Cruz de prueba

Según la ley de dominancia en genética, un individuo que expresa un fenotipo dominante podría contener dos copias del alelo dominante (homocigoto dominante) o una copia de cada alelo dominante y recesivo (heterocigoto dominante). Al realizar un cruce de prueba, se puede determinar si el individuo es heterocigoto u homocigoto dominante.

En un cruce de prueba, el individuo en cuestión se cruza con otro individuo que es homocigoto para el rasgo recesivo y se examina la descendencia del cruce de prueba. Dado que el individuo homocigótico recesivo sólo puede transmitir alelos recesivos, el alelo que transmite el individuo en cuestión determina el fenotipo de la descendencia. Así, esta prueba arroja 2 situaciones posibles:

1. Si alguno de los descendientes producidos expresan el rasgo recesivo, el individuo en cuestión es heterocigoo para el alelo dominante.
2. Si toda la descendencia produce expresar el rasgo dominante, el individuo en cuestión es homozygous para el alelo dominante.

Historia

Los primeros usos de cruces de prueba fueron en los experimentos de Gregor Mendel sobre hibridación de plantas. Mientras estudia la herencia de rasgos dominantes y recesivos en plantas de guisantes, explica que la “significación” (ahora denominada cigosidad) de un individuo para un rasgo dominante está determinada por los patrones de expresión de la siguiente generación.

El redescubrimiento del trabajo de Mendel a principios del siglo XX provocó una explosión de experimentos que empleaban los principios de los cruces de prueba. De 1908 a 1911, Thomas Hunt Morgan realizó cruces de prueba mientras determinaba el patrón de herencia de una mutación del color de ojos blanco en Drosophila. Estos experimentos cruzados se convirtieron en un sello distintivo en el descubrimiento de rasgos ligados al sexo.

Tipos cruzados de prueba

Un cruce de prueba implica cruzar un organismo individual con un genotipo o fenotipo dominante con otro organismo que exhibe un genotipo o fenotipo recesivo. Para comprender mejor el concepto de cruce de prueba, exploremos varios tipos de cruces que involucran uno o más genes de interés.

Cruces monohíbridos (cruce de prueba de un solo gen)

El cruce monohíbrido es un proceso de fertilización que involucra dos padres de raza pura que consisten en una diferencia en una sola característica, donde la descendencia resultante se convierte en monohíbridos. Se utiliza para probar solo un tipo de gen o fenotipo.

El monohíbrido, también llamado “cruz de prueba de un solo gen”, se utiliza para observar cómo los descendientes homocigotos expresan genotipos heterocigotos heredados de sus padres.

La implantación del cruce monohíbrido incluye la señalización de los alelos mediante el uso de caracteres: el alelo recesivo a menudo se indica con una letra minúscula y el alelo dominante se indica con una letra mayúscula. Se anotan el fenotipo y el genotipo de ambos padres cruzados, incluido el genotipo de los gametos de la generación parental. Las predicciones de las combinaciones de los gametos se construirán sobre un cuadrado de Punnett.

Al realizar un cruce monohíbrido, Mendel inició el experimento con un par de plantas de guisantes que presentaban rasgos contrastantes: una era alta y la otra enana. A través de la polinización cruzada, las plantas descendientes resultantes manifestaron el rasgo alto. Estos híbridos de primera generación se denominaron F1 y su descendencia se denominó progenie filial o F1.

Mendel observó que las características que estaban ausentes en la generación F1 habían reaparecido en la generación F2. Se refirió a la característica suprimida como recesiva y a las características expresadas como característica dominante.

Cruces dihíbridos (cruce de prueba de dos genes)

Mendel además decidió explorar el resultado del cruce de dos plantas que eran híbridas para un solo rasgo. Esta investigación tuvo como objetivo determinar los patrones de herencia de dos características simultáneamente y verificar la hipótesis de que la herencia de un rasgo permanecería independiente del otro. Este experimento, denominado cruce dihíbrido o “cruce de prueba de dos genes”, se basó en el principio de segregación. Al realizar un cruce de prueba dihíbrido, se seleccionan dos características fenotípicas dominantes y se cruzan con padres que muestran rasgos dobles recesivos. Luego se analizan las características fenotípicas de la generación F1. En un cruce de prueba de este tipo, si el individuo sometido a prueba es heterocigoto, normalmente se observa una proporción fenotípica de 1:1:1:1.

Para probar la idea de Mendel, realizó cruces complejos con plantas de raza pura por dos características: color de la semilla (amarillo y verde), forma de la semilla (redonda y arrugada). Cruzó plantas con semillas arrugadas y amarillas y plantas con semillas redondas y verdes. Debido a pruebas cruzadas anteriores con monohíbridos, Mendel anticipó que las semillas redondas y amarillas serían dominantes en el cruce de raza pura, y eso es lo que observó.

Aplicaciones en organismos modelo

Los cruces de prueba tienen una variedad de aplicaciones. Los organismos modelo, como Caenorhabditis elegans y Drosophila melanogaster, se utilizan comúnmente para cruces de prueba. A continuación se proporcionan los procedimientos básicos para realizar cruces de prueba en estos organismos:

C. elegantes

Para realizar un cruce de prueba con C. elegans, coloque gusanos con un genotipo recesivo conocido con gusanos de un genotipo desconocido en una placa de agar. Permita que los gusanos macho y hermafroditas tengan tiempo para aparearse y producir descendencia. Usando un microscopio, la proporción entre el fenotipo recesivo y el dominante dilucidará el genotipo del padre dominante.

D. melanogastro

Para realizar un cruce de prueba con D. melanogaster, seleccione un rasgo con un fenotipo dominante y recesivo conocido. El color de ojos rojo es dominante y el blanco es recesivo. Obtenga hembras vírgenes con ojos blancos y machos jóvenes con ojos rojos y colóquelos en un solo tubo. Una vez que la descendencia comience a aparecer como larvas, elimine las líneas parentales y observe el fenotipo de la descendencia adulta.

Limitaciones

Existen muchas limitaciones para probar cruces. Puede ser un proceso que requiere mucho tiempo, ya que algunos organismos requieren un largo tiempo de crecimiento en cada generación para mostrar el fenotipo necesario. También se requiere que una gran cantidad de descendientes tenga datos confiables debido a las estadísticas. Los cruces de prueba sólo son útiles si la dominancia es completa. La dominancia incompleta se produce cuando el alelo dominante y el alelo recesivo se unen para formar una mezcla de los dos fenotipos en la descendencia. Los cruces de prueba tampoco son aplicables con genes codominantes, donde se expresarán ambos fenotipos de un rasgo heterocigoto. Otra limitación son las mutaciones epistáticas en las que la expresión de un gen será dominada por la expresión de otro gen. Un rasgo también puede estar determinado por múltiples genes, lo que se conoce como herencia poligénica. Los genes también tienen diferentes niveles de penetrancia, lo que determina cuánto se expresarán. Además, el entorno influye en la expresión de numerosos genes, por lo que en muchos casos el test cruzado resulta inaplicable.

A medida que surgen técnicas más avanzadas para determinar el genotipo, el cruce de prueba se está volviendo menos frecuente en genética. Las pruebas genéticas y el mapeo del genoma son avances modernos que permiten determinar información más eficiente y detallada sobre el genotipo de cada uno. Sin embargo, los cruces de prueba todavía se utilizan hoy en día y han creado una base excelente para el desarrollo de técnicas más sofisticadas.