informe - Cruces de cepas de D Melanogaster - genetica I

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Cruces de diferentes cepas de D. Melanogaster para la identificación de los
postulados mendelianos
Universidad pedagógica y tecnológica de Colombia, facultad de ciencias básicas,escuela
de ciencias biológicas, asignatura: Genética I profesora: Laura Fernanda Gonzalez
D. Santana, D. Jimenez, L. Moreno, J. Rivas
Introducción
Los modelos biológicos son de gran importancia en la investigación científica, pues gracias a
su alto conocimiento sobre ellos es posible estandarizar procesos que contribuyen a un mejor
desarrollo del método científico. En la genética, existen algunos modelos muy importantes
que han permitido el desarrollo de grandes proyectos investigativos a lo largo de la historia.
Tal es el caso de Drosophila Melanogaster un díptero muy reconocido a nivel mundial por
ser un modelo biológico. Las principales razones que lo convierten en modelo de estudio, es
que su ADN está contenido en un total de ocho cromosomas y ya se encuentra
caracterizado.Tiene un fácil manejo, ciclo de vida corto y comparte gran porcentaje de
enfermedades genéticas con la especie humana (Padilla et al., n.d.)
Esta especie a lo largo de la historia ha sido utilizada sobre todo en el campo de la genética.
Desde la aceptación y consolidación de la genética mendeliana contribuyendo en la
reafirmación de los postulados de Mendel. Incluso con la aparición de la genética no
mendeliana, D. Melanogaster ha servido como base en el estudio genético para dicho
enfoque genético. Sin embargo en los últimos años se han dedicado los estudios con este
organismo hacia la parte de la biología del desarrollo y la medicina humana (Панченко et al.,
2017). En la actualidad se siguen llevando estudios a nivel genético y molecular con este
díptero en la caracterización de genes y sus funciones. El estudio de mecanismos e
interacciones celulares en otros grupos de invertebrados como lo muestra (Alexandrova et al.,
2005) en un estudio de células nodrizas y crecimiento de ovocitos, refleja el gran impacto que
hoy en día D. Melanogaster sigue teniendo en la ciencia.
Aunque han pasado más de 200 años desde que Mendel hizo los descubrimientos de la
herencia genética y su expresión fenotípica, algunos sostienen que esta genética primitiva ha
quedado atrás. Sin embargo el desarrollo de la gran variedad de técnicas y herramientas de
genética moderna y sistematizada, no habría sido posible sin los postulados de Mendel y el
uso de esta mosca como base sólida fundamental (Nature, 2022). Por excelencia la enseñanza
y formación académica con D. melanogaster hoy en día sigue siendo uno de los métodos de
enseñanza más eficaz y popular en todo el mundo. Su versatilidad y fácil acceso mantienen su
legado en el área genética. El objetivo de la práctica fue comprender las leyes de la genética
mendeliana a partir del cruce de varias cepas de D. Melanogaster.
Metodología
Debido a que en nuestro caso el cruce de las moscas no pudo hacerse de forma presencial, fue
necesario usar un simulador virtual con el cual nos dieramos una idea de cómo se podría dar
el cruce, si bien es cierto que entre estos dos métodos existen varias diferencias
procedimentales, por ejemplo; si el cruce fuera hipotéticamente presencial, el tiempo de
desarrollo del experimento se da durante aproximadamente 2 0 3 semanas máximo de
acuerdo con el ciclo de vida de la mosca en comparación con el método virtual, en donde el
desarrollo del experimento se da máximo en 10 minutos. luego presencialmente se deben
seleccionar hembras vírgenes para el cruzamiento, esto lo podemos hacer seleccionandolas en
estado adulto o en estado de pupa, como sabemos las hembras no son fértiles hasta 8-12 horas
de la eclosión del huevo, por lo cual una forma de hacer esto es eliminar todos los adultos de
la botella de medio de cultivo esperar a que eclosionen los huevos que queden y sacarlos y
sexarlos y las hembras seleccionadas en ese momento serán vírgenes debido a que aún no
están en la madurez suficiente para ser fértiles; luego seleccionamos los machos y con 10
individuos machos y 10 hembras en un medio de cultivo aseguramos descendencia suficiente.
luego de una semana observaremos los apareamientos, esto es variable en función de la
temperatura puesto que en 27 °C por ejemplo se puede observar la siguiente generacion mas
rapido. después de esto se deben eliminar los parentales del medio para evitar los
retrocruzamientos o mezclas de generaciones y dejar solo huevos larvas y pupas de la
siguiente generacion y a la semana siguiente se realizará la caracterización de las moscas
obtenidas.
