítimo & # 8221 al principio, lo que indica que los dos procesos se parecen entre sí. La principal similitud entre ambos es que (i) hay rotura de cromosomas seguida de unión e intercambio de segmentos.

Pero la translocación y el cruce difieren entre sí en los siguientes aspectos o puntos:

(i) El cruce se produce como un proceso natural y normal durante el cual se intercambian segmentos de cromátidas no hermanas de igual tamaño entre cromosomas homólogos. Las cromátidas no hermanas muestran roturas en los puntos correspondientes y se forma una nueva combinación de genes, pero no se introduce ningún gen nuevo. El porcentaje de cruce también se puede predecir en la mayoría de los casos.

(ii) En una translocación típica hay un intercambio de cromosomas no homólogos. Por tanto, los genes del exterior se introducen en el grupo de ligamiento. Las translocaciones nunca están bajo predicción y no siguen ninguna regla establecida. No es necesario que los segmentos intercambiados tengan el mismo tamaño.

Efecto citológico de la translocación:

Las técnicas genéticas para detectar y estudiar las translocaciones se entenderán más fácilmente cuando se conozcan los fenómenos citológicos producidos por las translocaciones. Supongamos que dos cromosomas que tienen respectivamente los genes ABCDE.FGHI y LMNOPQ.RST intercambian segmentos y dan lugar al cromosoma de translocación LMNDE.FGHI y ABCOPQ.RST.

El individuo así formado recibe de uno de sus progenitores los cromosomas normales y del otro progenitor los cromosomas de translocación. Tal individuo es un heterocigoto de translocación. Dado que el emparejamiento de cromosomas (sinapsis) en la profase I meiótica, cigoteno, está causado por la atracción específica de segmentos homólogos que contienen genes alélicos, se puede esperar que un heterocigoto de translocación produzca un emparejamiento en forma de cruz.

La aparición de cruces en cada uno de los cuatro brazos de la cruz resultará en la formación de quiasmas en cada brazo. En lugar de bivalentes, es decir, un par de cromosomas homólogos con sinapsis, se formará un cuadrivalente.

Un grupo de cuatro cromosomas asociados, cada miembro del grupo es parcialmente homólogo a otros dos cromosomas del grupo. El cuadrivalente aparecerá en la diaquinesis y en la metafase I de la primera división meiótica como un círculo o anillo de cuatro cromosomas, que pueden estar torcidos como se muestra en la figura, a la izquierda, o abiertos como en el dibujo central de la misma figura.

Si los quiasmas no se forman en un brazo del cruce de paquiteno o diploteno, el anillo se transforma en una cadena abierta de cuatro cromosomas. Estos anillos o cadenas de cromosomas fueron observados e interpretados por Belling en Meiosis en la Datura y luego se encontraron en maíz, guisantes, trigo, Tradescantia y otras plantas y en algunos animales. Ocurren regularmente en muchas plantas de prímulas nocturnas que tienen flores amarillas.

Existen diferentes formas en las que los cromosomas asociados en un anillo o cadena pueden distribuirse a los gametos formados como resultado de la meiosis. Los dos cromosomas originales, ABCDE.FGHI y LMNOPQ.RST pueden ir al mismo gameto, y el cromosoma de translocación, ABCOPQ.RST y LMNDE.FGHI, a otro gameto.

Cabe señalar que en cada uno de estos gametos, cada gen simbolizado por una letra ocurre una sola vez, ya que los gametos están formados por individuos normales. Por otro lado, si los cromosomas adyacentes en el anillo van al mismo polo en la división meiótica, se forman los cuatro tipos de gametos.

La propiedad común de estos cuatro tipos de gametos es que portan ciertos genes dos veces y no tienen ninguno. En otras palabras, tienen duplicaciones para algunos y deficiencias para otros genes.

Las translocaciones dan como resultado relaciones de enlace cambiadas entre genes. Se establecen nuevos grupos de vinculación. Los genes que se clasifican de forma independiente se vinculan y los genes vinculados comienzan a mostrar una variedad independiente, siempre que sus grupos de ligamiento se modifiquen debido a la translocación.

[Las translocaciones heterocigotas son semi-estériles. En los animales, algunas veces, los gametos desequilibrados son visibles pero los cigotos formados por ellos no pueden experimentar un desarrollo y diferenciación normales. En plantas como Rhoeo y Oenothera, los heterocigotos de translocación se han vuelto estables debido a la presencia de letales equilibrados o letales que no se expresan en condiciones heterocigotas],

(ii) Inversión:

Hay translocaciones que ocurren dentro de un solo cromosoma. Sturtevant y Dobzhansky lo demostraron principalmente en el cromosoma de la glándula salival de Drosophila.

La inversión implica una rotación de una parte de un cromosoma o un conjunto de genes en 180 ° sobre su propio eje. La rotura y la reunión son esenciales para que se produzca la reversión y el resultado neto no es ni una ganancia ni una pérdida del material genético, sino simplemente una reordenación de la secuencia genética. Pueden ser terminales (ocurrencia al final del cromosoma) o intercalares cuando ocurren cambios en el medio del cromosoma.

Las inversiones que incluyen el centrómero se conocen como inversiones pericéntricas, mientras que aquellas que no involucran al centrómero se conocen como paracéntricas. Si el orden normal de genes en un cromosoma es ABC.DEFG, la secuencia u orden en inversiones paracéntricas y pericéntricas será ABC.DGFE y AED.CBFG respectivamente.

En individuos homocigotos para inversiones, el cigoteno y el paquiteno son normales debido a similitudes de anomalías en los cromosomas homólogos. Pero la inversión heterocigótica es lo suficientemente pequeña, las regiones invertidas opuestas no se emparejan y se evita el cruce en esta parte del cromosoma.

Un cruce en la región invertida de la inversión paracéntrica heterocigótica da como resultado un cromosoma con dos centrómeros y un segmento acéntrico. A medida que los dos centrómeros del cromosoma dicéntrico se mueven hacia dos polos opuestos, se forma un puente de cromátida en la anafase I. El segmento acéntrico no está unido al huso, se encuentra libre en el citoplasma y no está libre correctamente. Por tanto, las separaciones meióticas suelen ser anormales.

En caso de que la separación meiótica sea normal, se forman cuatro tipos de gametos: uno con una secuencia genética normal, el segundo con una secuencia genética invertida, el tercero con un cromosoma dicéntrico y duplicación de algunos genes y el cuarto con un cromosoma acéntrico y deleción de algunos genes. Los dos últimos tipos de gametos generalmente no son viables, con el resultado de que los heterocigotos para inversiones paracéntricas son altamente estériles y solo se producen progenitores como una progenie.

En otras palabras, se evita el cruce debido a una inversión paracéntrica. El cruce en una inversión pericéntrica heterocigótica no da como resultado un puente cromátido, pero da como resultado deleciones y duplicaciones en los gametos. Por lo tanto, las inversiones pericéntricas también aparentemente evitan el cruce.

Las inversiones pericéntricas que involucran brazos desiguales dan como resultado cambios drásticos en la morfología de los cromosomas. Por ejemplo, los cromosomas metacéntricos (en forma de V) se pueden transformar en cromosomas en forma de varilla (acrocéntricos) o viceversa.

Como los homocigotos de inversión son fértiles y los heterocigotos de inversión son estériles, conduce al establecimiento de dos grupos de organismos dentro de la misma especie.

Por tanto, la inversión ha sido útil para mantener una condición heterocigótica, por lo que es útil en el origen de nuevas especies. En inversión, se suprime el cruzamiento y solo se producen progenies parentales. Los letales recesivos pueden ser una ventaja adicional porque los heterocigotos para ellos serán viables pero los homocigotos no viables.

Los diversos reordenamientos cromosómicos descritos anteriormente a menudo provocan cambios visibles en los organismos. Estos cambios fenotípicos visibles producidos como resultado del cambio en los segmentos cromosómicos constituyen efectos de posición.

Este cambio de comportamiento de los genes debido al reordenamiento se ha estudiado en Drosophila y fue descubierto por primera vez por Sturtevant y Bridges en 1925. Encontraron que la formación del ojo de Bar en Drosophila se debe al efecto de posición.

Lewis ha clasificado los efectos de posición en dos categorías:

(i) Tipo abigarrado:

Muller y otros han estudiado este tipo de efectos de posición. Estos efectos dan como resultado una inestabilidad somática de la acción de los genes. Los efectos de posición abigarrada dan como resultado la diversificación de un personaje que generalmente se ve en una estructura o área particular del cuerpo manchas de diferentes colores, por ejemplo, pueden ocurrir en los ojos de Drosophila después de la reordenación del locus & # 8216w & # 8217 (ojo blanco) .

Las inversiones o traslocaciones que colocan & # 8216w & # 8217 cerca de la heterocromatina pueden causar abigarramiento blanco o mosaicismo en el color de los ojos. Este concepto de heterocomatinización que produce efectos de posición variados se sostiene en varios ejemplos de colores de ojos.

Un gran número de reordenamientos estructurales en Drosophila producen efectos somáticos de posición estable. Estos incluyen ojo barrado, alas peludas, etc. Los ejemplos clásicos de ojo barrado fueron realizados por Sturtevant y Bridges. En este carácter de barra, los ojos se estrechan y el número de facetas se ha reducido. Esto surge como resultado de la duplicación de genes.

Existe una relación cuantitativa aproximada entre el número de segmentos cromosómicos y el tamaño del ojo. Cuando el segmento se duplicó de varias maneras, el carácter con barras se hizo prominente con la reducción de las facetas que produjeron ojos con barras, doble barra y ultrabarra. Se han propuesto dos hipótesis para explicar el mecanismo del efecto de posición.

Esta teoría asume que los efectos de posición se producen como resultado de la interacción local entre los productos génicos de los loci adyacentes o se basa en el cambio en el entorno químico en el que se coloca el gen después del reordenamiento. Implica que un solo gen no es completamente independiente en la producción de los efectos de posición, pero la acción está influenciada por los genes vecinos.

2. Hipótesis estructural:

Según este punto de vista, se produce una especie de cambio físico en el propio locus del gen donde se produce la rotura, las moléculas de nucleoproteínas pueden deformarse durante el cambio físico.

No disyunción de cromosomas:

La no disyunción significa la no separación de pares de cromosomas homólogos durante la meiosis. Este caso fue informado por primera vez por Bridges (1913) en Drosophila. Descubrió que a veces en el huevo de Drosophila los dos cromosomas no se separan después de la sinapsis y pasan al mismo polo, dejando al otro sin el cromosoma & # 8216X & # 8217.

Por lo tanto, se producen tres tipos de huevos como se indica a continuación:

(i) Huevos normales, cada uno con un cromosoma X,

(ii) Huevos que contienen dos cromosomas X.

(iii) Huevos sin los cromosomas X.

Por tanto, se produce una anomalía cuantitativa o inusual del cromosoma X. El color de ojos blanco en Drosophila es un carácter recesivo ligado al sexo. Cuando una hembra de ojos blancos se cruza con un macho de ojos rojos, hay un cruce de herencia.

En la F1 descendientes, los machos tienen ojos blancos y ojos rojos femeninos. Pero hay algunas excepciones y aproximadamente una en 2000-3000 F1 las crías muestran ojos rojos en los machos y blancos en las hembras. Se ha demostrado que esto se debe a la no disyunción de los cromosomas X.

2. No disyunción secundaria:

Todos los machos excepcionales sin el cromosoma Y son estériles, aunque son bastante machos en apariencia y comportamiento. Sin embargo, las hembras de ojos blancos & # 8216X X Y ’son normales y fértiles. Bridges los cruzó con machos normales de ojos rojos y observó en su descendencia la no disyunción secundaria. En su progenie, aproximadamente el 96% de las hijas tienen ojos rojos y el 4% ojos blancos. Entre los hijos, alrededor del 96% son de ojos blancos y el 4% de ojos rojos.

Durante la división de reducción en las hembras XXY, los cromosomas X e Y se distribuyen de diferentes formas y se forman cuatro tipos de huevos.

(i) Huevos con un solo cromosoma X

(ii) Huevos con cromosomas X e Y

(iii) Huevos con cromosoma 2X

(iv) Huevos con un cromosoma Y.

Fertilizados con espermatozoides de un macho normal de ojos rojos, tres huevos deben producir ocho tipos diferentes de cigotos. 3/8 tipos de cigotos no ocurrirán con la misma frecuencia. La estimación de la figura muestra varias formas de probar la validez de esta complicada hipótesis de trabajo.

Todas las hembras de ojos blancos y algunas de las de ojos rojos deben portar no solo dos cromosomas X, sino también un cromosoma Y. Bridges no solo hizo estas predicciones, sino que las verificó mediante un examen citológico de las diversas clases de moscas.

La no disyunción de los cromosomas X en Drosophila conduce a la aparición de cigotos que tienen un cromosoma más (XXX, XXY, XYY) o un cromosoma menos que las moscas normales, ya que el cromosoma Y contiene relativamente pocos genes, las moscas con cromosomas Y adicionales parecen tener ser normal, mientras que los machos que carecen de un cromosoma Y, difieren de lo normal sólo en ser estériles. Por el contrario, la presencia de un cromosoma X adicional (XXY) suele ser letal.

La no disyunción ocurre ocasionalmente no solo para los cromosomas X e Y, sino también para otros cromosomas. Da lugar a la producción de cigotos que tienen uno de los cromosomas del complemento normal por triplicado (trisomías, tipos 2n + 1) que tienen cromosomas representados solo uno en lugar de dos (monosomías, tipos 2n-1).


Abstracto

Clásicamente, se predice que los cromosomas sexuales dejan de recombinarse en el sexo heterogamético, lo que refuerza el vínculo entre los genes determinantes del sexo (SD) y los antagonistas del sexo (SA). Con el mismo razonamiento, se espera que una asimetría sexual preexistente en la recombinación afecte la evolución de la heterogeneidad, por ejemplo, una tasa baja de recombinación masculina podría favorecer las transiciones a los sistemas XY, al generar un enlace inmediato entre los genes SD y SA. Además, la acumulación de mutaciones deletéreas en los cromosomas Y que no se combinan debería favorecer las transiciones XY a XY (que descartan la Y descompuesta), pero desfavorecen las transiciones XY a ZW (que fijan la Y descompuesta como un autosoma). Como muchos anfibios anuros, Hyla Se ha demostrado que las ranas arborícolas muestran una heteroquiasmia drástica (los machos solo se recombinan en las puntas de los cromosomas) y son típicamente XY, lo que parece cumplir con las expectativas anteriores. En cambio, aquí demostramos que dos especies, H. sarda y H. savignyi, comparten un sistema ZW común desde al menos 11 Ma. Sorprendentemente, el patrón típico de recombinación masculina restringida se ha mantenido desde entonces, a pesar de la heterogeneidad femenina. Por tanto, los cromosomas sexuales se recombinan libremente en las hembras ZW, no en los machos ZZ. Esto sugiere que la heteroquiasmia no limita la heterogamety (y viceversa), y que el papel de los genes SA en la evolución de los cromosomas sexuales podría haber sido exagerado.


Las 3 principales leyes fundamentales de la genética

Los siguientes puntos resaltan las tres leyes fundamentales de la genética propuestas por Mendel. Las leyes son: 1. Ley de Segregación 2. Ley de Dominancia 3. Ley de surtido independiente y di-híbrido Cruz.

1. Ley de Segregación:

Según Altenburg, esta ley puede definirse como & # 8220 No mezcla de alelos, es decir, el alelo de altura no se mezcla con el alelo de enanismo en los híbridos. & # 8221 Los descendientes y # 8217 que surgen de dos padres reciben contribuciones de características hereditarias de ellos a través de los gametos. Estos gametos son los vínculos de conexión entre generaciones sucesivas.

Los caracteres contrastantes, como los tallos altos y enanos de los guisantes, están determinados por algo que se transmite de los padres a la descendencia a través de los gametos que se denominan factores o genes. El punto importante es que diferentes factores como los de altura y enanismo (D y d) no se mezclan, contaminan o mezclan entre sí mientras permanecen juntos en el híbrido.

