Genotipo

El genotipo de un organismo es su conjunto completo de material genético. ^{[ 1 ]} El genotipo también puede usarse para referirse a los alelos o variantes que un individuo porta en un gen o ubicación genética particular. ^{[ 2 ]} El número de alelos que un individuo puede tener en un gen específico depende del número de copias de cada cromosoma que se encuentra en esa especie, también conocido como ploidía . En especies diploides como los humanos, hay dos conjuntos completos de cromosomas, lo que significa que cada individuo tiene dos alelos para cualquier gen dado. Si ambos alelos son iguales, el genotipo se denomina homocigoto . Si los alelos son diferentes, el genotipo se denomina heterocigoto.

El genotipo contribuye al fenotipo , los rasgos y características observables en un individuo u organismo. ^{[ 3 ]} El grado en que el genotipo afecta al fenotipo depende del rasgo. Por ejemplo, el color de los pétalos en una planta de guisante está determinado exclusivamente por el genotipo. Los pétalos pueden ser morados o blancos dependiendo de los alelos presentes en la planta. ^{[ 4 ]} Sin embargo, otros rasgos solo están parcialmente influenciados por el genotipo. Estos rasgos a menudo se denominan rasgos complejos porque están influenciados por factores adicionales, como factores ambientales y epigenéticos . No todos los individuos con el mismo genotipo se ven o actúan de la misma manera porque la apariencia y el comportamiento se modifican por las condiciones ambientales y de crecimiento. Del mismo modo, no todos los organismos que se parecen necesariamente tienen el mismo genotipo.

El término genotipo fue acuñado por el botánico danés Wilhelm Johannsen en 1903. ^{[ 5 ]}

Cualquier gen dado generalmente causará un cambio observable en un organismo, conocido como fenotipo. Los términos genotipo y fenotipo son distintos por al menos dos razones:

• Para distinguir la fuente del conocimiento de un observador (se puede conocer el genotipo observando el ADN; se puede conocer el fenotipo observando la apariencia externa de un organismo).
• El genotipo y el fenotipo no siempre están directamente correlacionados. Algunos genes solo expresan un fenotipo determinado bajo ciertas condiciones ambientales. Por el contrario, algunos fenotipos pueden ser el resultado de múltiples genotipos. El genotipo suele confundirse con el fenotipo, que describe el resultado de la interacción de factores genéticos y ambientales que dan lugar a la expresión observada (por ejemplo, ojos azules, color de pelo o diversas enfermedades hereditarias).

Un ejemplo sencillo para ilustrar la diferencia entre genotipo y fenotipo es el color de las flores en las plantas de guisante (véase Gregor Mendel ). Existen tres genotipos: PP ( homocigoto dominante ), Pp (heterocigoto) y pp (homocigoto recesivo). Los tres presentan genotipos diferentes, pero los dos primeros tienen el mismo fenotipo (púrpura), a diferencia del tercero (blanco).

Un ejemplo más técnico para ilustrar el genotipo es el polimorfismo de un solo nucleótido o SNP. Un SNP ocurre cuando las secuencias correspondientes de ADN de diferentes individuos difieren en una base de ADN, por ejemplo, cuando la secuencia AAGCCTA cambia a AAGCTTA. ^{[ 6 ]} Esto contiene dos alelos  : C y T. Los SNP suelen tener tres genotipos, denominados genéricamente AA, Aa y aa. En el ejemplo anterior, los tres genotipos serían CC, CT y TT. Otros tipos de marcadores genéticos , como los microsatélites , pueden tener más de dos alelos y, por lo tanto, muchos genotipos diferentes.

La penetrancia es la proporción de individuos que muestran un genotipo específico en su fenotipo bajo un conjunto dado de condiciones ambientales. ^{[ 7 ]}

Los rasgos que se determinan exclusivamente por el genotipo se heredan típicamente según un patrón mendeliano . Estas leyes de la herencia fueron descritas extensamente por Gregor Mendel , quien realizó experimentos con plantas de guisantes para determinar cómo se transmitían los rasgos de generación en generación. ^{[ 8 ]} Estudió fenotipos fácilmente observables, como la altura de la planta, el color de los pétalos o la forma de la semilla. ^{[ 8 ]} Pudo observar que si cruzaba dos plantas de raza pura con fenotipos distintos, toda la descendencia tendría el mismo fenotipo. Por ejemplo, cuando cruzó una planta alta con una planta baja, todas las plantas resultantes serían altas. Sin embargo, cuando autofecundó las plantas resultantes, aproximadamente 1/4 de la segunda generación sería baja. Concluyó que algunos rasgos eran dominantes , como la altura, y otros eran recesivos, como la baja estatura. Aunque Mendel no lo sabía en ese momento, cada fenotipo que estudió estaba controlado por un solo gen con dos alelos. En el caso de la altura de las plantas, un alelo provocaba que las plantas fueran altas, y el otro, que fueran bajas. Cuando el alelo de altura estaba presente, la planta sería alta, incluso si era heterocigota. Para que la planta fuera baja, tenía que ser homocigota para el alelo recesivo. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

Una forma de ilustrar esto es mediante un cuadro de Punnett . En un cuadro de Punnett, los genotipos de los padres se colocan en el exterior. Una letra mayúscula se usa para representar el alelo dominante y una minúscula para representar el alelo recesivo. Los posibles genotipos de la descendencia se pueden determinar combinando los genotipos de los padres. ^{[ 10 ]} En el ejemplo de la derecha, ambos padres son heterocigotos, con un genotipo Bb. La descendencia puede heredar un alelo dominante de cada padre, lo que la hace homocigota con un genotipo BB. La descendencia puede heredar un alelo dominante de un padre y un alelo recesivo del otro, lo que la hace heterocigota con un genotipo Bb. Finalmente, la descendencia podría heredar un alelo recesivo de cada padre, lo que la hace homocigota con un genotipo bb. Las plantas con los genotipos BB y Bb se verán iguales, ya que el alelo B es dominante. La planta con el genotipo bb tendrá el rasgo recesivo.

