herencia no mendeliana

En casos de herencia intermedia debida a dominancia incompleta , el principio de dominancia descubierto por Mendel no se aplica. Sin embargo, el principio de uniformidad funciona, ya que toda la descendencia de la generación F1 _tiene el mismo genotipo y el mismo fenotipo. El principio de segregación de genes de Mendel también se aplica, puesto que en la generación F2 _aparecen individuos homocigotos con los fenotipos de la generación P. La herencia intermedia fue examinada por primera vez por Carl Correns en el color de las flores de Mirabilis jalapa . ^{[ 3 ]} Antirrhinum majus también muestra herencia intermedia de la pigmentación de las flores. ^{[ 4 ]}

En casos de codominancia , los rasgos genéticos de ambos alelos diferentes del mismo locus genético se expresan claramente en el fenotipo. Por ejemplo, en ciertas variedades de pollo, el alelo para las plumas negras es codominante con el alelo para las plumas blancas. Los pollos heterocigotos tienen un color descrito como "erminette", con plumas negras y blancas que aparecen por separado. Muchos genes humanos, incluido uno para una proteína que controla los niveles de colesterol en la sangre, también muestran codominancia. Las personas con la forma heterocigota de este gen producen dos formas diferentes de la proteína, cada una con un efecto distinto sobre los niveles de colesterol.

Cuando los genes se localizan en el mismo cromosoma y no se produjo entrecruzamiento cromosómico antes de la segregación de los cromosomas en los gametos , los rasgos genéticos se heredan de forma conjunta debido al ligamiento genético . Estos casos constituyen una excepción a la regla mendeliana de la segregación independiente.

En la herencia mendeliana, los genes tienen solo dos alelos, como a y A. Mendel eligió conscientemente pares de rasgos genéticos, representados por dos alelos, para sus experimentos de herencia. En la naturaleza, estos genes suelen existir en varias formas diferentes y, por lo tanto, se dice que tienen alelos múltiples . Un individuo generalmente tiene solo dos copias de cada gen, pero a menudo se encuentran muchos alelos diferentes dentro de una población. El color del pelaje de un conejo está determinado por un solo gen que tiene al menos cuatro alelos diferentes. Estos muestran un patrón de jerarquía de dominancia que puede producir cuatro colores de pelaje. En los genes para los colores del pelaje del perro hay cuatro alelos en el locus Agouti. El alelo "aw" es dominante sobre los alelos "at" y "a", pero recesivo sobre "Ay".

Muchos otros genes tienen múltiples alelos, incluidos los genes humanos para el tipo de sangre ABO . ^{[ 5 ]}

If one or more genes cannot be expressed because of another genetic factor hindering their expression, this epistasis can make it impossible even for dominant alleles on certain other gene-loci to have an effect on the phenotype. An example in dog coat genetics is the homozygosity with the allele "e e" on the Extension-locus making it impossible to produce any other pigment than pheomelanin. Although the allele "e" is a recessive allele on the extension-locus itself, the presence of two copies leverages the dominance of other coat colour genes. Domestic cats have a gene with a similar effect on the X-chromosome.

Genetic traits located on gonosomes sometimes show specific non-Mendelian inheritance patterns. Individuals can develop a recessive trait in the phenotype dependent on their sex—for example, colour blindness and haemophilia (see gonosomal inheritances).^[8][9] As many of the alleles are dominant or recessive, a true understanding of the principles of Mendelian inheritance is an important requirement to also understand the more complicated inheritance patterns of sex-linked inheritances.

Extranuclear inheritance (also known as cytoplasmic inheritance) is a form of non-Mendelian inheritance also first discovered by Carl Correns in 1908.^[10] While working with Mirabilis jalapa, Correns observed that leaf colour was dependent only on the genotype of the maternal parent. Based on these data, he determined that the trait was transmitted through a character present in the cytoplasm of the ovule. Later research by Ruth Sager and others identified DNA present in chloroplasts as being responsible for the unusual inheritance pattern observed. Work on the poky strain of the mould Neurospora crassa begun by Mary and Hershel Mitchell^[11] ultimately led to the discovery of genetic material in the mitochondria, the mitochondrial DNA.

Según la teoría de la endosimbiosis , las mitocondrias y los cloroplastos fueron en su origen organismos de vida libre que fueron incorporados a una célula eucariota. ^{[ 12 ]} Con el tiempo, las mitocondrias y los cloroplastos establecieron una relación simbiótica con sus huéspedes eucariotas. Si bien la transferencia de varios genes de estos orgánulos al núcleo les impide vivir de forma independiente, cada uno conserva material genético en forma de ADN de doble cadena.