En cambio, los diferentes factores separan o segregan el paso puro y no contaminado a dos gametos diferentes producidos por el híbrido y luego se transmiten a los diferentes individuos o la descendencia del híbrido. Cada gameto lleva uno de los dos miembros de un par de factores contrastantes o alternativos, es decir, para la altura o enanismo (D od) y nunca ambos.

D d (F1 híbrido alto) → factor D yd permanecen juntos puros

El método convencional o personalizado más simple para denotar estos factores mendelianos es dar a cada uno una letra, el factor dominante está representado por mayúscula y recesivo por minúscula. En el cruce de plantas altas y enanas de raza pura, deje que D represente el gen de la altura yd la forma alternativa de este gen, que da como resultado el enanismo del tallo. Dyd se denominan alelos o alelomorfos.

Dado que un individuo se desarrolla a partir de la unión de dos gametos producidos por los padres masculino y femenino. Recibe dos alelos D y d. La planta alta reproductora verdadera puede representarse como DD y su gameto como D y la planta enana reproductora verdadera como dd y su gameto como d.

Cuando las dos plantas se cruzan, un huevo (D) es fertilizado por el gameto masculino (d) o viceversa. El cigoto híbrido resultante tendrá tanto D como d. Así, los dos alelos de un gen están representados por el mismo símbolo genético y se diferencian entre sí porque su primera letra está en mayúscula o minúscula (D od).

Un gen puede estar representado por un símbolo derivado del nombre del personaje que gobierna. El gen que controla la longitud del tallo como enano en el guisante puede estar representado por la letra minúscula & # 8216d & # 8217 y el símbolo del alelo que produce la forma dominante del carácter es el mismo que el del alelo recesivo, pero la primera letra de este el símbolo está en mayúsculas. Por ejemplo, el tallo alto es dominante y se le asigna D

Según el principio de segregación, los alelos de la planta alta heterocigota (Dd) no se mezclan, fusionan, combinan o contaminan entre sí, a pesar de que el fenotipo de la F1 el híbrido muestra solo el carácter alto y no da ninguna indicación visible de la presencia del gen (d) en el genotipo. Los alelos se segregan cuando el organismo híbrido produce gametos, de modo que aproximadamente la mitad de los gametos llevarán D y la otra mitad d.

En la fertilización, los gametos se combinan al azar. Existe la misma oportunidad para que los diferentes tipos de gametos se unan entre sí. El gameto masculino puede unirse o fusionarse con el gameto femenino con D o d. El otro tipo de gameto masculino & # 8216d & # 8217 también puede tener la misma oportunidad de unirse o fusionarse con el gameto femenino D o d. Por tanto, se producen cuatro recombinaciones & # 8217. Una cuarta parte (1/4) de ellas son plantas altas homocigotas que solo tienen el alelo de altura (DD).

La otra mitad de ellos (dos de cada cuatro) son heterocigotos y tienen los alelos D y d. Dado que D es dominante sobre d, estas plantas son altas. Una cuarta parte (1/4) de ellas son plantas homocigotas que solo tienen el alelo del enanismo (dd). En F2 generación, las plantas altas y enanas aparecen en la proporción 3: 1 (3/4 plantas altas y 1/4 plantas enanas).

Mendel probó la validez de la hipótesis factorial aplicando un método más estricto mediante el cual podría confirmarse o refutarse. En la F2 de su cruce de plantas altas con plantas enanas había plantas altas y enanas aproximadamente en una proporción de 3: 1. La interpretación de Mendel & # 8217 de estos resultados por medio de la ley de segregación muestra que hay dos tipos de F2 plantas altas.

Aproximadamente 1/3 de ellos deben ser genotípicamente homocigotos para la altura (DD). Aproximadamente 2/3 deben ser heterocigotos (Dd) portadores de los alelos dominantes y recesivos (D y d). La validez de estas predicciones se puede probar en experimentos reales. Las plantas enanas homocigotas deberían reproducirse a lo largo de todas las generaciones posteriores si se autofecundan o se cruzan con otras.

Todas las plantas, aunque se parezcan, no se comportarían de la misma manera. Aproximadamente 1/3 de ellos homocigotos con la fórmula genética (DD) deberían reproducirse correctamente. Pero 2/3 de la F2 plantas altas, los heterocigotos (Dd) deben reproducirse exactamente como los F1 plantas híbridas. Deben producir plantas altas y enanas en la proporción fenotípica 3: 1 y la proporción genotípica 1: 2: 1. Esto es lo que obtuvo Mendel en sus experimentos. Así, la ley de la segregación se ha confirmado en experimentos reales.

Los personajes se separan o segregan en el segundo filial (F2) Generacion. Así, los factores responsables de los caracteres hereditarios son unidades independientes que, aunque entran juntas en los cruces, se vuelven a segregar como caracteres distintos. Esta ley es, con mucho, el más importante de los descubrimientos de Mendel. Esta ley a veces se llama ley de pureza de gametos o ley de división de híbridos.

(La ley de la segregación significa que cuando un par de alelomorfos se juntan en el híbrido (F1), permanecen juntos en el híbrido sin mezclar y en F2 generación se separan completos y puros durante la formación de gametos. Esta ley también se conoce como ley de la pureza de los gametos).

(Los dos alelos presentes en la F1 son capaces de separarse y pasar a gametos separados en su forma original produciendo dos tipos diferentes de gametos en frecuencias iguales (esto se conoce como segregación).

Principales datos sobre segregaciones:

Para resumir el experimento cruzado monohíbrido de Mendel & # 8217, los siguientes puntos cardinales son notables:

Las diferencias hereditarias entre los individuos dependen de la diferencia en las unidades celulares de genes o factores. Estos genes son unidades hereditarias, controlan un carácter particular y están presentes en un lugar fijo en los cromosomas llamados loci. Así, los genes del carácter alto en los guisantes mostrados por & # 8216D & # 8217 en el cromosoma están en un lugar fijo y los genes del carácter enano & # 8216d & # 8217 están en el mismo lugar en el otro cromosoma.

La propia ley de segregación muestra la pureza de los gametos y su libertad de mezclarse o mezclarse entre sí. Los gametos contienen solo un factor o gen y son puros para un rasgo o carácter particular gobernado por el mismo factor o gen del gameto.

3. No mezcla de alelos en híbridos:

Estos genes o factores hereditarios, cualquiera que sea la naturaleza, se unen cuando se derivan de diferentes fuentes parentales en los híbridos de los que pueden separarse durante la generación sucesiva o posterior y no se modifican con la presencia de otros alelos en los híbridos.

En resumen, el cruce entre guisantes altos y enanos es el siguiente:

La variedad original de guisantes altos y enanos constituyen la primera generación parental (P1). Los híbridos producidos por su cruce constituyen la primera generación filial (F1) y la descendencia de los híbridos constituyen el segundo filial o F2 Generacion.

Johansen (1911) propuso los siguientes cuatro términos para distinguir a los individuos entre sí:

Un organismo o híbrido o cigoto en el que ambos miembros de un par de genes son iguales (DD o dd) se denominan homocigotos (griego: Homos = igual = zygos, yugo (vínculo o esclavitud de otro).

Los individuos que tienen genes idénticos (DD o dd) se denominan homocigotos. Los homocigotos son siempre puros.

Un organismo o híbrido o cigoto en el que ambos miembros de un par de genes son diferentes (Dd) se denominan heterocigotos (heteros = diferentes). Los individuos heterocigotos siempre son híbridos. En la F2 generación, hay una proporción de 3 plantas altas y 1 planta enana aparentemente pero genéticamente, esta proporción es 1 DD de altura: 2 Dd de altura: 1 dd enana.

3. Genotipo y fenotipo:

Genotipo es el término utilizado para denotar la constitución genética de un organismo. Representa las posibilidades hereditarias totales dentro del individuo. En los experimentos cruzados monohíbridos, la planta híbrida de F1 La generación es fenotípicamente alta pero genéticamente es un híbrido (Dd).

La característica morfológica externa de un organismo constituye su fenotipo o es el término utilizado para denotar las características visibles de un organismo o individuo. Representa la suma total de todas las características aparentes de un organismo independientemente de su composición genética o genotipo.

En la F2 generación, 3 de cada 4 (3/4) son fenotípicamente altos pero genotípicamente un tercio (1/3) de ellos es alto puro y dos tercios (2/3) alto híbrido con dos alelos contrastantes.

Lo que observamos o lo que es visible o mensurable se llama fenotipos. Mientras que los factores genéticos responsables de crear el fenotipo se denominan genotipo. El fenotipo está determinado por los alelos dominantes.

Cruce de espalda monohíbrido o Cruce de prueba:

El cruce entre la F1 híbrido (Dd) a uno de sus padres (DD o dd) se llama back cross mientras que el cruce entre F1 híbrido (Dd) y parental recesivo homocigótico (dd) se llama cruce de prueba ya que confirma la pureza de los gametos.

(i) El cruce anterior entre homocigoto dominante (DD) e híbrido (Dd) se denomina cruzamiento inverso dominante y (ii) El cruce entre homocigoto recesivo (dd) e híbrido (Dd) se denomina cruzamiento inverso recesivo. Este retrocruzamiento recesivo tiene gran importancia en la experimentación porque las proporciones fenotípicas y genotípicas son idénticas. Por lo tanto, el cruce inverso recesivo se denomina cruce de prueba para identificar o probar la naturaleza de los gametos o si un individuo es homocigoto o heterocigoto, como se muestra a continuación.

En caso de cruce de espalda:

Diagrama que muestra el cruce de espalda monohíbrido entre F1 padre homocigoto híbrido y dominante

Fenotipo & # 8211 2 Cola: 2 enana (50% alta y 50% enana)

Genotipo & # 8211 2 Alto: 2 enano (50% alto y 50% enano)

Diagrama que muestra el cruce de prueba monohíbrido entre F1 padre homocigoto híbrido y recesivo (1: 1).

2. Ley de Dominancia:

Los primeros experimentos de Mendel & # 8217 fueron cruces entre variedades de guisantes que difieren en un solo carácter visible. Estos son experimentos cruzados monohíbridos.

Un heterocigoto (F1 híbrido) contiene dos genes contrastantes, pero solo uno de los dos puede expresarse, mientras que el otro permanece oculto. El gen que puede expresarse en F1 el híbrido se conoce como gen dominante, mientras que el otro gen que no puede expresarse en presencia del gen dominante es el gen recesivo. Sin duda, el gen recesivo es incapaz de expresarse, pero se transmite a la siguiente generación sin cambios.

Cuando Mendel cruzó guisantes altos reproductores verdaderos, con guisantes enanos reproductores verdaderos, las primeras crías formadas fueron todas plantas altas.

El carácter enano parece haber sido suprimido y la altura parece dominar. Caracteres tales como altura, enrojecimiento, redondez de semillas, cotiledones de color amarillo, vainas de semillas infladas, vainas verdes inmaduras y flores axiales, se denominaron dominantes y sus alelos respectivos como enanismo, blancura, arrugas de semillas, cotiledones de color verde, vainas de semillas constreñidas, las vainas amarillas inmaduras y las flores terminales se denominaron recesivas.

La ley de la dominación establece que de un par de caracteres alelomórficos (= caracteres alternativos o contrastantes) uno es dominante y el otro recesivo. Mendel encontró que este hecho era cierto entre los siete pares de personajes estudiados por él. El par de caracteres contrastantes o alternativos se denomina par alélico o par alelomórfico y cada miembro del par puede considerarse el alelo del otro.

Así, la altura y el enanismo son alelos el uno del otro. Las unidades hereditarias que son responsables de la aparición del carácter en los descendientes o progenies se han denominado factores o determinantes. Ahora estos se llaman genes.

Se ven cuatro tipos de dominancia:

El fenómeno en el que ambos alelos se expresan en el híbrido (F1) se llama co-dominancia. Los antígenos de los grupos sanguíneos del hombre son uno de los mejores ejemplos de co-dominancia. Produce una relación 1: 2: 1 en F2.

2. Dominio completo o dominio simple:

Es la capacidad de un alelo para enmascarar o inhibir la presencia de otro alelo en el mismo locus en el heterocigoto o F1 híbrido.

3. Dominancia incompleta:

Si la F1 Los híbridos o heterocigotos son fenotípicamente intermedios entre ambos tipos homocigotos.

4. Sobre el dominio:

La superioridad de los heterocigotos o híbridos sobre sus homocigotos o padres (DD y dd) se denomina sobre dominancia. A diferencia de la dominancia completa, parcial y conjunta, la dominancia excesiva no es la característica de un alelo, sino la consecuencia de la condición heterocigótica del gen relacionado.

3. Ley de surtido independiente y di-híbrido Cruz:

Mendel descubrió no solo cruces en los que el padre difería en un solo par o caracteres, sino también otros en los que el padre se diferenciaba en dos pares. Tal cruce, que incluye dos pares de caracteres contrastantes a la vez, se llama cruce dihíbrido. La ley del surtido independiente es aplicable a la herencia de dos o más pares de personajes.

Para un experimento dihíbrido, Mendel cruzó dos plantas de guisantes, una de las cuales era homocigótica para semillas amarillas y redondas y la otra para semillas verdes y arrugadas. Los genes de los caracteres amarillos y redondos eran dominantes sobre los caracteres verdes y arrugados descritos por Mendel. La F1 Los híbridos producidos como resultado de este cruzamiento eran redondos amarillos que eran heterocigotos para ambos alelos conocidos como Di-híbridos.

Genotipos y fenotipos de F2 descendencia:


La relación fenotípica anterior, que Mendel obtuvo, puede considerarse como una relación fenotípica monohíbrida 3: 1 multiplicada algebraicamente por 3: 1, lo que significa (3: 1) x (3: 1) = 9: 3: 3: 1.

Aunque Mendel no estaba al tanto del comportamiento de los cromosomas durante la meiosis, incluso entonces asumió que los miembros de cada dos pares de factores (WW, ww) para los dos pares de caracteres contrastantes (redondos / arrugados) están separados independientemente o libremente de los miembros. del otro par.

En resumen, según Mendel en el momento de la división de reducción durante la formación de gametos, los miembros de cada par de cromosomas (= genes o factores) se segregan (o separan) entre sí.

No diluyen ni afectan al otro par y se comportan de forma independiente. La separación de cromosomas o genes que pertenecen a un par sin referencia a los que pertenecen al otro par en la división de reducción se conoce como surtido independiente (o separación) de genes.

El dihíbrido (GgWw) produce cuatro tipos de gametos (parentales o no parentales o tipos cruzados o no cruzados) a saber, GW, Gw, gW, gw que por autofecundación producen F2 generación de 16 formas posibles. Dado que G (amarillo) y W (redondo) son caracteres dominantes, sean cuales sean los genes (G o W), las semillas mostrarán caracteres dominantes.

Genotípicamente, el dihíbrido típico mostrará la siguiente proporción:

1GGWW: 2 GgWW: 2 GGWw: 4 GgWw: 1 ggWW: 2 ggWw: 1 GGww: 2 Ggww: 1 ggww. Su proporción fenotípica será de 9 Amarillo redondo: 3 Amarillo arrugado: 3 Verde redondo: 1 Verde arrugado.

Método fraccional de calculado Proporción:

El método del tablero de ajedrez para determinar la proporción mendeliana dado por Punnet es útil en ciertos aspectos. Representa gráficamente todos los pasos esenciales como la formación de gametos, su unión para formar cigotos y fenotipos resultantes. Pero su desventaja es que lleva mucho tiempo y pueden producirse muchos otros errores. Por lo tanto, M.D. Jones (1947) describió el método fraccional para determinar razones que es de naturaleza algebraica.