En el laboratorio virtual se realizó la práctica con D. melanogaster. Primero se siguieron los
pasos que la aplicación nos sugería: se preparó el medio de cultivo, después utilizamos las
moscas WT (wild type) para que quedaran anestesiadas con éter. Luego de eso se realizó la
visualización y selección de las moscas hembras y machos. Posteriormente cruzamos tres
machos WT con hembras vírgenes de moscas mutantes (M1). Para conseguir las hembras
vírgenes eliminamos a los adultos y el vial de los llevamos a estufa un máximo de 4-6 horas.
Seguido a esto utilizamos un matraz y ahí pusimos 3 machos WT y las 3 hembras vírgenes
M1 en la estufa a 28°C por una semana para que se apareen tranquilamente. Al cabo de una
semana ya había larvas, pero se eliminaron 6 moscas parentales del matraz para que no
interfirieran en el experimento. Una vez obtenidas las larvas y pupas, se introdujeron en un
matraz en la estufa a 28 °C durante otra semana para que pasen a la fase adulta.
Posteriormente se realizaron tres cruces con las moscas obtenidas.
Resultados
Los resultados obtenidos, muestran las generaciones producidas por diferentes cruces de
cepas de D. Melanogaster. Las imágenes muestran F1 y F2 de cruces de moscas con colores
rojos y marrones (Imagen 1), que produjeron una generación primaria en la cual todas las
moscas descendientes presentan 100% de ojos color rojo. El cruce de moscas de ojos rojos
con moscas de ojos blancos, muestra una primera generación con un alelo dominante rojo,
todos los ejemplares obtenidos del cruce tienen ojos color rojo. En el último cruce, se
compararon el color del cuerpo normal y las alas vestigiales ebony. No se obtuvieron cambios
en el fenotipo de las moscas, por lo que no aparece segregación de la segunda ley de Mendel.
1. 3 machos WT con hembras vírgenes mutantes M1:
Imagen 1. Cruce de las cepas de ojos rojos con ojos marrones de D. Melanogaster
Respuesta recesivo
2. Hembras de ojos rojos con machos de ojos blancos:
Imagen 2. En la imagen se observa el cruce y resultado de moscas con ojos color rojos y
blancos, y sus respectivos genes involucrados en el cruce.
3. Tres moscas hembras ebony con 3 moscas macho con alas vestigiales:
Imagen 3. Se puede observar el cruce de moscas con color negro (ebony) y moscas con alas
vestigiales. Se obtuvieron moscas normales por lo que los alelos color negro y alas vestigiales
son recesivos.
Imagen 4. Se observa el producto de los cruces color oscuro de cepa ebony con el tipo de
alas vestigiales de la cepa vestigial. El color del cuerpo es dominante de las vestigiales,
mientras que las alas dominantes son dados por las cepas ebony.
Discusión
Los resultados muestran una clara explicación a los postulados por Mendel hace más de 200
años. En los dos primeros cruces monohíbridos. Los cruces establecidos dieron como
resultado la dominancia de un alelo sobre otro en todos los descendientes de la primera
generación, esto concuerda con lo descrito por (Valega, 2010) en donde sostiene que en el
cruce de dos cepas puras, habrá un alelo dominante que será expresado y se verá reflejado en
un fenotipo igual para todos los de la primera generación. Por otra parte diversos estudios en
la dominancia de alelos hechos en D Melanogaster como modelo de estudio genético,
reflejan y reafirman la solidez de los postulados de Mendel. Por ejemplo (Montufar, 2012)
obtuvo resultados de alelos dominantes que expresan un color uniforme y en todos los
individuos de cada unode los cruces de cepas puras.
