Complementación (genética)

Complementación se refiere a un proceso genético cuando dos cepas de un organismo con diferentes mutaciones recesivas homozygous que producen el mismo fenotipo mutante (por ejemplo, un cambio en la estructura del ala en las moscas) tienen descendencia que expresan el fenotipo de tipo salvaje cuando se mate o cruzó. La complementación se producirá normalmente si las mutaciones están en diferentes genes (completación intergénica). La complementación también puede ocurrir si las dos mutaciones están en diferentes sitios dentro del mismo gen (completación intragénica), pero este efecto es generalmente más débil que el de la complementación intergénica. Cuando las mutaciones están en diferentes genes, el genoma de cada cepa suministra el alelo de tipo salvaje al "complemento" el alelo mutado del genoma de la otra cepa. Dado que las mutaciones son recesivas, la descendencia mostrará el fenotipo de tipo salvaje. A prueba de complementación (a veces llamado "cis-trans" prueba) se puede utilizar para probar si las mutaciones en dos cepas están en diferentes genes. La complementación es generalmente más débil o ausente si las mutaciones están en el mismo gen. La conveniencia y esencia de esta prueba es que las mutaciones que producen un fenotipo pueden ser asignadas a diferentes genes sin el conocimiento exacto de lo que el producto gen está haciendo a nivel molecular. La prueba de complementación fue desarrollada por el genetista estadounidense Edward B. Lewis.

Ejemplo de una prueba de complementación sencilla

Para ver un ejemplo sencillo de prueba de complementación, supongamos que un genetista está interesado en estudiar dos cepas de moscas de ojos blancos de la especie Drosophila melanogaster, más comúnmente conocida como mosca común de la fruta. En esta especie, las moscas de tipo salvaje tienen ojos rojos y se sabe que el color de los ojos está relacionado con dos genes, A y B. Cada uno de estos genes tiene dos alelos, uno dominante que codifica una proteína funcional (A y B respectivamente) y uno recesivo que codifica una proteína que funciona mal (a y b respectivamente). Dado que ambas proteínas son necesarias para la síntesis de la pigmentación roja en los ojos, si una mosca determinada es homocigótica para a o b, tendrá ojos blancos.

En genética, se puede realizar una prueba de complementación para comprender la interacción entre diferentes cepas genéticas. Esta prueba a menudo implica cruzar dos cepas puras, como moscas de ojos blancos, de orígenes distintos. El proceso implica aparear dos moscas, cada una de una cepa diferente. El color de ojos de la progenie resultante determina el resultado de la prueba. Si la descendencia presenta ojos rojos, indica que las dos cepas se complementan. Por el contrario, si la progenie tiene ojos blancos, sugiere no complementación.

La complementación ocurre cuando cada cepa posee una mutación homocigótica diferente (por ejemplo, una cepa tiene el genotipo 'aa BB' y la otra 'AA bb'), lo que da como resultado un genotipo heterocigótico. ('AaBb') en la progenie que produce un fenotipo diferente al de los padres. La no complementación se observa cuando ambas cepas comparten la misma mutación homocigótica, como 'aaBB', 'AAbb' o 'aabb', lo que da lugar a una descendencia con un fenotipo. idénticas a las cepas originales.

Pruebas de complementación en hongos y bacteriófagos

Las pruebas de complementación también se pueden realizar con eucariotas haploides como hongos, con bacterias y con virus como bacteriófagos. La investigación sobre el hongo Neurospora crassa condujo al desarrollo del concepto de un gen, una enzima, que sentó las bases para el posterior desarrollo de la genética molecular. La prueba de complementación fue una de las principales herramientas utilizadas en los primeros trabajos de Neurospora, porque era fácil de realizar y permitía al investigador determinar si dos mutantes nutricionales cualesquiera tenían defectos en el mismo gen o en genes diferentes.