(ii) F2 fenotipos dihíbridos:

Las proporciones genotípicas se pueden obtener dividiendo los dominantes en homo y heterocigotos, es decir,

Si cruzamos el dihíbrido (GgWw) con el padre homocigótico recesivo (ggww), entonces el dihíbrido producirá cuatro tipos de gametos (GW, Gw, gW, gw) mientras que las semillas verdes arrugadas formarán solo un tipo de gameto (gw ).

Este gameto se fusiona con cuatro tipos de gametos, produciendo así cuatro clases de descendientes de la siguiente manera:

1 Amarillo redondo: 1 Amarillo arrugado: 1 Verde redondo: 1 Verde arrugado

Por lo tanto, un cruce de prueba dihíbrido dará una relación genotípica y fenotípica de 1: 1: 1: 1 porque la F producirá cuatro tipos diferentes de gametos.1 híbrido en igual número.

En caso de cruzamiento dihíbrido, Mendel demostró el surtido (o segregación) independiente de factores o genes. Asimismo, Mendel llevó a cabo experimentos trihíbridos con tres pares de personajes.

Por ejemplo, tomó semillas grises redondas amarillas y las cruzó con semillas blancas verdes arrugadas, la F1 la progenie será heterocigota para tres genes y fenotípicamente se parecerá al padre dominante. Cada uno de estos F1 La progenie producirá 8 tipos de gametos y, por lo tanto, 64 combinaciones de F2 progenie.

Resultados del cruce trihíbrido elaborado por la línea bifurcada método:

Genotipos de F2 y sus proporciones relativas:

Fenotipos de F2 y sus proporciones relativas:

Un cruce de prueba trihíbrido dará una proporción fenotípica y genotípica de 1: 1: 1: 1: 1: 1: 1: 1, porque la F1 híbrido. Los cruces de prueba son de gran importancia ya que producen o producen las mismas proporciones genotípicas y fenotípicas.

Es obvio a partir de las descripciones anteriores que el número de genes heterocigotos involucrados en un cruce aumenta el número de tipos de gametos y el número de tipos de F2 progenie.

Fenotipos GgWwCc, GgWwcc, GgwwCc, Ggwwcc, ggWwCc, ggWwcc, ggwwCc, ggwwcc.


Resultados

Estrategia de mapeo

Estudiamos las tasas de recombinación específicas del sexo a lo largo de la totalidad de Chr 1 de ratón, ya que ocurrieron en las meiosis de los híbridos C57BL / 6J (B6) y CAST / EiJ (CAST) F1 de ambos sexos a una resolución promedio de 225 kb, y refinamos aún más la región subtelomérica extendida de 24,7 Mb. Para probar los efectos potenciales que la impronta parental podría tener sobre la recombinación, los animales F1 se produjeron mediante cruces recíprocos y luego se retrocruzaron con C57BL / 6J. El mapeo de la ubicación de los cruces en esta progenie de retrocruzamiento proporcionó información sobre los eventos de recombinación que surgen en los híbridos F1. Se genotipifica un total de 6028 progenie, de las cuales 1465 eran descendientes de B6xCAST hembra, 1537 de CASTxB6 hembra, 1479 de B6xCAST macho y 1547 de CASTxB6 macho. En total, detectamos y localizamos 5472 eventos cruzados en Chr 1, alcanzando una resolución genética de 0.017 cM en la descendencia combinada. La frecuencia con la que se observaron cromosomas con diferentes números de cruces se resume en la Tabla 1. Encontramos significativamente más cruces múltiples en la meiosis femenina en comparación con la masculina (p & # x0003c10 & # x0221213 por & # x003c7 2 prueba) como se describió anteriormente [22].

Tabla 1

Número de cruces por cromosoma01234Muestras totales probadas
Mujer B6xCAST3637503311921465
Mujer CASTxB64327353422801537
Total de mujeres 795 1485 673 47 2 3002
Hombre B6xCAST517731226501479
Hombre CASTxB6516770259201547
Total masculino 1033 1501 485 7 0 3026

Las crías retrocruzadas se genotiparon en dos rondas consecutivas con ensayos de polimorfismo de un solo nucleótido (SNP) desarrollados utilizando el sistema Amplifluor (ver Materiales y métodos). En la primera ronda, todos los ADN de la progenie se mapearon en todo el cromosoma a una resolución de 10 Mb. Esto fue suficiente para detectar prácticamente todos los cruces, dada la fuerte interferencia en la meiosis del ratón [33]. En la segunda ronda, los cruces que ocurren en cada intervalo se mapearon utilizando marcadores SNP adicionales a una resolución física promedio de 225 Kb. Para proporcionar una muestra de información aún más detallada, los recombinantes en el subtelomérico de 24,7 Mb se sometieron a rondas adicionales de prueba utilizando una combinación de SNP y marcadores de polimorfismo de longitud de secuencia simple (SSLP). Entre los cruces que ocurren en esta región, 81,4 & # x00025 se asignaron a una resolución inferior a 100 kb: 8,2 & # x00025 a 50 & # x02013100 kb de resolución, 33,5 & # x00025 a 20 & # x0201350 kb de resolución, 8,6 & # x00025 a casi un punto de acceso resolución de 5 & # x0201320 kb y 31,1 & # x00025 se asignaron a & # x0003c5 kb, lo que garantiza una resolución de nivel de punto de acceso. Todos los marcadores utilizados en este estudio, sus posiciones de acuerdo con NCBI Build 36, la resolución física y el número de cruces en cada intervalo se incluyen en la Tabla S1. Se secuenciaron cruces individuales en cinco de los puntos calientes recientemente identificados (que se muestran en la Tabla S1) para determinar las ubicaciones exactas de los puntos de intercambio de cromátidas dentro de los límites de resolución proporcionados por las ubicaciones de los SNP internos.

Variación regional de la actividad de recombinación a lo largo de Chr 1 a una resolución de 225 kb

En total, la longitud del mapa genético promediada por sexo de Chr 1 en el cruce B6xCAST fue de 90,9 cM, lo que representa una tasa promedio de 0,469 cM / Mb en 193,8 Mb, excluyendo el centrómero adyacente a 3 Mb para el cual no hay información de secuencia disponible según Construcción de secuencia NCBI 36.

A una resolución de 225 kb, la actividad de recombinación se distribuyó de manera muy desigual a lo largo del cromosoma, formando dominios alternos de mayor y menor actividad (Figura 1A). Se encontró actividad de recombinación en sólo el 64 & # x00025 de todos los intervalos a lo largo del cromosoma, estando el 36 & # x00025 restante completamente desprovisto de recombinación. En varios lugares a lo largo del cromosoma, la actividad de recombinación tendía a agruparse en series de intervalos consecutivos, todos los cuales estaban activos, formando & # x0201zonas anómalas & # x0201d. Los más concentrados fueron 1.4 & # x020136.1 Mb de largo y se ubicaron en 37 & # x0201341 Mb, 51 & # x0201352.4 Mb, 72 & # x0201374.8 Mb, 81.6 & # x0201383 Mb, 131.4 & # x02013132.8 Mb y 189,5 & # x02013195,6 Mb (recuadros rojos en la Figura 1A).

A. Mapa de recombinación promediado por sexo de Chr 1 en el cruce C57BL / 6J & # x000d7CAST / EiJ. Los recuadros representan series de intervalos consecutivos que muestran recombinación (rojo) o sin recombinación (azul). B. Mapa citológico de Chr 1 (de ENSEMBL). C. Correlación entre las tasas de recombinación en el retrocruzamiento C57BL / 6J & # x000d7CAST / EiJ y ratones HS a diferentes resoluciones. La línea roja representa la tendencia logarítmica de mejor ajuste extrapolada a correlación cero. Se muestran la función de mejor ajuste y su coeficiente de correlación, lo que indica que la correlación entre los dos cruces se acerca a cero a distancias alrededor de 0.05 Mb.

De manera correspondiente, los intervalos desprovistos de actividad de recombinación tendían a agruparse en & # x0201 zonas frías & # x0201d, la mayor de las cuales tenía más de 6 Mb de longitud. Estos fueron más prominentes alrededor de 44.6 & # x0201346.8 Mb, 48.6 & # x0201351 Mb, 84.8 & # x0201388.0 Mb, 96 & # x0201397.8 Mb, 102.6 & # x02013105.6 Mb, 110 & # x02013116 Mb, 119 & # x02013121 .6 Mb, 149.2 & # x02013151.4 Mb, 158.6 & # x02013160.2 Mb (recuadros azules en la Figura 1A).

No detectamos ninguna correlación significativa a lo largo del cromosoma entre las ubicaciones de las zonas tórridas y frías y los patrones de bandas citológicas tradicionales (Figura 1B).

Conservación de la variación regional pero no local en las tasas de recombinación

Para probar hasta qué punto las propiedades de recombinación de un cromosoma se conservan evolutivamente, comparamos nuestros resultados, obtenidos en un cruce de solo dos cepas, con el mapa de recombinación de Shifman et. Alabama. [17]. El mapa de Shifman se preparó a una resolución promedio de 550 kb utilizando la progenie de ratones stock heterogéneos (HS) que fusionan los antecedentes genéticos de ocho cepas de ratón, incluyendo C57BL / 6J pero no CAST / EiJ. Los dos cruces tienen una distribución regional similar de recombinación a lo largo del cromosoma, pero no comparten una fracción sustancial de puntos calientes, si los hay.

La conservación regional entre los dos cruces fue indicada por la correlación significativa de las tasas de recombinación a lo largo del cromosoma cuando se probó a intervalos largos (r& # x0200a = & # x0200a0,87 a una resolución de 8,75 Mb, correlación de Pearson). Sin embargo, esta correlación disminuyó notablemente cuando se compararon intervalos más pequeños (4,4 Mb, 2,2 Mb, 1,1 Mb y con la resolución máxima de 0,55 Mb) (Figura 1C). En la escala de media megabase, encontramos solo una correlación regional débil (r& # x0200a = & # x0200a0.38).

Estas correlaciones estimadas están algo atenuadas por la variación de muestreo en las estimaciones de las tasas de recombinación, y esta atenuación aumenta a mayor resolución, ya que la variación de muestreo es mayor a mayor resolución (debido a un menor número de eventos de recombinación observados en intervalos más pequeños). Pero para los tamaños de muestra en estos estudios, la atenuación en las correlaciones estimadas es insignificante (del orden de 1/1000), por lo que no puede explicar la gran disminución observada en la correlación de la escala de 8,75 Mb a la escala de 0,55 Mb.

Las regiones largas de recombinación muy baja o nula fueron evidentes en ambos cruces y proporcionaron los paralelos más fuertes entre los cruces. Estas regiones incluyen las de alrededor de 43 & # x0201350 Mb, 96 & # x02013106 Mb, 111 & # x02013116 Mb y varias regiones más pequeñas entre 141 & # x02013152 Mb. La falta de recombinación en estas regiones no puede atribuirse a inversiones, lo que evitaría la supervivencia de los recombinantes. Dos razones principales hablan en contra de esta posibilidad. Primero, algunos progenitores con antecedentes genéticos mixtos tendrán inevitablemente la misma orientación de la región en cuestión si estuviera invertida en algunas de las ocho cepas y, por lo tanto, se detectaría recombinación en su progenie. En segundo lugar, algunos intervalos en estas regiones no están totalmente desprovistos de recombinación en ambos cruces, pero tienen tasas muy bajas.

Efectos de los antecedentes genéticos en las tasas generales de recombinación

Además de la variación local en las tasas de recombinación, los antecedentes genéticos también juegan un papel en la determinación de las tasas generales de recombinación. La longitud del mapa genético de Chr 1 fue & # x0223c31 & # x00025 mayor en ratones HS que en nuestro cruce de dos cepas. Las razones de esta diferencia significativa son inciertas. La falta de correlación local indica que esta diferencia no se debe simplemente a un mayor uso de los mismos puntos calientes en ratones HS. Los datos genéticos actuales [22] concuerdan con los recuentos del número medio de quiasmas por meiosis durante la espermatogénesis entre las cepas consanguíneas [34] y los recuentos de focos MLH1 que marcan los sitios de cruce en Chr 1 [35]. Podría ser posible que la recombinación en un trasfondo genético muy heterogéneo sea bastante diferente de la observada en cruces de cepas consanguíneas. La importancia de los antecedentes genéticos en la recombinación también se sugiere por las diferencias sustanciales entre las tasas de recombinación de los cruces a intervalos específicos. Por ejemplo, en la región de 24,7 Mb que se cartografió con una resolución considerablemente mayor (ver más abajo), la actividad recombinacional a menudo estaba presente en un cruce de ratón (B6xCAST o HS) pero no en el otro.

Posicionamiento relativo a genes, exones y sitios de inicio de transcripción

Encontramos una correlación positiva general entre la densidad de genes y la recombinación a lo largo de todo el cromosoma en distancias de megabase (r& # x0200a = & # x0200a0.557 a 10 Mb). Sin embargo, este efecto disminuyó en distancias más cortas (r& # x0200a = & # x0200a0.164 a 500 kb) (Tabla 2). A 200 kb, la correlación fue baja (r& # x0200a = & # x0200a0.079) pero estadísticamente significativo. Además, esta correlación positiva no fue uniforme a lo largo del cromosoma, sino que se restringió solo a algunas regiones, y estadísticamente significativa solo para la región entre 100 & # x02013150 Mb (correlación máxima r & # x0200a = & # x0200a0.877 a 5 Mb para los datos de promedios por sexo). En esta región, la correlación positiva todavía se detectó, y estadísticamente significativa, a 200 kb (r& # x0200a = & # x0200a0.278). Para el primer y segundo segmento de 50 Mb (3 & # x0201350 y 50 & # x02013100 Mb), la correlación fue positiva pero no estadísticamente significativa, mientras que la correlación para la última región (150 & # x02013194 Mb) fue ligeramente negativa hasta 2Mb pero no Estadísticamente significante. La parte de 24,7 Mb del último segmento se asignó a una resolución más alta (ver más abajo) y mostró una correlación ligeramente negativa entre la densidad génica y la recombinación a 200 kb que desapareció a 50 kb.

Tabla 2

Sexo200kb500kb1megabyte2megabyte5megabyte10megabyte
Chr 1 entero
r pag r pag r pag r pag r pag r pag
Mujer 0.093 0.000 0.184 0.001 0.206 0.001 0.308 0.000 0.482 0.000 0.678 0.001
Masculino 0.055 0.045 0.126 0.011 0.141 0.023 0.255 0.0050.2500.0640.3270.107
Promedio de sexo 0.079 0.007 0.164 0.001 0.187 0.005 0.304 0.001 0.379 0.009 0.557 0.005
3 & # x0201350 Mb
Mujer 0.131 0.0300.1650.0510.1550.1280.0960.3040.3770.131
Masculino0.0790.1150.1720.0530.1460.1420.1200.2510.0620.352
Promedio de sexo0.1150.051 0.180 0.0360.1610.1210.1170.2850.2090.238
50 & # x02013100 Mb
Mujer0.0190.7710.0720.4870.0750.6140.1660.4380.6260.053
Masculino0.0740.2510.0840.4140.1120.4490.3360.1090.6000.067
Promedio de sexo0.0550.3960.0850.4090.1030.4870.2860.176 0.674 0.032
100 & # x02013150 Mb
Mujer 0.295 0.000 0.405 0.000 0.495 0.001 0.696 0.000 0.876 0.000
Masculino 0.191 0.007 0.299 0.006 0.419 0.003 0.558 0.003 0.821 0.003
Promedio de sexo 0.278 0.000 0.403 0.000 0.505 0.000 0.689 0.000 0.877 0.001
150 & # x02013197 Mb
Mujer& # x022120.0350.3170.0510.321& # x022120.0100.469& # x022120.0190.4990.5760.068
Masculino& # x022120.0580.2250.0070.440& # x022120.0960.305& # x022120.2340.1650.2070.251
Promedio de sexo& # x022120.0530.2180.0250.403& # x022120.0710.351& # x022120.1750.2480.4330.138
168.8 & # x02013193.5 Mb
50kb100kb200kb
Mujer& # x022120.0070.427& # x022120.0370.303& # x022120.0670.238
Masculino0.0180.3350.0100.430& # x022120.0800.204
Promedio de sexo0.0100.412& # x022120.0080.460& # x022120.0810.201

r representa el coeficiente de correlación, pag es la probabilidad calculada mediante bootstrapping. Las correlaciones con pag& # x0003c0.05 se muestran en negrita.