A nivel fenotípico hay una clara dominancia del color rojos en los ojos de las moscas de los
cruces. Según (Robert H, 2015) la aparición visible de un rasgo dominante sobre otros en una
población determina la dominancia de expresión a nivel genético. Sin embargo, y siguiendo
lo propuesto por Mendel a partir de varias generaciones de cruzamientos, es posible que
emerja una nueva expresión alélica conocida como la recesiva. Los caracteres recesivos
descritos por (William, 1999) son variaciones de la secuencia de un gen y este tiene una
menor frecuencia de expresión en una población, por lo que su aparición necesitará de varios
cruces y segregaciones de generaciones, es así como un alelo en una relación es dominante
recesivo, este último es enmascarado por los efectos dramáticos del alelo dominante. Por esta
razón no se obtuvieron alelos recesivo visibles en las moscas cruzadas, pues los experimentos
se limitaron a cruces monohíbridos de primera generación
En el último cruce de moscas ebony y vestigiales se realizaron cruces evaluando dos
características, estos cruces se conocen como dihíbridos. (S. William, 1992) sostiene que un
dihíbrido es heterocigoto para dos loci y produce cuatro gametos diferentes y todos con la
misma proporción. Se obtuvo una primera generación de moscas con dominancia de dos
características, alas normas frente a alas vestigiales y cuerpo normal frente a ebony. En este
cruce dihíbrido tal y como lo expresa Mendel en la primera generación se obtiene un 100%
de dominancia de los alelos sobre los recesivos. Sin embargo la probabilidad de ocurrencia de
los alelos cambia en la segunda generación, las posibilidades dependen de las proporciones.
Para concluir los cruces realizados se limitan al estudio apenas de las primeras generaciones
de descendientes de cruces monohíbrido, por lo tanto es necesaria la realización de más
cruces para la obtención de nuevas cepas que permitan visualizar las leyes de la segregación
y la de la transmisión independiente. La especie D. Melanogaster permite ver la variación
genotípica y fenotípica de forma relativamente rápida y eficiente, esta es una de las razones
por las que esta mosca se utilizó y aún se utiliza en los estudios acerca de los postulados
mendelianos. Finalmente se recomienda la experimentación in vitro para una mejor obtención
de resultados.
Anexos
A continuación se presentan ilustraciones de D. Melanogaster visualizadas en el laboratorio
in vitro.
Imagen 5. Dibujo de las moscas observadas en el laboratorio de la UPTC. A Ebony, B
Silvestre, C White y D vestigial.
Preguntas adicionales del programa
La respuesta correcta es la B.
La respuesta correcta es la B
4.
La respuesta correcta el macho de alas curvadas era heterocigótico (CyCy+)
Preguntas de la Guia
1. ¿Cuáles de las características mencionadas en la animación considera que son las
que han permitido que Drosophila sea un modelo biológico?
R: debido a que la mosca drosophila vive más o menos unas 3-4 semanas y se
reproduce rápidamente, por lo cual facilita el estudio de varias generaciones en un
periodo de tiempo relativamente corto y accesible, debido a que tiene 75% de
similaridad de genes de enfermedades humanas con el genoma de drosophila, estas
han sido modificadas genéticamente mediante la tecnología de CRISPR.
2. Si quisiéramos realizar en casa un cultivo de Drosophila en casa o en el
laboratorio, ¿qué condiciones se deben tener en cuenta?
R: aunque cultivar estos organismos es relativamente rapido y facil es indispensable
tener en cuenta varias condiciones como: un recipiente que se pueda cerrar
herméticamente, temperatura (< a 30 ºC y > a 10 ºC pueden causar esterilización y
muerte de las moscas), la humedad relativa y el tipo de medio de cultivo (porcentaje
de nutrientes, el pH y la interacción entre microorganismos como bacterias y
levaduras)
3. ¿Cuáles considera que son las principales diferencias entre Drosophila y el resto de
los dípteros?