La transmisión de este ADN organelar es la responsable del fenómeno de la herencia extranuclear. Tanto los cloroplastos como las mitocondrias se encuentran únicamente en el citoplasma de los gametos maternos. Los gametos paternos ( por ejemplo, los espermatozoides ) carecen de mitocondrias citoplasmáticas . Por lo tanto, el fenotipo de los rasgos ligados a genes presentes en los cloroplastos o las mitocondrias está determinado exclusivamente por el progenitor materno.

En los seres humanos, las enfermedades mitocondriales son un grupo de enfermedades, muchas de las cuales afectan a los músculos y a los ojos.

Muchos rasgos se producen por la interacción de varios genes. Los rasgos controlados por dos o más genes se denominan rasgos poligénicos . Poligénico significa que se necesitan muchos genes para que el organismo desarrolle el rasgo. Por ejemplo, al menos tres genes intervienen en la producción del pigmento marrón rojizo en los ojos de las moscas de la fruta . Los rasgos poligénicos suelen presentar una amplia gama de fenotipos. La gran variedad de colores de piel en los humanos se debe, en parte, a que probablemente al menos cuatro genes diferentes controlan este rasgo.

La segregación no aleatoria de los cromosomas es una desviación de la distribución habitual de los cromosomas durante la meiosis y, en algunos casos, durante la mitosis.

La conversión génica puede ser una de las principales formas de herencia no mendeliana. La conversión génica surge durante la reparación del ADN mediante la recombinación genética , por la cual un fragmento de información de la secuencia de ADN se transfiere de una hélice de ADN (que permanece inalterada) a otra hélice de ADN cuya secuencia se altera. Esto puede ocurrir como una reparación de errores de apareamiento entre las hebras de ADN derivadas de diferentes progenitores. De esta manera, la reparación de errores de apareamiento puede convertir un alelo en otro. Este fenómeno puede detectarse a través de las proporciones no mendelianas de la descendencia y se observa con frecuencia, por ejemplo, en los cruces de hongos. ^{[ 13 ]}

Otra forma de herencia no mendeliana se conoce como herencia infecciosa. Partículas infecciosas como los virus pueden infectar las células huésped y permanecer en su citoplasma. Si la presencia de estas partículas produce un fenotipo alterado, este puede transmitirse posteriormente a la descendencia. ^{[ 14 ]} Dado que este fenotipo depende únicamente de la presencia del agente invasor en el citoplasma de la célula huésped, la herencia estará determinada solo por el estado de infección del progenitor materno. Esto dará lugar a una transmisión uniparental del rasgo, al igual que en la herencia extranuclear.

Uno de los ejemplos mejor estudiados de herencia infecciosa es el fenómeno asesino que se observa en la levadura . Dos virus de ARN de doble cadena , denominados L y M, son responsables de este fenotipo. ^{[ 15 ]} El virus L codifica las proteínas de la cápside de ambos virus, así como una ARN polimerasa . Por lo tanto, el virus M solo puede infectar células que ya albergan partículas del virus L. El ARN viral M codifica una toxina que se secreta desde la célula huésped. Mata a las células susceptibles que crecen cerca del huésped. El ARN viral M también hace que la célula huésped sea inmune a los efectos letales de la toxina. Para que una célula sea susceptible, debe estar sin infectar o albergar únicamente el virus L.

Los virus L y M no pueden salir de su célula huésped por medios convencionales. Solo pueden transmitirse de célula a célula durante el apareamiento. Toda la descendencia de un apareamiento que involucre una célula de levadura doblemente infectada también se infectará con los virus L y M. Por lo tanto, el fenotipo letal se transmitirá a toda la descendencia.