La recombinación tendía a evitar desiertos genéticos mayores de 1,5 Mb, pero mostraba una tendencia a agruparse en sus fronteras. La tasa promedio en los grandes desiertos genéticos que totalizan 59,77 Mb (que se muestra en la Figura S1) fue de 0,26 cM / Mb en comparación con 0,55 cM / Mb en los 134,02 Mb restantes de los no desiertos (pag& # x0003c10 & # x0221299 por & # x003c7 2 test) y 0,467 cM / Mb en todo el cromosoma. La tasa promedio fue de 0,80 cM / Mb en las regiones fronterizas de 0,5 & # x020130,7 Mb que rodean grandes desiertos genéticos (pag& # x0003c10 & # x0221251) y disminuyó rápidamente más allá de eso para volverse estadísticamente indistinguible de la tasa de cromosomas promedio (pag& # x0200a = & # x0200a0.596).

Se encontró una correlación similar en todo el cromosoma entre la densidad del exón y la recombinación (r& # x0200a = & # x0200a0.566 a 10 Mb y r& # x0200a = & # x0200a0.126 a 500 kb, Tabla S2) y sitios de inicio de transcripción y recombinación (r& # x0200a = & # x0200a0.585 a 10 Mb y r& # x0200a = & # x0200a0.121 a 500 kb, Tabla S3). Sin embargo, la correlación no fue estadísticamente significativa a 200 kb (r& # x0200a = & # x0200a0.043, pag& # x0200a = & # x0200a0.101 para exones y r& # x0200a = & # x0200a0.026, pag& # x0200a = & # x0200a0.204 para sitios de inicio de transcripción). En estas dos comparaciones, la mayor parte de la correlación positiva fue estadísticamente significativa para la región entre 100 & # x02013150 Mb pero no para el resto del cromosoma. En la región de 24,7 Mb mapeada a una resolución más alta, tanto la densidad del exón como los sitios de inicio de la transcripción se correlacionaron ligeramente negativamente con la recombinación hasta 50 kb (r& # x0200a = & # x0200a & # x022120.045 y r& # x0200a = & # x0200a & # x022120.071, respectivamente) y este efecto fue estadísticamente significativo para los sitios de inicio de la transcripción (pag& # x0200a = & # x0200a0.021).

Dos ejemplos sorprendentes de zonas tórridas que ocurren en intrones grandes proporcionan evidencia de que la recombinación no está restringida a regiones intergénicas. El primero consta de al menos seis puntos calientes en el segundo intrón de 218 kb de largo de Pbx1 (factor de transcripción de leucemia de células B pre 1, ubicado en 169.995 & # x02013170.268 Mb, NCBI Build 36), que también es un punto de acceso para las translocaciones asociadas con la leucemia linfoblástica aguda en humanos [36], [37]. La segunda zona tórrida incluye al menos tres puntos calientes en el tercer intrón de 80 kb de largo de Esrrg (Receptor gamma similar al receptor de estrógeno, ubicado en 189.309 & # x02013189.915 Mb).

Abundancia relativa de intervalos con diferentes tasas de recombinación

Observamos una relación exponencial negativa simple entre la tasa de cruce entre intervalos y la probabilidad de ver puntos calientes de esa actividad. Entre los intervalos con un promedio de 225 Kb de longitud, las tasas de recombinación (expresadas como cM / Mb para corregir las variaciones en la longitud del intervalo) variaron continuamente en casi tres órdenes de magnitud, desde 0.017 cM / Mb (el límite inferior de detección en este cruce) hasta 10 cM / Mb. En cambio, los intervalos con diferente tasa de recombinación no fueron igualmente probables, cuando se colocaron en el orden de clasificación de actividad de recombinación, las tasas se distribuyeron de una manera exponencial simple donde Rnorte, la tasa de recombinación en el norteEl intervalo clasificado fue igual a ke cn , dónde k y C son constantes (Figura 2A). La Figura 2B, que también es una función exponencial, describe la tasa de recombinación acumulada entre intervalos ordenados por rango. McVean et al [38] informaron de una relación exponencial similar para la tasa de recombinación acumulativa para el genoma humano.

A. Distribución de la recombinación en intervalos de tasas crecientes (no se incluyen los intervalos que carecen de recombinación). Las tasas se presentan en escala logarítmica para enfatizar la forma exponencial de la distribución. La desviación en el extremo inferior de la distribución representa intervalos de baja actividad asignados a una resolución más baja. La línea roja representa la función exponencial que mejor se ajusta. Se muestran la función exponencial y su coeficiente de correlación. B. Recombinación acumulativa en función del tamaño cromosómico. Tanto las tasas de recombinación como la longitud cromosómica se expresan como fracciones del total. Los intervalos están en orden de rango de aumento de la tasa de recombinación.

Estas relaciones exponenciales indican que casi el 50 & # x00025 de toda la actividad de recombinación se produjo en sólo el 7,6 & # x00025 de los intervalos, mientras que el 22,2 & # x00025 de los intervalos representaron el 80 & # x00025 de toda la actividad de recombinación. Recientemente se han informado hallazgos similares de que un alto porcentaje de toda la recombinación se concentra en una pequeña fracción de los intervalos cromosómicos para el genoma humano [39]. Las fracciones de intervalo se vuelven aún más pequeñas con la disminución del tamaño del intervalo (ver más abajo). Este resultado, que sugiere que la mayoría de todos los eventos de recombinación ocurren en una fracción relativamente pequeña del cromosoma, tiene importantes implicaciones prácticas para las estrategias de mapeo genético. La conclusión que sigue es que un cruce de tamaño moderado debería ser óptimo para mapear genes y QTL porque agregar más descendencia no aumentará sustancialmente la potencia de resolución. El resultado proporciona una base experimental para algo que los genetistas de ratones han sabido intuitivamente desde hace algún tiempo: si un gen no puede mapearse con los primeros cientos de descendientes, la mejor estrategia es pasar a otro cruce si es posible.

Mapeo de alta resolución en el telómero-proximal 24,7 Mb

El mapeo de alta resolución enfatiza aún más la distribución desigual de las actividades de recombinación entre intervalos (Figura 3A y Figura S2).

A. Mapa promediado por sexo de la región de 168.8 & # x02013193.5 en Chr 1. Las tasas de recombinación en intervalos que están fuera de escala se muestran como números en cada intervalo. Los círculos rojos marcan los círculos completos de los puntos de acceso recientemente identificados, puntos de acceso que se secuenciaron para determinar el posicionamiento preciso de los intercambios cruzados. B. Hotspots en el tercer intrón de Esrrg (189,75 & # x02013189,8 Mb). C. Número de intervalos que contienen una actividad de recombinación superior a los umbrales dados en diferentes tamaños de intervalo. Los niveles de umbral se muestran en la leyenda.

El segmento proximal de telómero de 24,7 Mb entre 168,8 & # x02013193,5 Mb tenía una longitud genética de 22,7 cM. Esto explica una tasa de recombinación relativa de 0,92 cM / Mb, que es aproximadamente el doble de la tasa promedio de todo el cromosoma. Cuando se cartografió adicionalmente a una resolución promedio de 75 kb, la distribución de las actividades de recombinación entre intervalos permaneció continuamente variable como en los intervalos de 225 kb. Sin embargo, como se esperaba a partir de la ubicación puntual de los puntos calientes, una fracción más pequeña del genoma-52 & # x00025 en comparación con 64 & # x00025 a una resolución de 225 kb & # x02013 contenía toda la recombinación. De hecho, el 50 por ciento de toda la recombinación se produjo en 16 intervalos que abarcan sólo el 1,8% de la longitud del segmento, teniendo cada uno de estos intervalos una actividad de 0,34 cM o más.

Las recombinaciones en ocho de estos dieciséis intervalos más activos se asignaron a una resolución de 20 & # x0201345 kb, mientras que las de los ocho intervalos restantes marcados con círculos rojos en la Figura 3A se asignaron a una resolución de & # x0223c3 kb. Todos menos uno de los ocho intervalos contenían un solo punto de acceso, que estaba separado del punto de acceso adyacente más cercano por al menos 30 kb de secuencia. La notable excepción fue la presencia de dos hotspots separados por solo 5 kb en el tercer intrón del Esrrg gen (Figura 3B).

Las distancias entre intervalos adyacentes con tasas de recombinación de 0,34 cM o más variaron en tres órdenes de magnitud en términos genómicos, que van desde 5 kb a 5 Mb (1,52 Mb en promedio). La variación fue mucho menor en términos genéticos, de 0,37 a 2,44 cM, o un promedio de 1,26 cM.

Número total de puntos calientes en el genoma del ratón

A medida que los tamaños de los intervalos se vuelven más pequeños, es cada vez más probable que un intervalo contenga solo un punto de acceso. Esto proporciona un medio para estimar el número total de puntos calientes en este segmento de 24,7 Mb y, por extensión, el número total en el genoma. Para esto, el número de intervalos que muestran cualquier actividad de recombinación se representó en función del tamaño del intervalo y las líneas de tendencia resultantes se extrapolaron a un tamaño de intervalo de 5 kb, la distancia mínima que encontramos entre puntos calientes individuales adyacentes (Figura 3C, resultados resumidos en la Tabla S4). . Esto produjo una estimación de un hotspot por 108 kb en promedio, o alrededor de 228 hotspots que representan toda la recombinación en este segmento entre 6028 meiosis. Como se esperaba de la relación exponencial descrita anteriormente, los puntos calientes más activos ocurren con menos frecuencia. En promedio, es probable que aquellos con tasas superiores a 0,1 cM ocurran una vez por 425 kb, y aquellos con tasas superiores a 0,2 cM, aproximadamente una vez por megabase. Obviamente, estos resultados se ven atenuados por el hecho de que se obtuvieron para una combinación genética en una región del genoma cuya tasa de recombinación es más alta que el promedio general del genoma.

En la medida en que esta región sea representativa del resto del genoma, su densidad de puntos calientes proporciona una estimación del número total de puntos calientes en todo el genoma del ratón que están activos en este cruce de B6xCAST. Hemos realizado esta estimación relacionando la longitud genética de la región de 24,7 Mb con la longitud genética total del genoma del ratón. Suponemos que las longitudes genéticas (medidas en cM) serán más relevantes que las longitudes físicas (medidas en Mb) debido a la distribución desigual de la recombinación a lo largo del cromosoma y la existencia de regiones largas desprovistas de recombinación. Este cálculo, utilizando la longitud promedio del mapa por sexo de Dietrich et al [30] de 1361 cM para el mismo cruce C57BL / 6JxCAST / EiJ, da como resultado una estimación de aproximadamente 13.670 hotspots (228 / 22.7 & # x000d71361) en el genoma del ratón.

Un estudio reciente [40] que tipificó 8,23 millones de marcadores SNP detectó alrededor de 40.000 bloques de haplotipos en 12 cepas de ratón endogámicas clásicas basadas en la ascendencia inferida de cepas representativas de las cuatro subespecies principales de ratón. Aunque los límites de los bloques de haplotipos no siempre estuvieron bien definidos, en la medida en que representan sitios históricos auténticos de recombinación, las escalas de estas dos estimaciones no están muy separadas. Nuestro estudio debe considerarse una estimación mínima, ya que midió la recombinación de puntos calientes contemporáneos en una generación de un cruce que involucra solo dos cepas endogámicas, y estuvo limitado por la sensibilidad de detección de 6028 meiosis. La estimación de Frazer et al [40] sugirió un mayor número de hotspots en el genoma de cepas endogámicas de ratón clásicas porque no se limita a hotspots contemporáneos y refleja el comportamiento de hotspots históricos que generan recombinación durante muchas generaciones en una variedad de antecedentes genéticos.

La estimación más reciente [41] que utiliza más de 3,1 millones de SNP ha identificado 32.996 puntos calientes en la población humana, que se encuentra en el rango de estas estimaciones para el genoma del ratón.

Especificidad sexual de la recombinación

Los dos sexos diferían en todos los niveles de organización de la recombinación. Las tasas generales de recombinación fueron más altas en las mujeres que en los hombres. La recombinación se distribuyó de manera diferente a lo largo del cromosoma en hombres y mujeres, y también hubo puntos calientes específicos del sexo.

El mapa de recombinación femenina de Chr 1 era 99,5 cM, o 1,21 veces más largo que el mapa masculino que era 82,3 cM, con tasas de recombinación promedio en todo el cromosoma de 0,51 y 0,42 cM / Mb, respectivamente. Estas diferencias fueron estadísticamente significativas (pag& # x0003c10 & # x022126 por la prueba exacta de Fisher). Entre los intervalos de 225 Kb, hubo una correlación positiva general entre las tasas de mujeres y hombres (r& # x0200a = & # x0200a0.64) a lo largo del cromosoma. Esta correlación no cambió significativamente en tamaños de intervalo más grandes de hasta 8 Mb. La razón subyacente por la que la correlación no aumentó con el tamaño del intervalo fue la variación sustancial en la distribución de la recombinación a lo largo del cromosoma (Figura 4A), que incluía diferencias tanto en el número como en la actividad de recombinación relativa de los intervalos.

A. Mapa de recombinación específico del sexo de Chr 1. Línea roja, tasas de recombinación femenina línea azul, tasas de recombinación masculina. B. Relación mujer: hombre a lo largo del cromosoma. Línea azul oscuro: proporción de mujeres: hombres línea púrpura: tasa de recombinación promediada por sexo en toda la Cr 1.

La actividad de recombinación se extendió sobre una fracción más grande del cromosoma en las mujeres que en los hombres. En las hembras, el 57,1 & # x00025 de los intervalos fueron recombinacionalmente activos en comparación con sólo el 42,2 & # x00025 en los machos (una proporción de 1,35). Este diferencial fue evidente en todos los niveles de actividad. 80 & # x00025 de toda la actividad ocurrió en 23,2 & # x00025 de intervalos femeninos versus 13,6 & # x00025 de intervalos masculinos, y 50 & # x00025 ocurrió en 8,23 & # x00025 de mujeres versus 4,65 & # x00025 de hombres. intervalos.

Estas diferencias de sexo en las tasas relativas de recombinación se controlaron regionalmente (Figura 4B). Las tasas de recombinación femenina fueron más altas en el centrómero proximal 27 Mb y en la región entre 79 & # x02013178 Mb, mientras que las tasas de recombinación masculina fueron más altas en la región telómero proximal 178 & # x02013197 Mb y en general, pero no en la totalidad, de la región entre 27 & # x0201379 Mb.

Para estudiar los efectos regionales con más detalle, examinamos el cambio entre una mayor recombinación femenina y una mayor recombinación masculina que se encuentra en la región sub-telomérica de 24,7 Mb mapeada con precisión. Las tasas de recombinación femenina fueron generalmente más altas que las de los machos en la región entre 169 & # x02013178 Mb, con una transición abrupta al caso opuesto en la región adyacente entre 178 & # x02013194 Mb donde los machos tenían una mayor recombinación (Figura 5 y Figura S3). Curiosamente, el cambio se produce en una región de muy baja recombinación en ambos sexos. En general, la diferencia entre los dos sexos fue muy significativa en toda la región (pag& # x0003c10 & # x022124).

Las tasas de recombinación en intervalos que están fuera de escala se muestran como números en cada intervalo. Flechas rojas: puntos calientes predominantemente activos en mujeres flechas azules: puntos calientes predominantemente activos en hombres.

