Genes dominantes

Una vez escuché a un alumno decir que él era “como un gen dominante”. Por la manera con que lo decía, pensé que aún tenía mucho que aprender. Claro que, en último caso, para eso estaba en la Facultad de Biología y yo estaba encargado de hacerle comprender la fatuidad de su comentario.

Genes dominantes

Una vez escuché a un alumno decir que él era “como un gen dominante”. Por la manera con que lo decía, pensé que aún tenía mucho que aprender. Claro que, en último caso, para eso estaba en la Facultad de Biología y yo estaba encargado de hacerle  comprender la fatuidad de su comentario.

Porque, vamos a ver, ¿qué quiere decir “dominante”? Este concepto se lo debemos a Mendel. Antes de él, ya se habían realizado cruzamientos experimentales con animales y plantas, pero habían estado mal planteados y, por tanto, no habían aportado información ninguna. Mendel siguió un protocolo muy cuidado en sus cruzamientos, utilizando líneas puras con alternativas morfológicas bien definidas, y vio que en la primera generación filial, a la que llamó F_1, uno de los dos caracteres paternos parecía desaparecer, pues los miembros de esa generación mostraban de modo uniforme el rasgo de un solo progenitor. Hasta aquí habían llegado los experimentos anteriores de cruzamientos, pero Mendel siguió con los individuos de la F₁, dejando que se cruzasen entre ellos. En su descendencia reaparecieron individuos con el carácter desaparecido en la generación anterior. Es decir, el “factor hereditario” determinante de este carácter, estaba presente en los individuos de la F₁, si bien no se mostraba. Los individuos de la F₁ habían recibidos un “carácter hereditario” de cada uno de sus progenitores, aunque sólo mostraban el efecto de uno de ellos. Al factor que se mostraba, Mendel llamó dominante y, de modo similar, al oculto llamó recesivo. No había daño ni efecto negativo de algún tipo por parte del factor dominante hacia el recesivo. Simplemente, lo enmascaraba cuando estaban juntos.

Tal vez el término dominante haya dado lugar a un error conceptual en personas sin muchos conocimientos de genética, de tal modo que equiparan “dominante” con “ideal”. Pero conviene aclarar alguna cosa. En primer lugar, no existen genes dominantes. Los genes, formados por ácido nucleido, son los responsables de regular funciones concretas, mediante los enzimas de cuya síntesis son responsables. A mediados del siglo XX se acuñó el aforismo.”un gen-un enzima”, que posteriormente se modificó por “un gen-un polipéptido” debido a que hay enzimas formados por más de una cadena peptídica.

POLIDACTILIA EN HUMANOS
DEBIDA A UN ALELO DOMINANTE

Pero que un gen sea responsable de regular una función, por ejemplo color de pelo en conejos o grupo sanguíneo en humanos, no quiere decir que siempre se regule del mismo modo. Lo mismo que hay diversos grupos sanguíneos humanos (A, B, AB, 0), existen diversos tipos de colores de capa en conejos: gris, negro, chinchilla, canela, Himalaya, albino y algunos más. Los responsables de estas alternativas funcionales se llaman alelos. Si un individuo tiene los dos alelos iguales, decimos que es homocigoto. Si los tiene diferentes, es heterocigoto.

Y cuando es heterocigoto, ¿cuál es el aspecto del individuo, cuál es su fenotipo? Es ahí donde entra en juego el concepto de dominante y recesivo, pues puede ser que se manifieste un alelo y el otro quede enmascarado, llamando dominante al que se manifiesta, o bien que se manifiesten ambos alelos, como es el caso de nuestro grupo sanguíneo AB, cuyos individuos son heterocigotos para los alelos que determinan el grupo A y el grupo B. En este caso, puesto que en el heterocigoto se manifiestan los dos, ambos cumplen la definición de dominante y decimos de ellos que son codominantes.

Muchos piensan que los alelos dominantes son los mejores. Bueno, no tanto. Hay un mutante dominante en el hombre, llamado sindactilia, que provoca que los dedos estén unidos entre ellos y es un alelo dominante. También es dominante el alelo que determina la polidactilia, que determina que haya más de 20 dedos en un individuo. Supongo que a nadie le apetece tener estos dominantes.