R: los seres humanos y drosophila genéticamente tienen bastantes cosas en común,
por años se ha usado como modelo biológico con el propósito de estudiar su
desarrollo debido a que el 61% de los genes de enfermedades que se conocen tienen
un homólogo en el ADN de estos dípteros y el 50% de las secuencias proteicas de esta
tiene análogos en los mamíferos; esto hace posible el estudio de varias patologías y
procesos de formación de órganos y tejidos.
4. ¿Cuánto tiempo tarda el huevo en ser adulto y cuanto en ser abuelo?
R: Un huevo de drosophila tarda 10 días en ser adulto y un adulto de drosophila puede
ser abuelo en solo un mes.
5. ¿Cuáles son las 4 mutaciones que se muestran en esta primera parte de la
animación?
R: ojos en barra, alas vestigiales, cuerpo ébano,
6. En la animación explican una alteración genética que tiene que ver con la luz roja,
explique de qué se trata
R: al estimularlos con la luz roja se les activa un grupo de neuronas relacionado con la
agresividad, lo que las hace luchar casi inmediatamente
7. ¿Cuántos genes y cromosomas tiene Drosophila?
R: 165 millones de pares de bases que comprenden su genoma están secuenciadas
desde 2000, 13600 genes, 4 pares de cromosomas, 1 par sexual y 3 de autosomas
8. ¿Qué significa que los machos sean aquiasmaticos?
R: Los insectos tienen mecanismos de determinación del sexo variables, se relacionan
con la presencia de cromosomas sexuales o haplodiploidía; En los organismos con
meiosis aquiasmática (sin produccion de quiasmas) como drosophila se garantiza una
correcta segregación, por medio de la pérdida del cromosoma Y o la ausencia de
homología entre los cromosomas X y Y.
Referencias
Alexandrova, O., Schade, M., Böttger, A., & David, C. N. (2005). Oogenesis in Hydra:
Nurse cells transfer cytoplasm directly to the growing oocyte. Developmental
Biology, 281(1), 91–101. https://doi.org/10.1016/j.ydbio.2005.02.015
Nature. (2022). The true legacy of Gregor Mendel: careful, rigorous and humble
science. July.
Padilla, G. E., Vázquez, R., Matilde, V., Cornejo, M. (n.d.). Drosophila melanogaster
como modelo de estudio de la neurodegeneración humana. 3, 3.
Панченко, П. Л., Корнилова, М. Б., Перфильева, К. С., & Марков, А. В. (2017).
СИМБИОТИЧЕСКАЯ МИКРОБИОТА ВНОСИТ ВКЛАД В АДАПТАЦИЮ
Drosophila melanogaster К НЕБЛАГОПРИЯТНОЙ КОРМОВОЙ СРЕДЕ,
“Известия Российской академии наук. Серия биологическая.” Известия
Российской Академии Наук. Серия Биологическая, 4, 341–351.
https://doi.org/10.7868/s0002332917040105
Montufar, S. (2012). Dihíbridos de Drosophila Cruces Monohíbridos y Dihíbridos de
Drosophila melanogaster.
https://doi.org/10.7868/s0002332917040105
Robert H, T. (2015). Principios de genetica. Reverte.
Valega, O. (2010). Las leyes de mendel. Apinatura, 1(1), 54–64.
https://s3.amazonaws.com/academia.edu.documents/33565059/leyes_de_mendel.p
df?AWSAccessKeyId=AKIAIWOWYYGZ2Y53UL3A&Expires=1544764950&Si
gnature=vSIcQfzWFHf2TnJsP9pB4DcIPfE%3D&response-content-disposition=inl
ine%3B filename%3DLas_Leyes_de_Mendel.pdf%0Ahttp:/
William, K. (1999). Conceptos de Genetica (Iberia (ed.); 5th ed.).
William, S. (1992). Dos o mas genes. In M. Graw-Hill (Ed.), Genetica (p. 59).