Aunque los sexos comparten una fracción sustancial de puntos críticos, existen muchas diferencias considerables en la actividad. La similitud del uso de puntos calientes fue indicada por la observación de que las comparaciones en múltiples tamaños de intervalo no cambiaron la correlación entre los dos sexos (r& # x0200a = & # x0200a0.62). Sin embargo, también hubo diferencias de sexo específicas en la actividad de los puntos críticos que eran independientes del control regional. Entre los 28 intervalos con recombinación suficientemente alta (& # x0003e0.2cM) para proporcionar un número suficiente de cruces para un análisis estadísticamente significativo, 18 mostraron diferencias específicas de sexo después del ajuste para múltiples pruebas (Tabla 3). Entre estos 18, once mostraron al menos alguna actividad en ambos sexos, siete fueron marcadamente más activos en mujeres y cuatro en hombres (pag& # x0003c0.01, q& # x0003c0.1). Siete de los 18 se detectaron en un solo sexo, cuatro en mujeres y tres en hombres. El último grupo indica que algunos puntos calientes pueden ser verdaderamente específicos del sexo, o al menos que las diferencias en su actividad son tan grandes (& # x0003e10 veces) que no se detectó recombinación en el sexo de baja actividad incluso en varios miles de meiosis.

Tabla 3

Número de recombinantesSignificado
Ubicación del punto de acceso (Mb)mujermasculino pag & # x0002a q & # x0002a & # x0002a
171.31500.0000.000
186.317880.0000.000
189.819630.0000.000
187.40150.0000.007
190.21310.0000.007
174.42050.0010.016
176.5900.0010.016
181.30110.0010.016
175.21740.0020.023
186.41130.0030.031
179.24200.0030.031
177.71010.0030.031
171.7700.0060.049
171.91430.0070.056
191.0080.0080.063
176.7600.0100.073
170.340240.0120.085
170.6810.0150.099

& # x0002a: pag los valores se calculan mediante la prueba exacta de Fisher.

& # x0002a & # x0002a: q los valores se calculan como se describe en [56].

Es importante destacar que esta especificidad sexual de los puntos críticos individuales no está limitada por controles regionales. Por ejemplo, el hotspot de 173.967 Mb es más activo en los machos a pesar de estar en medio de una región predominantemente femenina, y el hotspot de 190.204 Mb, que es considerablemente más activo en las hembras, se encuentra sin embargo en una región predominantemente masculina.

Para abordar la cuestión más amplia de cómo el número total y la actividad relativa de los puntos calientes difieren entre las meiosis masculinas y femeninas, comparamos los dos sexos en los segmentos predominantes femeninos y masculinos de la región subtelomérica de 24,7 Mb extrapolando las líneas de tendencia dependientes de la resolución para la actividad hacia abajo. hasta 5 Kb. Curiosamente, las dos regiones dieron respuestas distintas, una mayor recombinación femenina en el segmento proximal se debió en gran parte a un mayor número de puntos calientes, mientras que en el segmento distal, una mayor recombinación masculina fue principalmente el resultado de una mayor recombinación en un número comparable de puntos calientes (Tabla 4). . En los 9,8 Mb proximales, donde las hembras tenían el doble de tasa de recombinación que los machos (9,0 cM frente a 4,2 cM), también tenían el doble de puntos calientes (72 frente a 34) que eran algo más activos, mientras que en el distal 16 Mb donde las hembras tienen una tasa de recombinación significativamente más baja que los machos (12,4 cM frente a 19,8 cM), hubo un número similar de puntos calientes inferidos (91 frente a 88) en los dos sexos, pero los machos tuvieron tasas de recombinación promedio más altas por punto caliente.

Cuadro 4

Hembras Machos
Región genómica (Mb)Actividad de hotspot (cM)Número de hotspots Densidad (HS / Mb)Número de hotspots Densidad (HS / Mb)
168.8-193.5& # x0003e.032163 6.6122 4.9
& # x0003e.05105 4.382 3.3
& # x0003e0.181 3.354 2.2
& # x0003e0.232 1.330 1.2
Rec. Tasa (cM) 21.5 24.0
168.8-178& # x0003e.03272 7.334 3.5
& # x0003e.0548 4.923 2.3
& # x0003e0.128 2.916 1.6
& # x0003e0.213 1.34 0.4
Rec. Tasa (cM) 9.0 4.2
178-193.5& # x0003e.03291 5.988 5.7
& # x0003e.0557 3.759 3.8
& # x0003e0.133 2.138 2.5
& # x0003e0.219 1.226 1.7
Rec. Tasa (cM) 12.4 19.8

Estas diferencias de sexo se aplican en gran medida a los puntos calientes de menor actividad, los de menos de 0,2 cM. Los números inferidos de puntos calientes con tasas de hasta 0.2 cM fueron significativamente más altos en mujeres que en hombres en los 24.7 Mb completos (Tabla 4). Sin embargo, esta desigualdad no se mantuvo para los hotspots de mayor actividad, ambos sexos tenían el mismo número de hotspots más activos que 0,2 cM.

Control distintivo de cromátidas en puntos de acceso individuales

El mapeo fino de los puntos de intercambio cruzado dentro de los puntos calientes hizo posible identificar el cromosoma parental que inicia la recombinación y, por lo tanto, mostrar que las dos cromátidas parentales están bajo control recombinacional independiente.

Las ubicaciones de los 457 eventos cruzados en cinco de los nueve puntos de acceso asignados a una resolución de & # x0003c3 kb (marcados con círculos rojos completos en la Figura 3A) se mapearon aún más utilizando todos los SNP disponibles. En cada caso, los sitios de cruce se distribuyeron en distancias que iban de 500 a 2000 pb, que es un tamaño típico de un hotspot [3] (Conjunto de datos S1). En algunos casos, las actividades de recombinación se distribuyeron a lo largo de la totalidad de las regiones de puntos calientes siguiendo una única distribución normal, pero en otros parecían ser la suma de dos distribuciones bimodales superpuestas. La distinción entre las dos distribuciones dependía de la disponibilidad de SNP para mapear con precisión los eventos de recombinación cerca del centro del hotspot.Cuando tales SNP convenientemente ubicados estaban disponibles, observamos que los eventos de cruce se ubicaron predominantemente en los dos lados del hotspot, con muy poca o ninguna recombinación en el centro (Figura 6B). De acuerdo con los modelos de recombinación actualmente válidos, la distribución bimodal se observará cuando se inicien roturas de doble hebra en regiones muy estrechas, y los puntos de intercambio cruzado que se encuentran en los sitios de resolución de las uniones de Holliday migran lo suficientemente lejos de los sitios iniciales de doble hebra. hebra se rompe. Nuestro hallazgo de que se observó una distribución bimodal cuando los SNP necesarios estaban disponibles para la detección sugiere que es probable que este sea el caso para la mayoría de los puntos críticos.

A. Posiciones físicas de los SNP utilizados para determinar los puntos de intercambio de cruce de acuerdo con NCBI Build 36. En los paneles B, C y D, el extremo izquierdo (0) corresponde a 186,316,643 A / G. B. Distribución de puntos de intercambio cruzado en la progenie femenina y masculina. Se muestra el número de cruces en cada intervalo. Rojo, hembras azul, machos. C. Distribución de cruces recíprocos (B-C y C-B) en la progenie femenina. Se muestra el número de cruces en cada intervalo. Rojo, B-C bronceado, C-B. D. Distribución de cruces recíprocos (B-C y C-B) en la progenie masculina. Se muestra el número de cruces en cada intervalo. Azul, B-C verde, C-B.

Para el hotspot a 186,3 Mb, la disponibilidad de SNP particularmente adecuados (Figura 6A) nos permitió deducir que para este hotspot las cromátidas B6 y CAST están bajo control recombinacional independiente, específico del sexo. Los sitios de cruce dentro del hotspot fueron bastante diferentes cuando los productos de cruce fueron B proximal-C distal versus C proximal-B distal. Esto fue cierto para los animales F1 derivados de ambos cruces recíprocos, es decir, no hubo efectos de impresión. Entre los 16 cruces que surgen en las meiosis femeninas, todos los puntos de intercambio B-C se colocaron centrómero-proximales al centro del punto caliente, mientras que todos los recombinantes C-B se cruzaron en la parte centrómero-distal. Por lo tanto, el centro del hotspot fue de origen CAST en todos los cruces (Figura 6C), lo que indica que, en este cruce, los eventos de recombinación en las mujeres solo se iniciaron en el cromosoma B6 [5]. En los machos, que tienen una recombinación 5,6 veces mayor en este punto de acceso, también hubo un fuerte sesgo hacia la iniciación en el cromosoma B6, aunque el efecto no fue absoluto. Los eventos cruzados de ambos tipos se distribuyeron en ambos lados de la región central, lo que indica que la recombinación podría iniciarse en cualquiera de las cromátidas parentales (Figura 6D). Sin embargo, la iniciación en la cromátida B6 fue 2,5 veces más frecuente que en la cromátida CAST.

Nuestros resultados para el hotspot 186.3 muestran claramente que el control general de la recombinación en un hotspot es la suma de controles distintos para cada cromátida, y que esta distinción se aplica tanto a cuestiones de especificidad sexual como a tasas absolutas de recombinación.

Impresión de actividades de recombinación

El examen de intervalos de 225 Kb en todo el cromosoma para comparar híbridos F1 derivados de cruces recíprocos de B6xCAST y CASTxB6 proporcionó evidencia estadísticamente significativa de los efectos del padre de origen en las actividades de recombinación en ambos sexos (pag& # x0200a = & # x0200a0.013 para machos recíprocos y pag& # x0200a = & # x0200a0.009 para hembras recíprocas). La dirección de la impresión no fue uniforme, y la impresión solo se detectó al encontrar un exceso estadísticamente significativo de puntos calientes que mostraban una preferencia por la recombinación en una dirección de la cruz o en la otra. En ningún caso encontramos impronta absoluta, donde los recombinantes estaban significativamente ausentes en una dirección de la cruz. También se detectó una diferencia estadísticamente significativa en la región de 24,7 Mb mapeada finamente del cromosoma en los machos (pag& # x0200a = & # x0200a0.001), pero la diferencia fue solo marginalmente significativa en las mujeres (pag& # x0200a = & # x0200a0.07). Ninguno de los hotspots de mayor actividad en esta región mostró efectos de origen significativo después de la corrección para múltiples pruebas, más bien, los efectos de impronta se restringieron a los hotspots de actividad media y baja. (Ver tablas S5 y S6).

Sin embargo, aunque detectamos diferencias acumulativas leves pero significativas entre cruces recíprocos en intervalos de 225 Kb tanto en la meiosis femenina como en la masculina, y en la meiosis masculina en el telómero proximal de 24,7 Mb, ningún intervalo proporcionó evidencia significativa de una diferencia en la tasa de recombinación entre los cruces recíprocos. Es probable que los efectos sean sutiles y solo reconocibles estadísticamente cuando se acumulan datos en grandes regiones cromosómicas. Los intervalos individuales, cuando se consideraron por sí solos, mostraron diferencias en la tasa de recombinación entre los cruces recíprocos que podrían explicarse razonablemente por la variación al azar, pero en general hubo muchos más intervalos con sugerencias de diferencias en la tasa de recombinación que las que podrían explicarse razonablemente por la variación al azar.

Conversiones de genes e interferencia genética

Los datos adicionales obtenidos de los animales retrocruzados proporcionaron la primera evidencia genética en mamíferos de que la interferencia genética, que regula el espaciamiento de los cruces, no afecta las ubicaciones relativas, una a la otra, de los dos resultados distintos del proceso de recombinación, cruzamiento y conversiones de genes no asociadas con el cruce.

Las conversiones de genes que surgen en las meiosis masculinas se detectaron en tres de los hotspots mapeados con precisión mediante el genotipo de cada SNP en cada hotspot entre 1365 progenies de retrocruzamiento masculino (Tabla 5). Solo se encontraron once conversiones, seis conversiones no asociadas con cruces (no cruzados) y cinco conversiones asociadas con cruces simultáneos en el mismo punto de acceso. En el hotspot mejor mapeado a 186,3 Mb, los cinco eventos que detectamos se colocaron en la parte central del hotspot. Los tres no cruces se ubicaron entre las posiciones 1135 & # x020131311 bp en la Figura 6B, y las dos conversiones asociadas con cruces se extendieron entre las posiciones 877 & # x020131311 bp. Para los tres hotspots, las frecuencias aparentes de las conversiones no cruzadas fueron más bajas (5 & # x0201311 veces) que las frecuencias de cruce en los mismos hotspots; sin embargo, estas relaciones deben interpretarse con precaución, ya que si bien pudimos detectar todos los cruces, solo pudimos capaz de detectar la muestra de conversiones que ocurren en sitios de SNP disponibles. Las proporciones relativas de conversiones cruzadas y no cruzadas en varios puntos calientes de humanos y ratones han mostrado una variación considerable, de más de 12 & # x022361 a 1 & # x022364 [2], [5], [25], [42]. Dadas las posiciones de los marcadores disponibles, las frecuencias de conversión reales podrían ser mucho más altas que las detectadas. A partir de las ubicaciones de SNP, pudimos deducir que la longitud mínima-máxima para los tramos de conversión sin cruce fue de 9 & # x02013279 pb. Por el contrario, los tramos de conversión asociados con el cruce en los mismos puntos de acceso tenían un intervalo mínimo-máximo de 199 & # x020131196 pb. Ambas estimaciones son de escala similar a las reportadas en el hotspot de ADN3 humano, 55 & # x02013290 pb para tractos de conversión no asociados con cruces y & # x0223c460 bp para tractos de conversión asociados con cruzamiento [25].

Cuadro 5

Hotspot186.3187.8189.78
Conversiones NCR312
Conversiones CR212
Cruces311110
Tasa NCR0.0020.0010.001
Tasa CR0.0230.0080.007
Relación NCR / CR0.0970.0910.200

Los seis cromosomas de la progenie que llevaban conversiones no cruzadas contenían siete cruces ubicados en otros lugares a lo largo de los cromosomas. En cuatro casos, las distancias entre cruces y conversiones fueron significativamente más largas, 95 & # x02013120 Mb, que la distancia mínima de interferencia masculina de 57 Mb entre dos cruces observada en las 3026 meiosis masculinas utilizadas en este estudio [22]. Sin embargo, en tres casos, los cruces y conversiones estaban separados por unas pocas megabases, siendo la distancia más cercana 1,12 Mb. Concluimos que el proceso de interferencia genética que limita la proximidad de cruces, entre sí, no limita la proximidad de cruces y conversiones no cruzadas. Nuestro hallazgo está de acuerdo con la falta de interferencia entre las conversiones cruzadas y no cruzadas encontradas originalmente en la levadura [43].


Efectos de la testosterona puberal en el hipocampo en desarrollo

El segundo período de desarrollo en el que las hormonas esteroides pueden ejercer un efecto organizador en el cerebro es durante la pubertad, definida como un período de la adolescencia marcado por un fuerte aumento de los esteroides gonadales circulantes. El resultado más importante de la pubertad es la activación de sustratos neurales sexualmente diferenciados por los esteroides gonadales para promover el comportamiento reproductivo. Sin embargo, los circuitos que median los comportamientos sociales y cognitivos también se esculpen de una manera sexualmente diferenciada durante este tiempo a través de una variedad de mecanismos celulares (ver [133, 134], para revisión). La evidencia de que la función del hipocampo y la neurofisiología están moduladas y programadas por los andrógenos puberales se ven en estudios en animales y humanos.