También se han identificado rasgos hereditarios resultantes de la infección con partículas extrañas en Drosophila . Las moscas de tipo silvestre normalmente se recuperan completamente después de ser anestesiadas con dióxido de carbono. Se han identificado ciertas líneas de moscas que mueren después de la exposición a este compuesto. Esta sensibilidad al dióxido de carbono se transmite de madres a su descendencia. Esta sensibilidad se debe a la infección con el virus σ (Sigma), un rabdovirus capaz únicamente de infectar a Drosophila . ^{[ 16 ]}

Aunque este proceso suele asociarse con virus, investigaciones recientes han demostrado que la bacteria Wolbachia también es capaz de insertar su genoma en el de su huésped. ^{[ 17 ] [ 18 ]}

La impronta genómica representa otro ejemplo de herencia no mendeliana. Al igual que en la herencia convencional, los genes responsables de un rasgo determinado se transmiten a la descendencia de ambos padres. Sin embargo, estos genes se marcan epigenéticamente antes de la transmisión, alterando sus niveles de expresión. Estas improntas se crean antes de la formación de gametos y se borran durante la creación de las células germinales. Por lo tanto, se puede generar un nuevo patrón de impronta en cada generación.

Los genes se imprimen de forma diferente según el origen parental del cromosoma que los contiene. En ratones, el gen del factor de crecimiento similar a la insulina 2 (IGF2) sufre impronta. La proteína codificada por este gen ayuda a regular el tamaño corporal. Los ratones que poseen dos copias funcionales de este gen son más grandes que aquellos con dos copias mutantes. El tamaño de los ratones heterocigotos en este locus depende del progenitor del que proviene el alelo de tipo silvestre . Si el alelo funcional se originó en la madre, la descendencia presentará enanismo , mientras que un alelo paterno generará un ratón de tamaño normal. Esto se debe a que el gen Igf2 materno está improntado. La impronta da como resultado la inactivación del gen Igf2 en el cromosoma transmitido por la madre. ^{[ 19 ]}

Las improntas genéticas se forman debido a la metilación diferencial de los alelos paternos y maternos. Esto da como resultado una expresión diferencial entre los alelos de ambos progenitores. Los sitios con metilación significativa se asocian con bajos niveles de expresión génica . Se encuentra una mayor expresión génica en los sitios no metilados. ^{[ 20 ]} En este modo de herencia, el fenotipo está determinado no solo por el alelo específico transmitido a la descendencia, sino también por el sexo del progenitor que lo transmitió.

Los individuos que poseen células con diferencias genéticas respecto a las demás células de su cuerpo se denominan mosaicos. Estas diferencias pueden ser resultado de mutaciones que ocurren en distintos tejidos y en diferentes etapas del desarrollo. Si una mutación ocurre en los tejidos que no forman gametos, se caracteriza como somática . Las mutaciones de la línea germinal ocurren en los óvulos o espermatozoides y pueden transmitirse a la descendencia. ^{[ 21 ]} Las mutaciones que ocurren al principio del desarrollo afectarán a un mayor número de células y pueden dar lugar a un individuo que puede ser identificado como mosaico basándose estrictamente en el fenotipo.

El mosaicismo también resulta de un fenómeno conocido como inactivación del cromosoma X. Todas las hembras de mamíferos tienen dos cromosomas X. Para evitar problemas letales de dosis génica , uno de estos cromosomas se inactiva después de la fecundación . Este proceso ocurre aleatoriamente en todas las células del organismo. Dado que los dos cromosomas X de una hembra determinada casi con certeza diferirán en su patrón específico de alelos, esto dará lugar a fenotipos celulares diferentes dependiendo de qué cromosoma se silencie. Las gatas calico , que son casi todas hembras, ^{[ 22 ]} muestran una de las manifestaciones más comunes de este proceso. ^{[ 23 ]}

Los trastornos por repetición de trinucleótidos también siguen un patrón de herencia no mendeliana. Todas estas enfermedades son causadas por la expansión de repeticiones en tándem de microsatélites que consisten en una secuencia de tres nucleótidos . ^{[ 24 ]} Normalmente, en los individuos, el número de unidades repetidas es relativamente bajo. Con cada generación sucesiva, existe la posibilidad de que el número de repeticiones aumente. A medida que esto ocurre, la descendencia puede progresar a la premutación y, finalmente, al estado afectado. Los individuos con un número de repeticiones que se encuentra dentro del rango de premutación tienen una buena probabilidad de tener hijos afectados. Aquellos que progresan al estado afectado presentarán síntomas de su enfermedad particular. Los trastornos por repetición de trinucleótidos más prominentes incluyen el síndrome del cromosoma X frágil y la enfermedad de Huntington . En el caso del síndrome del cromosoma X frágil, se cree que los síntomas resultan del aumento de la metilación y la consiguiente reducción de la expresión del gen de la discapacidad intelectual del cromosoma X frágil en individuos con un número suficiente de repeticiones. ^{[ 25 ]}