LOS FENOTIPOS SALVAJES SUELEN ESTAR DETERMINADOS
POR ALELOS DOMINANTES

Una cosa es alelo dominante y otra, diferente, alelo favorecido por la selección natural. En otro lugar he dicho que los alelos que determinan los fenotipos salvajes y silvestres son dominantes, pues confieren a sus poseedores el aspecto favorecido por la selección natural. Color, época de floración, olor, etc. Todos estos fenotipos están muy fijados, si bien existen muchos recesivos que pueden provocar un cambio de morfología si acaso ocurren cambios ambientales. Es lo que llamamos “variabilidad encubierta”. Pero la aparición de un alelo dominante en circunstancias actuales, modificaría el aspecto de su poseedor y tal vez la selección natural lo eliminase en una sola generación. Muchas veces, a los mutantes que modifican la morfología de los individuos, se les ha considerado como curiosidades de laboratorio, pues en la naturaleza no habrían sobrevivido. Sobreviven gracias a cuidados en jardines o granjas.

La dominancia (y la recesividad) la debemos entender a nivel bioquímico. He dicho antes que la acción primera de un gen es regir la síntesis de un polipéptido con función enzimática. Esa enzima actuará sobre un substrato llevando a cabo una acción concreta.

En homocigosis hay un solo enzima en la célula, pues son iguales los dos alelos, pero en heterocigosis hay dos enzimas diferentes, cada uno de ellos regido por cada uno de los dos diferentes alelos del gen presentes en la célula, y los dos enzimas deben actuar sobre el mismo substrato para llevar a cabo una reacción diferente. ¿Qué alelo será el dominante? El que consiga llevar a cabo la reacción en el sentido que él determina.

FLOR BLANCA POR AUSENCIA DE PIGMENTO
ACCIÓN DE ALELOS RECESIVOS

Por ejemplo, un alelo puede ser recesivo por no formar enzima. Decimos de él que es un mutante mudo. Es el caso de ausencia de pigmentos y flores blancas o pelaje blanco debido a de la luz al atravesar membranas vacías. En casos en que ambos alelos rigen la síntesis de un enzima, en la célula heterocigótica están presentes las dos enzimas. Aparece una competencia entre ellas para realizar la reacción en la dirección determinada por cada una. Diversos factores bioquímicos influyen en cómo se realice la reacción, pero el alelo dominante es el responsable del enzima que la controla.

Muchos biólogos no creen en la dominancia ni, consecuentemente, en la recesividad. Muchos alelos que a simple vista se comportan como dominantes, con otros métodos de análisis son claramente codominantes. A fin de cuentas, en un gen concreto que está en heterocigosis, hay dos alelos diferentes y ambos están trabajando. Ninguno anula al otro.

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Genes dominantes

Una vez escuché a un alumno decir que él era “como un gen dominante”. Por la manera con que lo decía, pensé que aún tenía mucho que aprender. Claro que, en último caso, para eso estaba en la Facultad de Biología y yo estaba encargado de hacerle  comprender la fatuidad de su comentario.

¿Raza pura?

Según mi modo de ver, una raza es un conjunto de seres vivos que, dentro de una especie, poseen caracteres distintivos que se transmiten de padres a hijos. Esos caracteres pueden ser morfológicos, fisiológicos, de comportamiento, etc. En biología se discute sobre la naturaleza biológica de este concepto, y se define en términos ecológicos, como posible consecuencia de aislamiento geográfico.

En animales domésticos se tiende a asignar el calificativo de raza, como grupo, a un conjunto de individuos que, mediante selección artificial, ha ido acumulando caracteres que los distinguen del resto de individuos de su misma especie. Para lograrlo, no es raro recurrir a cruzamientos altamente consanguineos, de modo que la madre de un animal puede ser su hermana o su tía, por ejemplo. En los individuos pertenecientes a razas animales, aunque existe variabilidad, la morfología suele ser muy uniforme y debido a su ascendencia altamente consanguinea, suelen ser homocigotos para muchos de sus alelos. Esa alta proporción de homocigosis hace que sean individuos proclives a sufrir enfermedades u otros males causados por debilidad.

Fuera de este tema, y de modo general, debo indicar que la biología estudia fenómenos que ocurren en la naturaleza. Si por alguna razón, estamos en desacuerdo con lo que ocurre en el medio natural, debemos revisar nuestras ideas, pues la naturaleza no se equivoca. Los equivocados somos nosotros.

En una entrada anterior, comenté que los cruzamientos que se pueden producir entre individuos siempre generan una considerable proporción de homocigotos. Como este tipo de cruzamientos se repiten de modo constante a los largo de generaciones en poblaciones naturales, hemos de pensar que la proporción de homocigotos en la naturaleza aumenta de manera constante. Por eso se creía que en esas poblaciones el estado normal de los individuos era el de homocigosis, siendo el de heterocigosis un estado transitorio.