Los estudios de imágenes longitudinales en niños generalmente no encuentran diferencias de sexo prepúberes en el tamaño o morfología del hipocampo, pero un mayor volumen del hipocampo en los niños durante la pubertad y la adolescencia, cuando se corrige para el volumen intracraneal total [135,136,137,138,139,140]. Sin embargo, en términos de las trayectorias de crecimiento relativo entre hombres y mujeres, los datos parecen estar en conflicto. Si bien algunos estudios demuestran aumentos paralelos en el volumen del hipocampo durante la pubertad tanto en niños como en niñas [138, 141], otros muestran trayectorias de crecimiento sexualmente diferenciadas, donde el volumen del hipocampo aumenta de manera constante con el avance de la edad y la pubertad en las mujeres, pero el crecimiento se ralentiza en los hombres durante la pubertad tardía. [137, 139, 142, 143]. Esto puede indicar una respuesta sexualmente diferenciada a los esteroides gonadales en el hipocampo, o puede indicar un efecto bifásico de los andrógenos, donde los niveles crecientes promueven una trayectoria de crecimiento positiva, pero los niveles altos, como los que se encuentran en la circulación de los hombres en la pubertad tardía, tienen un efecto negativo. impacto negativo en el crecimiento. Esto está respaldado por datos de Wierenga et al. [140], que correlaciona la testosterona circulante alta en mujeres adolescentes con un crecimiento hipocampal más lento. Además, mientras que la trayectoria del crecimiento del hipocampo se predice por el avance del estado de la pubertad en los hombres, en las mujeres adolescentes el volumen del hipocampo no está fuertemente asociado con el estado de la pubertad, sino que se predice por la edad [144] o los niveles de testosterona circulante [139, 140, 142]. , 145]. Durante la adrenarquia, que se caracteriza por niveles elevados de andrógenos derivados de las suprarrenales y donde una mayor testosterona circulante se asocia con un mayor volumen del hipocampo en las niñas, se encuentra un apoyo adicional para un papel directo de los andrógenos en la determinación de la diferencia de sexo en el volumen del hipocampo durante la adolescencia [145].

Funcionalmente se observa un patrón similar de efectos de la testosterona durante la pubertad. En los adolescentes, la respuesta a rostros temerosos o el desempeño en tareas de memoria dependientes del contexto se asocian positivamente con la activación del hipocampo. El rendimiento de la prueba y la activación del hipocampo se predicen por la etapa del desarrollo puberal en niños y niñas; sin embargo, en las niñas, el poder predictivo de la etapa puberal se debe casi por completo a los niveles de testosterona circulante y no a la edad o etapa de la pubertad [146, 147]. . En los hombres, la activación del hipocampo durante el procesamiento emocional es significativamente mayor en los niños pequeños que tienen pubertad familiar precoz masculina, en comparación con los niños no afectados de la misma edad [148].

Quizás la evidencia más convincente del papel de los andrógenos puberales en la maduración del hipocampo son los estudios de imágenes en adolescentes con síndrome de Klinefelter. Los niños aneuploides con más de un cromosoma X inician la pubertad, pero tienen deficiencia de andrógenos [149, 150] y tienen un volumen de materia gris del hipocampo más pequeño que los niños con desarrollo típico [151, 152]. El tratamiento con un análogo de testosterona durante la adolescencia normaliza el volumen del hipocampo en pacientes con Klinefelter [153], lo que indica que los esteroides testiculares, y no el complemento de los cromosomas sexuales, son un factor principal de la maduración del hipocampo durante la adolescencia. A pesar de la imposibilidad de experimentos funcionales directos en humanos, lo que surge es que los andrógenos tienen un papel principal en la dirección de la maduración adolescente del hipocampo, y el nivel de testosterona circulante es un punto de referencia importante para la diferenciación sexual de esta región del cerebro durante la pubertad en ambos. sexos. Aunque los datos de imagen en humanos no apoyan un papel similar de los esteroides ováricos durante la pubertad, no se puede descartar un papel del estradiol derivado del cerebro en el cerebro de la adolescente, similar al período perinatal en roedores [154]. Las células sanguíneas periféricas de adolescentes pre y pospúberes demuestran patrones de metilación específicos de la mujer que surgen durante la pubertad para genes involucrados en la señalización de andrógenos y que son proximales a los elementos de respuesta de estrógenos [155], lo que indica que el aumento de esteroides ováricos durante la pubertad puede programar epigenéticamente la respuesta a los andrógenos en las niñas.

Hay relativamente pocos estudios que arrojen luz sobre los posibles mecanismos celulares que median los efectos de la testosterona puberal en el desarrollo del hipocampo. Los datos de macacos rhesus demuestran un papel de la testosterona adolescente en la regulación de la supervivencia y diferenciación celular en el hipocampo, ya que la castración en la pubertad temprana aumenta la supervivencia y maduración de las neuronas granulares en la circunvolución dentada, mientras que no hay cambios en la proliferación celular [156]. Los cambios en el razonamiento espacial y las tareas de memoria implican alteraciones en la plasticidad sináptica, y los andrógenos desempeñan un papel importante a este respecto en el hipocampo adulto [21, 157]. También hay evidencia de que los andrógenos modulan la plasticidad sináptica del hipocampo durante la adolescencia. Los ratones machos sufren pérdida de las sinapsis de la columna dendrítica en la subregión del hipocampo CA1 durante el transcurso de la pubertad, un efecto que la gonadectomía revierte en gran medida [158], aunque la gonadectomía prepuberal no previene una pérdida similar de sinapsis en ratas hembras [159]. Funcionalmente, las ratas macho adultas tienen memoria social reducida en comparación con los juveniles, coincidiendo con un cambio de potenciación a largo plazo a depresión en respuesta a la estimulación en la región CA1 del hipocampo. Tanto la gonadectomía como el antagonismo de los receptores de andrógenos al comienzo de la pubertad, pero no más tarde en la adolescencia, previenen el cambio en el desarrollo hacia la depresión a largo plazo y mejoran la memoria social en los adultos [160]. Si bien estos datos sugieren un papel organizativo para los andrógenos puberales en los hombres, no está claro si se trata de respuestas verdaderamente diferenciadas sexualmente, ya que en estos estudios no se incluyeron tratamientos comparativos con hombres y mujeres. Curiosamente, estos efectos celulares de la señalización androgénica en el hipocampo adolescente son opuestos a los del adulto, donde los andrógenos promueven la proliferación celular y la supervivencia en la circunvolución dentada [19] y la sinaptogénesis en el cuerno de Ammon [21, 161].


Métodos

Aislamiento de material vegetal y ADN

Tres poblaciones de mapeo bi-parental de Actinidia se utilizaron para estudiar las tasas de recombinación a lo largo del cromosoma 25. Población cartográfica I era una familia cartográfica biparental interespecífica A. rufa × A. chinensis var. chinensis (A, "MT570001" × "Guihai No4") [22]. El mapeo de la población II fue un diploide intraespecífico A. chinensis var. chinensis familia desarrollada a partir de un cruce entre "Hort16A" y el padre masculino P1. El mapeo de la población III también fue un diploide intraespecífico A. chinensis var. chinensis familia derivada de una hembra de semilla de la provincia de Henan, y el progenitor masculino de una accesión de semilla de la provincia de Guangxi, China [21].

Las plántulas de la población de mapeo II se criaron en cultivo de tejidos y se seleccionaron 236 individuos para genotipificación. Se recogió tejido de hoja joven expandido, que pesaba aproximadamente 100 mg, y se almacenó a -80 ° C mediante congelación rápida en nitrógeno líquido. La extracción de ADN genómico se realizó mediante el método CTAB [51]. La cuantificación del ADN se llevó a cabo usando análisis fluorométrico Qubit ™.

Genotipado por secuenciación (GBS), llamada de variantes y selección de marcadores de polimorfismo de un solo nucleótido (SNP)

Se siguió el método para desarrollar bibliotecas de GBS de la población II [52], modificado por el uso de BamHI para el paso de digestión de restricción. Las bibliotecas se amplificaron individualmente y se verificó la preparación satisfactoria mediante el análisis de una alícuota mediante electroforesis en gel de agarosa, antes de agrupar los amplicones antes de la secuenciación [53]. Las bibliotecas preparadas a partir de 236 genotipos se secuenciaron en 5 carriles utilizando Illumina ™ HiSeq2000 en modo de un solo extremo, con cada carril generando más de 200 millones de lecturas de 100 bp de un solo extremo. Se secuenciaron dos placas de bibliotecas (192 genotipos) en 2 carriles y se secuenció media placa (44 genotipos) en 1 carril. La llamada SNP se realizó utilizando la tubería TASSEL guiada por referencia en el Red5 (versión PS1.1.68.5 [54], una versión anterior del genoma publicado [55]) y los genomas de referencia "Hongyang" [56]. Los SNP se filtraron con el criterio de filtrado de 0,7 para la cobertura en todos los genotipos, generando

44-50 K sitios SNP de cada genoma en 29 pseudocromosomas y andamios no asignados en el grupo de ligamiento Chr 30. Los marcadores SNP se desvolucionaron para cada padre utilizando los siguientes criterios. Primero, se seleccionaron los marcadores SNP que eran heterocigotos (ab) en un padre y homocigotos (aa) en el otro padre y viceversa. Esto generó un conjunto de marcadores que teóricamente se segregarían como 1: 1 & lt ab × aa & gt (pseudo-testcross) y son únicos para cada progenitor. Se utilizaron para la construcción de los mapas de ligamiento genético masculino y femenino individualmente.

Construcción de mapas genéticos

Se construyeron mapas genéticos utilizando marcadores de SNP "Hort16A" y P1 utilizando Joinmap3® (www.kyazma.nl). Los datos del marcador SNP se procesaron en JoinMap utilizando el formato "CP" para la estructura de la población. Los grupos de vinculación se desarrollaron utilizando la configuración predeterminada para agrupar con modificaciones, que incluyen: a) el rango de umbral para el logaritmo de independencia (base 10) de las probabilidades (LOD) comenzó con una puntuación LOD de 10 a 20 y, b) el uso de un algoritmo de mapeo de regresión .

Tasas de recombinación a lo largo de los cromosomas

Las posiciones físicas de los marcadores de SNP segregantes en el mapa genético se trazaron frente a las ubicaciones físicas de SNP en pseudomoléculas utilizando R 3.3.0 (https://www.R-project.org) en dos poblaciones, una interespecífica Actinidia rufa × A. chinensis var. chinensis (‘MT570001’ × ‘Guihai No4‘) mapeando la población I y un intraespecífico A. chinensis var. chinensis ('Hort16A' × P1) cartografía de la población II.

Segregación de alelos de microsatélites dentro del SDR

El patrón de herencia de los marcadores SSR dentro del SDR se investigó en un intraespecífico A. chinensis var. chinensis cartografía de la población descrita anteriormente [20]. Se seleccionaron veintiún marcadores de microsatélites para el análisis, dieciocho de estos se amplifican desde dentro de los 6 Mb terminales del cromosoma 25, los tres restantes se amplifican desde la porción distal.Los padres y ochenta y siete descendientes de esta población cartográfica se examinaron con estos marcadores de la misma manera que se describió anteriormente [57]. Las secuencias de estos cebadores y las temperaturas de hibridación se dan en el archivo adicional 1: Tabla S1. Con base en el patrón de segregación de alelos de marcadores completamente informativos, informativos femeninos y masculinos, los alelos se agruparon en uno de cuatro grupos según el cromosoma del que se habían originado, es decir, el grupo 1 se originó a partir del cromosoma X1, el grupo 2 se originó en el cromosoma X2 (heredado de la madre), el grupo 3 se originó a partir de X3, y el grupo 4 de Y1 (heredado del padre masculino).

Alineación de la secuencia del genoma completo, llamada de variantes y análisis de parentesco

Los adaptadores y las secuencias de baja calidad o indeterminadas de la secuencia del genoma completo de Illumina de inserción corta se filtraron y recortaron utilizando fastq-mcf (kit de herramientas fastx, versión 0.0.13) [58]. Las lecturas emparejadas con una cobertura de aproximadamente 30x se mapearon en el genoma de "Hongyang" [56] utilizando bwa-mem 0.7.15 [59]. La llamada de variantes se realizó utilizando Freebayes 1.1.0 [60], en ventanas de 1 Mb. Los archivos de formato de llamada variante (VCF) se filtraron utilizando variantes bialélicas sin datos faltantes utilizando la siguiente canalización vcflib (https://github.com/vcflib/vcflib):

vcfbiallelic | vcffilter -f ‘NS = 14 & amp QUAL & gt 30 & amp SAR & gt 3 & amp PAIRED & gt 0.8 & amp SAF & gt 3.

Los archivos VCF se modificaron gradualmente utilizando Beagle 4.0 y valores predeterminados [61]. Fst, Tajimas Pi y coeficientes de parentesco se generaron para cada ventana de 1 Mb del pseudocromosoma 25 utilizando vcftools 0.1.14 [62] y el parentesco se determinó utilizando la opción vcftools relatedness2 [63]. Las tasas de desintegración del desequilibrio de ligamiento (LD) se determinaron en ventanas de 1 Mb utilizando PopLDDecay (https://github.com/BGI-shenzhen/PopLDdecay). La desintegración de LD dentro de cada ventana se resumió como la mediana de R 2 en el subintervalo de 1 kb a 10 kb.

Preparación de cromosomas

El genotipo femenino de diploide A. chinensis var. chinensis utilizado para este estudio, CK51_05, es el progenitor femenino de la población cartográfica III se utilizó previamente para construir un mapa genético en A. chinensis var. chinensis [21]. Se recogieron capullos de flores jóvenes en diversas etapas y se colocaron inmediatamente en etanol: ácido acético 3: 1 y se almacenaron a 4 ° C durante al menos un día. Si las yemas debían almacenarse durante más de dos semanas, se transfirieron al 70% v/ v de etanol y se almacena a - 20 ° C hasta que se necesite.

Los botones florales que contienen meiocitos en la etapa de paquiteno se identificaron aplastando una antera de cada uno en FLP (forma: lacto: propiono) orceína y observando la etapa meiótica. Una vez que se identificaron las yemas en el paquiteno, las preparaciones cromosómicas se realizaron siguiendo el método de Andras SC, Hartman TP, Marshall JA, Marchant R, Power JB, Cocking EC y Davey MR [64], utilizando las anteras restantes en cada yema y modificadas para use anteras en lugar de puntas de raíces. Las anteras se hidrolizaron en HCl 1 M a 37 ° C durante 15-20 min y luego se digirieron durante 80 min en la siguiente mezcla de enzimas: 4% (w/v) Onozuka R10 celulasa (Merck 102,321), 4% (p / v) celulasa (Sigma C-9442), 2% (p / v) pectoilasa (Sigma P-3026) y 1% (p / v) citohelicasa (Sigma C -8274) disuelto en tampón citrato 0,01 M pH 4,5. Las técnicas de caída de Felsenstein J [65] y Henegariu O, Heerema NA, Lowe Wright L, Bray-Ward P, Ward DC y Vance GH [66] se utilizaron posteriormente para preparar extensiones cromosómicas.

Construcción y cribado de la biblioteca BAC

La biblioteca BAC de ADN genómico de A. chinensis var. chinensis CK51_05 fue preparado por Bio S & ampT, Quebec, Canadá y se imprimió en 23 filtros de nailon en una configuración de impresión 4 × 4. Los genes ndhA (Subunidad A de NADH-deshidrogenasa) y cox2 (citocromo c oxidasa) se emplearon para estimar la contaminación de cloroplastos y mitocondrias, respectivamente. Solo el 0,6% de la biblioteca BAC contenía ADN organelar. A partir de una muestra de 309 clones BAC, determinamos que el tamaño medio del inserto era 71,32 ± 46,15 kb y que el 30% de los clones BAC muestreados contenían grandes insertos de 80-260 kb.

Las sondas de reacción en cadena de la polimerasa (PCR) desarrolladas a partir de un marcador no polimórfico derivado del marcador SmX ligado al sexo [67], y dos marcadores genéticos que flanquean el locus sexual (Ke225 y udkac096) [21] se utilizaron para identificar la SDR de la hembra. padre. Las sondas de PCR purificadas se marcaron de forma no radiactiva con digoxigenina-11-dUTP (Roche Diagnostics), se hibridaron a 65 ° C durante la noche y se detectaron según lo especificado [68]. Se aislaron los clones de BAC correspondientes y se seleccionaron los clones más pequeños para cada uno de los tres marcadores y se marcaron con biotina por traducción de muescas (Roche Diagnostics). Estos tres clones eran 47F17 que contenía Ke225 (59,7 kb), 180D13 que contenía SmX (49,3 kb) y 156B2 que contenía udkac096 (85,2 kb).