La prueba de complementación también se utilizó en los inicios del desarrollo de la genética molecular cuando el bacteriófago T4 era uno de los principales objetos de estudio. En este caso, la prueba depende de infecciones mixtas de células bacterianas del huésped con dos tipos diferentes de bacteriófagos mutantes. Su uso fue clave para definir la mayoría de los genes del virus y proporcionó la base para el estudio de procesos tan fundamentales como la replicación y reparación del ADN y cómo se construyen las máquinas moleculares.

Complementación genética, heterosis y evolución de la reproducción sexual

La heterosis es la tendencia de los individuos híbridos a superar a sus padres de raza pura en tamaño y vigor. El fenómeno se conoce desde hace mucho tiempo en animales y plantas. La heterosis parece deberse en gran medida a la complementación genética, es decir, al enmascaramiento de alelos recesivos nocivos en individuos híbridos.

En general, los dos aspectos fundamentales de la reproducción sexual en eucariotas son la meiosis y el exocruzamiento. Se ha propuesto que estos dos aspectos tienen dos ventajas selectivas naturales, respectivamente. Se propone que la meiosis sea adaptativa porque facilita la reparación recombinacional de daños en el ADN que de otro modo serían difíciles de reparar. Se propone que el exocruzamiento es adaptativo porque facilita la complementación, es decir, el enmascaramiento de alelos recesivos nocivos (ver también Heterosis). Se ha propuesto que el beneficio de enmascarar alelos nocivos es un factor importante en el mantenimiento de la reproducción sexual entre eucariotas. Además, la ventaja selectiva de la complementación que surge del cruzamiento puede explicar en gran medida la evitación general de la endogamia en la naturaleza (por ejemplo, ver los artículos Reconocimiento de parentesco, Depresión por endogamia y Tabú del incesto).

Prueba de Complementación Cuantitativa

Utilizado por Quantitative Genetics para descubrir mutantes recesivos. Aquí se toman deficiencias y se las cruza con un haplotipo que se cree que contiene el mutante recesivo.

Excepciones

Estas regulaciones no están exentas de excepciones. En ocasiones, los mutantes no alélicos pueden no lograr complementarse (esto se conoce como "no complementación no alélica" o "no complementación desvinculada"). Este es un hecho poco común que depende del tipo de mutantes que se investigan. Dos mutaciones, por ejemplo, podrían ser sintéticamente dominantes negativas. La transvección es otro ejemplo, en el que una combinación heterocigota de dos alelos con mutaciones en distintas secciones del gen se complementan entre sí para restaurar un fenotipo de tipo salvaje.

Complementación intragénica

Cuando se mide la complementación entre dos mutantes defectuosos en el mismo gen, generalmente se encuentra que no hay complementación o que el fenotipo de complementación es intermedio entre los fenotipos mutante y de tipo salvaje. La complementación intragénica (también llamada complementación interalélica) se ha demostrado en muchos genes diferentes en una variedad de organismos, incluidos los hongos Neurospora crassa, Saccharomyces cerevisiae y Schizosaccharomyces. pombe; la bacteria Salmonella typhimurium; y el bacteriófago del virus T4. En varios de estos estudios, se aislaron y mapearon numerosas mutaciones defectuosas en el mismo gen en un orden lineal basado en frecuencias de recombinación para formar un mapa genético del gen. Por separado, los mutantes se probaron en combinaciones por pares para medir la complementación. Un análisis de los resultados de tales estudios llevó a la conclusión de que la complementación intragénica, en general, surge de la interacción de monómeros polipeptídicos con defectos diferentes para formar un agregado llamado "multímero". Los genes que codifican polipéptidos formadores de multímeros parecen ser comunes. Una interpretación de los datos es que los monómeros polipeptídicos a menudo están alineados en el multímero de tal manera que los polipéptidos mutantes defectuosos en sitios cercanos en el mapa genético tienden a formar un multímero mixto que funciona mal, mientras que los polipéptidos mutantes defectuosos en sitios distantes tienden a formar un multímero mixto que funciona más eficazmente. Jehle analizó las fuerzas intermoleculares probablemente responsables del autorreconocimiento y la formación de multímeros.