Por otra parte, existía un reto ante la comunidad científica y era el mayor rendimiento, en todos los sentidos, de los maíces híbridos. Se dijo que “en ellos” se daba una situación, aún por definir, a la que se llamó heterosis. No obstante, esa eficacia de los maíces híbridos decaía de modo fulminante luego de algunas generaciones de autofecundación.

A finales de la década de 1960, mediante técnicas nuevas de análisis, se encontró que en poblaciones naturales el número de heterocigotos es elevado y su proporción se mantiene a lo largo de las generaciones. Esto planteó dos tipos de preguntas, a las que se les buscó respuesta a lo largo de los años siguientes.

Las dos preguntas eran, por una parte, a qué se debía la presencia de tantos heterocigotos en esas poblaciones y, además, cómo se mantenía su frecuencia, siendo probado que al cruzarse generaban una elevada proporción de homocigotos.

Desde la década de 1940 ya se admitía que la acción primera de un alelo era la síntesis de un péptido . Cada gen regula una función debido al enzima cuya síntesis regula. Los diferentes alelos del gen regulan la misma función, pero con diferentes matices. Por ejemplo, supongamos que el alelo Aregula la síntesis del enzima A y el a, la enzima a. Siguiendo con el ejemplo, la enzima A permite vivir bien en unas condiciones determinadas de temperatura, y el a en otras ligeramente distintas. El homocigoto AA sólo tendrá enzima A y su rango ambiental estará restringido al determinado por ese enzima. Por su parte, el homocigoto aa tendrá un óptimo de temperatura ligeramente distinto, pues sólo tiene enzima a. Pero el heterocigoto Aa posee ambos enzimas y su rango vital, en cuanto a temperaturas se refiere, es más amplio que el de cualquier homocigoto AA o aa. 

En geles resultantes de electroforesis se ven cómo los homocigotos presentan una sola banda, mientras que el heterocigoto presenta dos. Cada banda corresponde a un enzima. El antiguo y desconocido efecto de heterosis definía esta situación de mayor versatilidad vital de los heterocigotos. Cálculos teóricos realizados indican que todos los seres vivos somos heterocigotos para un importante número de genes.

Hay enzimas llamados monómeros porque están constituidos por una sola cadena. Los hay formados por dos cadenas, y los conocemos como dímeros. En los casos de enzimas dímeros, los homocigotos poseen un solo tipo de enzima AA o aa, pues los dos alelos que poseen son iguales y como consecuencia, las cadenas proteicas sintetizadas, también. En heterocigotos se presenta un hecho interesante, pues hay tres tipos de enzimas: AA, aa, y Aa, dándose la circunstancia de que uno de ellos, Aa sólo aparece en individuos heterocigotos.

Electroforesis de enzima dímero
Los individuos 1 y 2 son homocigotos
El individuo 3 es heterocigoto y presenta el enzima propio de su estado

Tenemos aquí una explicación bioquímica del porqué la mayor frecuencia de heterocigotos en la naturaleza, su mayor riqueza enzimática y, por tanto, más versatilidad para adaptarse al medio.

La antigua heterosis que explicaba la mayor vitalidad de los maíces híbridos, la explicamos como consecuencia del alto grado de heterocigosis en esos maíces.

¿Qué decir, pues, de animales que constituyen razas puras? Tal vez sean el resultado de una intensa selección artificial, pero deben ser homocigotos para muchos de sus genes, lo cual explica su poca variabilidad. Pero esa poca variabilidad, junto al elevado grado de consanguinidad ejercida para obtener esa situación, puede hacer de ellos unos individuos muy poco resistentes ante cambios ambientales de cualquier tipo.

Explicación en el texto

En la figura presento el resultado de una elestrofóresis  analizando de presencia de enzimas en varios individuos, numerados desde el 1 al 12 en la fila superior. Cada banda corresponde a un enzima y cada enzima está codificada por un alelo. Todos los casos han sido sometidos a las mismas condiciones físico-químicas.
Los individuos 1, 6, 8, 9, 10, 11 y 12 presentan un solo enzima que ha corrido poco. El individuo 3 presenta un solo enzima que, en igualdad de condiciones, ha corrido más. Los individuos 2, 4, 5 y 7 presentan dos enzimas: uno de ellos es como el que tiene el individuo 1, 6, 8, 9, 10, 11 y 12, el otro enzima es el propio del individuo 3.
Hay dos tipos de homocigotos, que reconocemos por tener un solo tipo de enzima, Los heterocigotos poseen los dos tipos. 
Aquí los alelos se pueden denominar por su comportamiento en electroforesis, así, los alelos que están en 1, 6, y demás homozigotos reciben el nombre de "lentos", mientras que el que aparece en 3, es "rápido".
MP es un control de la marcha de los enzimas.