Hibridación fluorescente in situ (FISH)

El procedimiento FISH siguió un método previamente publicado [64], con algunas modificaciones. Brevemente, las sondas (50-100 ng) se disolvieron en 2X SSCP (NaCl 0,3 M, citrato de sodio 0,03 M, dihidrogenofosfato de sodio 0,04 M, pH 6,5), formamida al 50% y sulfato de dextrano al 10% y se desnaturalizaron a 85 ° C durante diez minutos. Se agregaron treinta μL de esta mezcla de hibridación a cada portaobjetos y el portaobjetos se cubrió con un cubreobjetos de plástico. Las preparaciones se desnaturalizaron durante 5 min en NaOH 0,15 M en etanol al 70% y luego se deshidrataron a través de una serie de etanol enfriado con hielo (70, 85 y 96% durante 3 min cada uno). La incubación fue a 37 ° C durante 24 h antes de un lavado en 2X SSC (0.3 M NaCl, 0.03 M citrato de sodio) a 42 ° C, seguido de dos lavados rigurosos de 0.2X SSC durante 15 min cada uno a 42 ° C (Stringency

68%) y un lavado final en tampón de detección (Tris 0,1 M, NaCl 0,15 M, pH 7,5) durante 5 min a temperatura ambiente. La sonda se detectó usando 50 ng / μL de conjugado cy3-estrepavidina (Sigma), 5% (w/v) albúmina de suero bovino (Sigma) en tampón de detección durante 60 min a 37 ° C. Luego, los portaobjetos se lavaron dos veces en tampón de detección que contenía 0,05% (v/ v) Tween® 20 durante 15 min y las preparaciones de cromosomas se tiñeron por contraste durante 5 min en 1 mM de 4 ', 6-diamidino-2-fenilindol, diclorhidrato (DAPI) (Sigma) en 1X PBS pH 7,4 y se montaron en 40 μL de solución de montaje (0,2% (v / v) 1, 4-diazabiciclo- [2.2.2] octano (DABCO) (Sigma), 50% (v / v) de glicerol en 1X PBS pH 7,4). Después del almacenamiento a 4 ° C durante 2-3 días antes de la observación, se observaron las extensiones cromosómicas con un microscopio óptico Olympus Vanox AHT3 usando epi-fluorescencia, y las imágenes se capturaron con una cámara digital RS Photometrics CoolSNAP. Se capturaron dos imágenes por celda, a longitudes de onda de excitación de 358 nm y 550 nm. A continuación, se manipularon imágenes completas con Adobe® Photoshop Versión 6.0. Las mediciones de los cromosomas se realizaron utilizando la aplicación informática MicroMeasure versión 3.3 [69].


La selección de las células sexuales favorece una brecha de género en la recombinación

Los machos y las hembras de la misma especie pueden ser sorprendentemente diferentes. Los pavos reales se pavonean con plumas llamativas para atraer a sus parejas, mientras que las pavos reales se mezclan con su entorno con colores más tenues. Pero las diferencias no siempre son tan obvias o fáciles de explicar como en este ejemplo clásico. Incluso la cantidad de reorganización genética que se produce durante la producción de óvulos y espermatozoides difiere entre machos y hembras en la mayoría de las especies. Una razón evolutiva de esto ha eludido a los investigadores desde que el fenómeno se descubrió originalmente en moscas de la fruta, gusanos de seda chinos y anfípodos hace casi 100 años.

La diversidad genética entre organismos se promueve cuando la información genética se reordena durante la meiosis, el proceso de división celular que produce espermatozoides y óvulos (genéricamente llamados gametos). Durante esta reorganización genética, los pares de cromosomas se superponen, formando estructuras llamadas quiasmas (& ldquocrosses & rdquo en griego) y se recombinan físicamente. Este proceso no solo crea diversidad, también es un ejemplo de diversidad y las tasas de combinación varían según los cromosomas, sexos y especies.

Una hipótesis de principios del siglo XX para explicar la diferencia de sexo en la recombinación propuso que la recombinación está restringida dentro de un par de cromosomas sexuales diferentes (X e Y, por ejemplo) y que la supresión se extiende al resto de los cromosomas. Bajo esta idea, el sexo con cromosomas sexuales diferentes (XY en lugar de XX, por ejemplo) debería ser el que tenga la menor cantidad de recombinación en todos los cromosomas. Pero ese no es siempre el caso. Algunas especies hermafroditas de gusanos planos, por ejemplo, carecen por completo de cromosomas sexuales, pero aún muestran marcadas diferencias en las tasas de recombinación masculina y femenina. En un género de salamandras, inesperadamente se produce más reorganización en el sexo con dos cromosomas sexuales diferentes.

En un nuevo estudio que analiza un conjunto de datos actualizado de 107 plantas y animales, Thomas Lenormand y Julien Dutheil refuerzan el argumento en contra de la hipótesis de supresión de la recombinación al mostrar que en especies con cromosomas sexuales, el sexo con dos cromosomas sexuales diferentes no necesariamente tiene una tasa de recombinación reducida. . Además, encontraron que, como rasgo, la diferencia de sexo en la tasa de recombinación no es mucho más similar entre dos especies del mismo género que entre dos especies de diferentes géneros, lo que sugiere que la diferencia evoluciona rápidamente.

Una hipótesis alternativa sugiere que la selección sexual podría desempeñar un papel en las diferencias de recombinación. El éxito reproductivo entre los machos a menudo está muy influenciado por la selección, por lo que mezclar combinaciones genéticas exitosas en los machos podría ser evolutivamente contraproducente. Pero en estudios anteriores, la selección sexual no se relacionó con la variación en las tasas de recombinación.

Al darle un nuevo giro a esta hipótesis, Lenormand y Dutheil se dieron cuenta de que la selección no se limitaba necesariamente a la etapa adulta y que las diferencias en la selección entre óvulos o espermatozoides podrían ayudar a explicar las diferencias de recombinación entre los sexos. Los autores razonaron que una mayor oportunidad de selección en el esperma que en el óvulo debería corresponder a una menor recombinación durante la producción de espermatozoides que en la producción de óvulos (y viceversa), en consonancia con la idea de que las combinaciones genéticas que sobreviven a la selección deberían permanecer más intactas en el sexo que experimenta la selección más fuerte en el momento. etapa gamética.

Aunque podría esperarse que los gametos masculinos estén bajo una selección más fuerte en muchas especies, en los pinos verdaderos parece ser los gametos femeninos. Los óvulos compiten entre sí por los recursos durante todo un año antes de ser fertilizados y, de hecho, según el análisis del conjunto de datos, la producción de óvulos implica bajas tasas de recombinación en comparación con el polen masculino en este grupo. En los machos, la oportunidad de competencia por el polen se estimó indirectamente utilizando tasas de autofertilización. Los autores asumieron que los granos de polen que compiten por los óvulos de una planta autofertilizante serían genéticamente similares y, por lo tanto, experimentarían menos selección. Nuevamente, en el análisis, la selección baja se correlacionó con una menor recombinación en la producción de gametos femeninos, como se predijo.

¿Es la selección entre óvulos y espermatozoides la fuerza evolutiva que genera una variación basada en el sexo en la mezcla genética? Al demostrar que las diferencias pueden verse influenciadas por la selección de gametos en las plantas, este trabajo ha agregado claridad a las observaciones que de otro modo serían contradictorias.

Cita: Lenormand T, Dutheil J (2005) Diferencia de recombinación entre sexos: un papel para la selección haploide. PLoS Biol 3 (3): e63.


Hermafroditas

La importancia adaptativa de tener dos caminos para estar en forma

Podría decirse que la mayor diferencia entre los gonocoristas y los hermafroditas es que en este último cada individuo tiene (al menos potencialmente) acceso a las rutas masculinas y femeninas para estar en forma (Figura 1). Actualmente no está claro si la evolución de la anisogamia originalmente conduce al gonocorismo o al hermafroditismo (Schärer et al., 2014), y la respuesta bien puede depender del grupo de organismos específico. A pesar de esto, muchos modelos existentes para la evolución de la anisogamia hacen suposiciones que necesariamente conducen a la evolución del gonocorismo (p. Ej., Lehtonen y Kokko, 2011 Parker, 2011), por lo que ampliar esta base teórica sigue siendo un desafío significativo (al igual que la realización de trabajos empíricos en grupos existentes donde se puede estudiar la evolución en curso de la anisogamia). Desde una perspectiva hermafrodita, se podría argumentar que los gonocoristas son un caso especial, donde algunos individuos han perdido (o renunciado) su capacidad para reproducirse a través de una de las dos rutas, y un aspecto importante para comprender el hermafroditismo es, por lo tanto, comprender las condiciones. bajo el cual puede ser o no ventajoso para las personas mantener dos rutas para estar en forma.

Figura 1 . Las dos vías del fitness en los hermafroditas. En los hermafroditas, la supervivencia, la fecundidad y el éxito del apareamiento a menudo contribuirán a la aptitud por separado a través de las funciones sexuales masculinas y femeninas. No obstante, podemos esperar importantes efectos de retroalimentación entre estos diferentes componentes de la aptitud, de los cuales solo se ilustran algunos aquí. Por ejemplo, el éxito del apareamiento en una función sexual puede afectar el éxito reproductivo en la otra función sexual (los llamados efectos de sexo cruzado flechas punteadas), como puede ocurrir si el apareamiento es recíproco, de modo que los apareamientos adicionales en el rol masculino corresponden automáticamente a más apareamientos en el papel femenino, con consecuencias potencialmente negativas (ver Anthes et al., 2010 para mayor discusión). Tenga en cuenta también que, para simplificar, solo se ha representado un solo componente de fecundidad, pero esto podría dividirse nuevamente en componentes masculinos y femeninos y, a menudo, estos pueden intercambiarse entre sí debido a una compensación de asignación de sexo.

Modificado de Schärer, L., Janicke, T., Ramm, S. A., 2014. Conflicto sexual en hermafroditas. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology doi: 10.1101 / cshperspect.a017673, basado en una figura original para gonocoristas en Arnqvist y Rowe (2005).

El pensamiento actual sobre la evolución del hermafroditismo secuencial considera que las funciones masculinas y femeninas pueden tener diferentes tamaños corporales óptimos, de modo que un individuo puede maximizar su aptitud total exhibiendo primero un sexo y luego cambiando al otro (el 'modelo de ventaja de tamaño' Ghiselin, 1969 Figura 2). Dicho de manera más amplia, el modelo de ventaja de tamaño predice que un individuo debería querer cambiar de sexo siempre que pueda aumentar su 'valor reproductivo' al hacerlo, enfatizando que los factores sociales y ecológicos entran en juego para determinar la estrategia óptima de cambio de sexo (Warner , 1975, 1988 Charnov, 1982 Munday et al., 2006). Consideramos el fundamento del modelo de ventaja de tamaño con más detalle en la sección "Competencia local y asignación de sexo" y luego proporcionamos ejemplos en la sección "Sexo en hermafroditas secuenciales" a continuación.

Figura 2 . El modelo de ventaja de tamaño para el hermafroditismo secuencial. Si la aptitud esperada regresa al operar como hombre o mujer cambia de manera predecible con el tamaño (o la edad), esto puede, siempre que sea fisiológicamente posible y los costos de hacerlo no sean demasiado altos (ver Kazancıoğlu y Alonzo, 2009). - favorecer estrategias reproductivas que impliquen cambio de sexo. (a) La protoginia (cambio de sexo de mujer a hombre) se favorece cuando la relación entre el tamaño y la fecundidad es menos profunda para las hembras que para los machos, por ejemplo, porque los machos grandes tienen más éxito en mantener un territorio en el que pueden aparearse con varias hembras. . (b) Por el contrario, si la relación tamaño-fecundidad es más pronunciada para las hembras, por ejemplo, porque las hembras más grandes son más fecundas, mientras que el tamaño de un macho & # x27s es relativamente poco importante para su fecundidad, esto puede favorecer la protandria (macho a hembra cambio de sexo).

Modificado de Munday, P. L., Buston, P. M., Warner, R. R., 2006. Diversidad y flexibilidad de las estrategias de cambio de sexo en animales. Tendencias en ecología y evolución de ampamp 21, 89–95.

Para los hermafroditas simultáneos, los beneficios de la sexualidad dual pueden provenir de la seguridad reproductiva cuando la tasa de encuentro con posibles parejas es baja, por ejemplo, en condiciones de baja densidad de población (Ghiselin, 1969 Schärer, 2009). En contraste con los gonocoristas, para un hermafrodita simultáneo cada conespecífico encontrado es un compañero potencial de apareamiento (Tomlinson, 1966). Además, incluso en ausencia total de acceso a parejas de apareamiento, exhibiendo ambos sexos simultáneamente, o en una secuencia corta, como en algunos Caenorhabditis nematodos - tiene el beneficio adicional de permitir la autofecundación (Charlesworth y Morgan, 1991 Jarne y Charlesworth, 1993 Jarne y Auld, 2006). Sin embargo, el hermafroditismo simultáneo no está claramente restringido a organismos que se encuentran en baja densidad y, de manera más general, se espera que este sistema sexual sea estable siempre que haya una fuerte disminución de los rendimientos de la inversión en una de las funciones sexuales (Charnov, 1982 Schärer, 2009). ), un argumento que desarrollamos con más detalle en la sección 'Competencia local y asignación de sexo'.

Si bien estas explicaciones adaptativas para el hermafroditismo son indudablemente importantes para comprender cómo puede evolucionar, la distribución taxonómica actual de los diferentes sistemas sexuales entre animales también revela un fuerte grado de inercia filogenética (ver Renner y Ricklefs, 1995 para datos sobre plantas). Si bien algunos grupos son (casi) completamente hermafroditas (p. Ej., Gusanos planos, gusanos flecha y gastrotricos), hay otros grupos que son (casi) completamente gonocorísticos (p. Ej., Insectos, nematodos y acantocéfalos), mientras que otros grupos muestran más variables sexuales. sistemas (por ejemplo, celentéreos, poliquetos y moluscos) (véase también Ghiselin, 1969 Schärer, 2009 Weeks, 2012 Collin, 2013).

Independientemente de las condiciones exactas bajo las cuales se favorece o mantiene el hermafroditismo, una vez que dos vías de aptitud están presentes en el mismo individuo, esto deja abierta la posibilidad de variar estratégicamente la cantidad de recursos invertidos en las dos funciones sexuales, ambas en términos de cantidad total. y con respecto al tiempo durante la historia de vida de un individuo (es decir, simultáneamente versus secuencialmente). Estas son preguntas sobre la "asignación de sexos", que discutiremos a continuación.


La gónada es un órgano increíblemente lábil donde las señales masculinas y femeninas compiten por el dominio en el embrión en desarrollo.

La reciente controversia sobre el género del corredor sudafricano Caster Semenya ilustra la complejidad de cómo se asigna el sexo en los humanos. Los expertos deben decidir si el ADN, los genitales u hormonas deben servir como característica determinante. Aunque hay casos de mujeres genéticamente XX con genitales masculinos y viceversa, los tres identificadores sexuales están alineados en la mayoría de las personas. Esto se debe a que, en los seres humanos y en la mayoría de los mamíferos, el sexo genético (es decir, si eres XX o XY) controla el desarrollo de un testículo u ovario durante la vida fetal, y todas las características sexuales secundarias (genitales, musculatura, conductos sexuales) están controladas por hormonas. y otras secreciones del testículo o del ovario. 1

En muchos animales, las características sexuales son bastante plásticas e incluso en la vida adulta. En algunas especies de peces, todo lo que se necesita es un vistazo.