Estos patrones de herencia también pueden aplicarse a enfermedades o afecciones hereditarias en humanos o animales. ^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]} Algunas afecciones se heredan de forma autosómica dominante, lo que significa que los individuos con la afección generalmente también tienen un progenitor afectado. Un árbol genealógico clásico para una afección autosómica dominante muestra individuos afectados en cada generación. ^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]}

Otras afecciones se heredan de forma autosómica recesiva, donde los individuos afectados no suelen tener un progenitor afectado. Dado que cada progenitor debe tener una copia del alelo recesivo para tener descendencia afectada, se les denomina portadores de la afección. ^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]} En las afecciones autosómicas, el sexo de la descendencia no influye en su riesgo de verse afectada. En las afecciones ligadas al sexo, el sexo de la descendencia afecta a sus probabilidades de padecer la afección. En los seres humanos, las mujeres heredan dos cromosomas X , uno de cada progenitor, mientras que los hombres heredan un cromosoma X de su madre y un cromosoma Y de su padre. Las afecciones dominantes ligadas al cromosoma X se pueden distinguir de las afecciones dominantes autosómicas en los pedigríes por la falta de transmisión de padres a hijos, ya que los padres afectados solo transmiten su cromosoma X a sus hijas. ^{[ 13 ] [ 11 ] [ 14 ]} En las afecciones recesivas ligadas al cromosoma X, los varones suelen verse afectados con mayor frecuencia porque son hemicigotos, con un solo cromosoma X. En las mujeres, la presencia de un segundo cromosoma X impide que la afección se manifieste. Por lo tanto, las mujeres son portadoras de la afección y pueden transmitir el rasgo a sus hijos varones. ^{[ 13 ] [ 11 ] [ 14 ]}

Los patrones de herencia mendeliana pueden complicarse por factores adicionales. Algunas enfermedades muestran penetrancia incompleta , lo que significa que no todos los individuos con el alelo causante de la enfermedad desarrollan signos o síntomas de la misma. ^{[ 13 ] [ 15 ]} La penetrancia también puede depender de la edad, lo que significa que los signos o síntomas de la enfermedad no son visibles hasta más adelante en la vida. Por ejemplo, la enfermedad de Huntington es una afección autosómica dominante, pero hasta el 25% de los individuos con el genotipo afectado no desarrollarán síntomas hasta después de los 50 años. ^{[ 16 ]} Otro factor que puede complicar los patrones de herencia mendeliana es la expresividad variable , en la que los individuos con el mismo genotipo muestran diferentes signos o síntomas de la enfermedad. ^{[ 13 ] [ 15 ]} Por ejemplo, los individuos con polidactilia pueden tener un número variable de dedos adicionales. ^{[ 15 ]}

Muchos rasgos no se heredan de forma mendeliana, sino que presentan patrones de herencia más complejos.

La genotipificación se refiere al método utilizado para determinar el genotipo de un individuo. Existen diversas técnicas que se pueden utilizar para evaluar el genotipo. El método de genotipificación generalmente depende de la información que se busca. Muchas técnicas requieren inicialmente la amplificación de la muestra de ADN, lo cual se realiza comúnmente mediante PCR .

Algunas técnicas están diseñadas para investigar SNP o alelos específicos en un gen o conjunto de genes en particular, como si un individuo es portador de una condición particular. Esto se puede hacer a través de una variedad de técnicas, incluidas sondas de oligonucleótidos específicos de alelo (ASO) o secuenciación de ADN . ^{[ 23 ] [ 24 ]} Herramientas como la amplificación de sonda dependiente de ligación multiplex también se pueden usar para buscar duplicaciones o deleciones de genes o secciones de genes. ^{[ 24 ]} Otras técnicas están destinadas a evaluar una gran cantidad de SNP en todo el genoma, como los arreglos de SNP . ^{[ 23 ] [ 24 ]} Este tipo de tecnología se usa comúnmente para estudios de asociación de todo el genoma .

También se dispone de técnicas a gran escala para evaluar el genoma completo. Esto incluye el cariotipado para determinar el número de cromosomas de un individuo y los microarrays cromosómicos para evaluar grandes duplicaciones o deleciones en el cromosoma. ^{[ 23 ] [ 24 ]} Se puede obtener información más detallada mediante la secuenciación del exoma , que proporciona la secuencia específica de todo el ADN en la región codificante del genoma, o la secuenciación del genoma completo , que secuencia todo el genoma, incluidas las regiones no codificantes. ^{[ 23 ] [ 24 ]}

En los modelos lineales, los genotipos pueden codificarse de diferentes maneras. Consideremos un locus bialélico con dos alelos posibles, codificados por${\textstyle A}$y${\displaystyle a}$Consideramos${\displaystyle A}$para corresponder al alelo dominante al alelo de referencia${\textstyle a}$La siguiente tabla detalla las diferentes codificaciones. ^{[ 25 ]}

• Endofenotipo
• Secuencia de ácidos nucleicos
• Secuencia (biología)

• Nomenclatura genética