En muchos animales, las características sexuales son bastante plásticas, incluso en la vida adulta. En algunas especies de peces, todo lo que se necesita es una mirada, o la falta de ella, para hacer que una hembra adulta cambie de sexo y se convierta en macho. Cuando el macho dominante se pierde de vista de la escuela, una de las hembras sufrirá un cambio de sexo, adquirirá la coloración y el comportamiento del macho alfa, y pasará de producir huevos a producir esperma. Un ejemplo más sutil es una especie de lunar que mantiene "ovotestes" en la vida adulta, cambiando de características femeninas a masculinas y viceversa, dependiendo de la temporada y si es más ventajoso ser sumiso o producir altos niveles de testosterona y exhibir agresividad. comportamiento. 2

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¿Qué explica la notable plasticidad sexual que se observa en muchos animales? Quizás sea la plasticidad inherente de la gónada. Para la mayoría de los procesos de desarrollo, solo hay un resultado posible. Por ejemplo, un primordio de riñón solo puede producir un riñón, y un primordio de pulmón solo puede producir un pulmón. Por el contrario, la gónada puede convertirse en un testículo o en un ovario. Esta elección, "determinación del sexo", ocurre durante la vida fetal y es estable a partir de entonces, pero en otros animales como algunos peces, esta elección puede reconsiderarse más adelante.

Otra notable diferencia entre la determinación del sexo y otros procesos de desarrollo es que los genes que controlan la mayoría de los mecanismos de desarrollo están estrechamente conservados en todo el reino animal. Sin embargo, los mecanismos que controlan la determinación del sexo parecen variar enormemente en el reino animal. En algunos animales, el sexo de la descendencia depende de la densidad de población, mientras que en otros, depende de la temperatura. Los seres humanos se desarrollan dentro del útero, donde están (en su mayor parte) protegidos de los caprichos del medio ambiente. Utilizan un mecanismo genético para determinar el sexo en función de sus cromosomas X e Y. No se ha encontrado ningún mecanismo unificador que controle la determinación del sexo en todos los vertebrados, sin embargo, parece imposible que un proceso tan esencial no se conserve estrictamente en algún nivel.

Cuando comencé a investigar en mi propio laboratorio, me pareció que la comprensión de este problema podría provenir de una mejor comprensión de cómo se produce la determinación del sexo a nivel de la biología celular del desarrollo de órganos. ¿Cómo deciden las células de la gónada formar un testículo o un ovario, y cómo regulan este proceso los diferentes mecanismos de determinación del sexo que se observan en el reino animal? Un trabajo reciente de mi laboratorio y muchos otros sugiere que, después de todo, puede haber un mecanismo subyacente común.

Para mí, la historia comenzó en 1991, con el descubrimiento del gen que gobierna la determinación del sexo en los mamíferos. Lo recuerdo como una semana llena de acontecimientos en el laboratorio de Robin Lovell-Badge en el Instituto Nacional de Investigación Médica de Londres, donde yo era un postdoctorado. Tuvimos periodistas y fotógrafos poniéndonos en poses de "científico ocupado" y equipos de filmación interrogándonos sobre los detalles de nuestro trabajo. Habíamos tomado nuestro gen candidato, el ratón. Sry gen en el cromosoma Y, y lo insertó en el genoma de un embrión de ratón XX (hembra), convirtiéndolo en un macho. En una obra de teatro sobre ese experimento, un periódico mostraba una caricatura de una Minnie Mouse que invirtió el sexo.

En el experimento recíproco, mostramos que la eliminación de la Sry El gen del cromosoma Y de los embriones masculinos hizo que los machos genéticamente XY se desarrollaran como hembras. 3 En colaboración con el laboratorio Peter Goodfellow en el Imperial Cancer Research Fund (ICRF) en Londres (que trabajó en humanos SRY gen), hicimos una visita al zoológico de Londres para recolectar muestras de ADN de caballos machos y hembras, chimpancés, conejos, cerdos, ganado y tigres. Descubrimos que todos estos animales llevaban el SRY gen en su cromosoma Y, lo que refleja la amplia conservación de este mecanismo de determinación del sexo en los mamíferos. 4

Con el Sry trabajo detrás de mí, comencé mi propio laboratorio en la Universidad de Duke en 1993. Mientras que otros grupos que salían de los laboratorios Lovell-Badge y Goodfellow continuaron caracterizando el Sry gen y otros genes inmediatamente aguas abajo, quería estudiar los primeros mecanismos celulares que desencadenan la decisión de desarrollar un testículo o un ovario, en el momento en que el factor de transcripción SRY se expresa en la gónada.

El primer desafío fue establecer un sistema en el que pudiera estudiar las gónadas a medida que se desarrollaban en un entorno controlado. No fue una tarea fácil descubrir las condiciones adecuadas para mantener viables las gónadas embrionarias de ratón en un plato durante varios días mientras tomaban la decisión de su destino.

Robin Lovell-Badge y una ex postdoctora suya, Katarina Nordqvist, vinieron a visitar mi nuevo laboratorio en 1995. Los tres estábamos muy interesados ​​en probar una vieja idea de que una población de células del mesonefros, un tejido cercano que está estrechamente asociado con la gónada en esta etapa: migra hacia la gónada. Hicimos un órgano recombinante combinando un mesonefros que lleva un beta-galactosidasagen que hace que todas las células sean azules, con una gónada "blanca" sin marcar, y cultivó las dos piezas juntas durante varios días. Para nuestro entusiasmo, las células azules del mesonefros migraron a las gónadas no marcadas, pero solo a las gónadas XY masculinas, nunca a las gónadas XX femeninas. Una vez en la gónada masculina, las células mesonéfricas rodearon la Sry-expresando células de Sertoli y cordones testiculares formados, el primer cambio morfológico que indica un compromiso con el desarrollo de los testículos. 5

Pudimos ver que las células habían migrado, pero no estaba claro si eso realmente importaba. Uno de mis estudiantes, Christopher Tilmann, ideó un experimento para probar la importancia de la migración celular. Colocó una barrera de membrana entre el mesonefros cultivado y la gónada, demostrando que bloquear la migración de las células mesonéfricas impedía los primeros pasos del desarrollo de los testículos. Nos preguntamos qué pasaría si indujáramos la migración a una gónada XX; ¿podríamos hacer que se desarrolle más como un testículo que como un ovario?

Después de muchos esfuerzos fallidos para probar esta idea, finalmente me di cuenta de que podíamos hacer un cultivo de órganos "sándwich". Colocaríamos una gónada femenina XX en desarrollo entre una gónada masculina XY en un lado y un mesonefros azul en el otro. Nos emocionó ver que las células del mesonefros cruzaron la gónada femenina XX en su camino hacia la gónada masculina XY. En el camino, estas células viajeras indujeron a la gónada femenina en desarrollo a activar algunos genes asociados con el desarrollo masculino y a formar estructuras masculinas que se asemejan a los cordones testiculares, todo en ausencia del maestro. Sry gene. 6

Estos experimentos y otros en el laboratorio estaban cambiando gradualmente la forma en que veíamos el problema de la determinación del sexo. Aunque SRY se encuentra en la cima de la cascada de determinación del sexo en los mamíferos, se estaba volviendo claro que las vías aguas abajo de SRY son críticas para controlar la morfogénesis testicular, y sin un testículo, el embrión desarrolla todas las características sexuales secundarias femeninas.

A finales de la década de los noventa, habíamos identificado varios procesos de desarrollo esenciales para el desarrollo de las gónadas, pero aún carecíamos de una imagen clara de los genes que lo controlaban. La suerte me ayudó cuando David Ornitz, de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington, me llamó para hablarme de un ratón mutante. Una postdoctora en su laboratorio, Jenny Colvin, había generado ratones incapaces de producir el factor de crecimiento de fibroblastos 9 (FGF9). Ratones que carecen Fgf9 murieron al nacer porque sus pulmones no se pudieron formar correctamente. Sin embargo, Jenny notó que todos los embriones se desarrollaron como hembras. Este fue un hallazgo muy emocionante porque sugirió que Fgf9 fue uno de los genes que controlan los procesos de desarrollo importantes para el desarrollo de los testículos. Mientras que SRY, un factor de transcripción, solo puede actuar sobre la célula que expresa la proteína, el FGF9 es una proteína secretada y actúa como una molécula de señalización para las células cercanas. Parecía que podría ser el tipo de señal que controla la proliferación o atrae la migración de células del mesonefros.

El trabajo posterior en mi laboratorio mostró que durante la etapa bipotencial del desarrollo de las gónadas, antes de la decisión crítica del destino,Fgf9 se expresa en gónadas XX y XY. Pero después Sry es expresado, Fgf9 está fuertemente regulada al alza en las gónadas masculinas XY y regulada negativamente en las gónadas femeninas XX. En XY gónadas masculinas que carecían Fgf9, el desarrollo de los testículos se bloqueó por completo y se pudieron detectar algunos aspectos del desarrollo de los ovarios (ver gráfico a continuación).

Dado que FGF9 es un factor secretado, nos preguntamos qué pasaría si lo agregamos al medio de cultivo para las gónadas femeninas. Para nuestro deleite, el FGF9 soluble indujo a las células mesonéfricas a migrar a las gónadas femeninas XX, impulsando su desarrollo hacia la vía de los testículos. 7,8

Todos los indicadores apuntaban a la idea de que Fgf9 jugó un papel importante en el desarrollo de los testículos. Pero, ¿qué controló el desarrollo femenino? Para gran irritación de muchas investigadoras en el campo, el desarrollo femenino se había denominado clásicamente como la "vía predeterminada", lo que sugiere un proceso pasivo. Para la mayoría de nosotros, esta no era una idea atractiva.

La primera evidencia de una vía femenina activa se produjo en 1999, cuando el grupo de Andy McMahon en Harvard generó un ratón incapaz de producir WNT4. Al igual que FGF9, WNT4 es una molécula de señalización secretada que puede afectar a las células a distancia. En ratones que carecen del Wnt4 gen, incluso aquellas que eran genéticamente XX femeninas, se desarrollaron gónadas con algunas características de los testículos. Por ejemplo, las gónadas XX de estos mutantes mostraron patrones de migración celular similares a las gónadas XY y, más tarde en el desarrollo, produjeron testosterona. 9,10 Esto fue particularmente interesante porque fue consistente con los casos reportados de mujeres humanas genéticamente XX que desarrollan un testículo en ausencia total de SRY. Una explicación sugerida para estos pacientes fue que algo había salido mal con su vía activa que determina el ovario, una vía necesaria para bloquear el desarrollo de los testículos.

Encontramos que, como Fgf9, Wnt4 se expresa en ambos sexos mientras que la gónada todavía es bipotencial, pero está regulada al alza en las gónadas XX y regulada a la baja en las gónadas XY precisamente en el momento en que se produce la decisión del destino gonadal, lo contrario de Fgf9 expresión.

Aproximadamente en este momento, recordamos una pieza de evidencia de experimentos de cultivo de órganos realizados anteriormente en mi laboratorio que sugiere que FGF9 podría bloquear la expresión de Wnt4. ¿Podrían estas dos vías de señalización actuar de manera antagónica, escenificando la batalla de los sexos en la gónada? Yuna Kim, otra estudiante de posgrado en mi laboratorio, planeó una serie de experimentos para probar esta idea.

Otros investigadores habían demostrado que la función principal de SRY es regular al alza un factor de transcripción estrechamente relacionado, Sox9. Varios experimentos mostraron que SOX9 es capaz de sustituir a SRY para activar el desarrollo de los testículos. La pregunta era cómo encajan WNT4 y FGF9 en la historia. Yuna descubrió que FGF9 y SOX9 refuerzan la señalización del otro para establecer la vía testicular en las gónadas XY. Ella demostró que cuando Fgf9 se elimina, las gónadas masculinas XY cambian de sexo y activan los genes ováricos. Pero nuestro hallazgo más emocionante fue cuando descubrió que SOX9 y FGF9 están regulados positivamente en una gónada femenina XX cuando Wnt4 está ausente. Esto mostró claramente cómo la vía masculina podría activarse en una mujer genética XX, en ausencia total de la Sry gen, tal como lo habían predicho los pacientes varones humanos XX. 11

Basándonos en estos experimentos, propusimos un nuevo modelo para la determinación del sexo de los mamíferos. En las gónadas primordiales XX y XY, Fgf9, Sox9, y Wnt4 todos se expresan simultáneamente en las primeras etapas del desarrollo, cuando el destino de la gónada aún no está determinado. En una gónada XX, WNT4 domina y apaga la vía testicular. Sin embargo, en una gónada XY, SOX9 y FGF9 obtienen un impulso adicional de SRY, lo que les permite dominar y reprimir WNT4.

El reino animal tiene muchos medios para determinar el sexo, desde la densidad de población y las señales de comportamiento en los peces hasta la temperatura en las tortugas, los caimanes y otros reptiles, y las influencias hormonales en muchas especies que ponen huevos. Sin embargo, seguramente un proceso tan importante como la determinación del sexo debe conservarse en algún nivel.

Otros y yo hemos comenzado a sospechar que aunque el gen primario que controla la determinación del sexo varía entre especies, quizás lo que se conserva es un patrón subyacente de señales antagónicas, como las que hemos visto en ratones con FGF9 y WNT4. Este mecanismo fundamental que determina el sexo podría operar fácilmente en respuesta a un cambio genético (como Sry en mamíferos) oa una señal ambiental (como la temperatura en las tortugas), siempre y cuando la decisión inicial sea amplificada y reforzada por vías aguas abajo que recluten todas las células de la gónada en un plan de juego. 12

En un esfuerzo por aprender de otra especie, comenzamos a trabajar con tortugas de orejas rojas, que determinan el sexo a través de la temperatura. Cuando sus huevos se incuban a 26 grados Celsius, el 100% se convierte en machos, pero cuando se incuban a 31 grados, el 100% se convierte en hembras. (A temperaturas intermedias, ocurren proporciones de sexos mixtos). Hemos comenzado a explorar la base celular para el desarrollo de los testículos y el ovario en la tortuga, y a buscar señales de control similares volviendo a nuestros métodos de cultivo de órganos.

Este trabajo nos ha llevado a sospechar que el sistema de señalización antagónica que descubrimos es solo la punta del iceberg, que deberíamos estar observando el funcionamiento de todo el complejo sistema de señales que subyace en la determinación del sexo y el desarrollo de las gónadas en lugar de en genes individuales. . Estamos muy entusiasmados con un nuevo proyecto para hacer precisamente eso, empleando muchas de las nuevas técnicas y habilidades computacionales de la biología de sistemas.

Nuestra comprensión del desarrollo sexual está evolucionando junto con nuestra capacidad para probar y medir el proceso. Solo hemos comenzado a aclarar los primeros procesos genéticos y celulares que influyen en las etapas iniciales de la diferenciación de las gónadas. Los efectos posteriores de las hormonas, el medio ambiente y el cableado neurológico tienen un papel fundamental en la eventual identificación de un individuo como "hombre" o "mujer".

Ante esta complejidad, las pruebas utilizadas por muchas organizaciones deportivas para la presencia de SRY ya que el único medio de clasificar a los concursantes como hombres o mujeres parece muy simplista. Entre otras cosas, esta evaluación no proporciona una categoría para las personas calificadas que poseen alguna combinación de características masculinas y femeninas. Sin embargo, estos individuos también representan el espectro de habilidades humanas. En el caso de Caster Semenya, es una lástima que sus impresionantes logros se vean eclipsados ​​por acusaciones que pueden deberse simplemente a su falta de alineación con los estándares occidentales de belleza en lugar de un engaño intencionado con respecto a su sexo.

Blanche Capel es profesora en el Departamento de Biología Celular del Centro Médico de la Universidad de Duke. Ella agradece a los muchos miembros anteriores y actuales de su laboratorio por su maravilloso trabajo, especialmente a Lindsey Barske y Jonah Cool, quienes ayudaron a editar este artículo.

Corrección (15 de septiembre de 2009): Este artículo identificó originalmente a Blanche Capel como profesora asociada. En realidad, es profesora titular. El científico lamenta el error.