Cruz monohíbrida

Un cruce monohíbrido es un cruce entre dos organismos con diferentes variaciones en un locus genético de interés. Los caracteres que se estudian en un cruce monohíbrido se rigen por dos o múltiples variaciones para una única ubicación de un gen. Luego, al llevar a cabo dicho cruce, se elige que cada padre sea homocigótico o de reproducción verdadera para un rasgo determinado (locus). Cuando un cruce satisface las condiciones de un cruce monohíbrido, generalmente se detecta mediante una distribución característica de la descendencia de segunda generación (F₂) que a veces se denomina proporción monohíbrida.

Uso

Generalmente, el cruce monohíbrido se utiliza para determinar la relación de dominancia entre dos alelos. La cruz comienza con la generación de los padres. Uno de los padres es homocigoto para un alelo y el otro padre es homocigoto para el otro alelo. La descendencia constituye la primera generación filial (F1). Cada miembro de la generación F1 es heterocigoto y el fenotipo de la generación F1 expresa el rasgo dominante. El cruce de dos miembros de la generación F1 produce la segunda generación filial (F2). La teoría de la probabilidad predice que tres cuartas partes de la generación F2 tendrán el fenotipo del alelo dominante. Y la cuarta parte restante de los F2 tendrá el fenotipo del alelo recesivo. Esta proporción fenotípica prevista de 3:1 supone herencia mendeliana.

El experimento de Mendel con guisantes (Pisum sativum)

Gregor Mendel (1822–1884) fue un monje austriaco que teorizó las reglas básicas de la herencia. De 1858 a 1866, cultivó guisantes de jardín (Pisum sativum) en el jardín de su monasterio y analizó la descendencia de estos apareamientos. Se eligió el guisante como organismo experimental porque Había muchas variedades disponibles que se obtenían según rasgos cualitativos y su polinización podía manipularse. Las siete características variables que Mendel investigó en las plantas de guisantes fueron.

• textura de semilla (redonda vs arrugada)
• color de semilla (amarillo vs verde)
• color de la flor (blanco vs púrpura)
• hábito de crecimiento (tall vs enano)
• forma de pod (pintado o inflado)
• pod color (verde vs amarillo)
• posición de la flor (axial o terminal)

. Los guisantes normalmente se autopolinizan porque los estambres y carpelos están encerrados dentro de los pétalos. Al quitar los estambres de las flores inmaduras, Mendel podía aplicar polen de otra variedad sobre los carpelos cuando maduraban.

Primer centro

Todos los guisantes producidos en la segunda generación o híbridos eran redondos.

Todos los guisantes de esta generación F1 tienen un genotipo Rr. Todos los espermatozoides y óvulos haploides producidos por la meiosis recibieron un cromosoma. Todos los cigotos recibieron un alelo R (del progenitor de la semilla redonda) y un alelo r (del progenitor de la semilla arrugada). Debido a que el alelo R es dominante sobre el alelo r, el fenotipo de todas las semillas era redondo. La proporción fenotípica en este caso del cruce monohíbrido es 1.

Segundo centro

Mendel entonces permitió que sus guisantes híbridos se autopolaran. El rasgo arrugado —que no apareció en su generación híbrida— apareció en el 25% del nuevo cultivo de guisantes.

La unión aleatoria de números iguales de gametos R y r produjo una generación F2 con 25 % RR y 50 % Rr (ambos con el fenotipo redondo) y 25 % rr con el fenotipo arrugado.

Tercer centro

Mendel luego permitió que algunos de cada fenotipo en la generación F2 se autopolinizaran. Sus resultados:

• Todas las semillas arrugadas de la generación F2 sólo produjeron semillas arrugadas en el F3.
• Un tercio (193/565) de las semillas F1 redondas produjeron solamente semillas redondas en la generación F3, pero dos tercios (372/565) de ellas produjeron ambos tipos de semillas en la F3 y, una vez más, en una proporción de 3:1.

Una tercera parte de las semillas redondas y todas las semillas arrugadas de la generación F2 fueron homozygous y produjeron solamente semillas del mismo fenotipo.

Pero dos tercios de las semillas redondas en la F2 eran heterocigotas y su autopolinización produjo ambos fenotipos en la proporción de un cruce F1 típico.

Las proporciones de fenotipo son aproximadas. La unión de espermatozoides y óvulos es aleatoria. Sin embargo, a medida que el tamaño de la muestra aumenta, las desviaciones aleatorias se minimizan y las razones se acercan más a las predicciones teóricas. La tabla muestra la producción real de semillas de diez de las plantas F1 de Mendel. Mientras que sus plantas individuales se desviaron mucho de la proporción esperada de 3:1, el grupo en su conjunto se acercó bastante a ella.

La hipótesis de Mendel

Para explicar sus resultados, Mendel formuló una hipótesis que incluía lo siguiente: En el organismo existe un par de factores que controlan la aparición de una determinada característica. (Se llaman genes). El organismo hereda estos factores de sus padres, uno de cada uno. Un factor se transmite de generación en generación como una unidad discreta e inmutable. (El factor r en la generación F2 pasó a través de la generación F1 con semillas redondas. A pesar de esto, las semillas rr en la generación F2 no estaban menos arrugadas que las de la generación P.) Cuando se forman los gametos, los factores se separan y se distribuyen como unidades para cada gameto. Esta afirmación suele denominarse regla de segregación de Mendel. Si un organismo tiene dos factores diferentes (llamados alelos) para una característica, uno puede expresarse con exclusión total del otro (dominante versus recesivo).

Prueba de la hipótesis

Una buena hipótesis cumple con varios estándares.

• Debe proporcionar una explicación adecuada de los hechos observados. Si dos o más hipótesis cumplen con este estándar, el más simple es preferido.
• Debería poder predecir nuevos hechos. Así que si una generalización es válida, entonces ciertas consecuencias específicas pueden deducirse de ella.

Para probar su hipótesis, Mendel predijo el resultado de un experimento de reproducción que aún no había llevado a cabo. Cruzó guisantes redondos heterocigotos (Rr) con guisantes arrugados (homocigotos, rr). Predijo que en este caso la mitad de las semillas producidas serían redondas (Rr) y la otra mitad arrugadas (rr).

Para un observador casual en el jardín del monasterio, la cruz no parecía diferente de la cruz P descrita anteriormente: guisantes de semillas redondas cruzados con otros de semillas arrugadas. Pero Mendel predijo que esta vez produciría semillas tanto redondas como arrugadas y en una proporción de 50:50. Realizó el cruce y cosechó 106 guisantes redondos y 101 guisantes arrugados.

Mendel probó su hipótesis con un tipo de retrocruzamiento llamado cruzamiento de prueba. Un organismo tiene un genotipo desconocido que es uno de dos genotipos (como RR y Rr) que producen el mismo fenotipo. El resultado de la prueba identifica el genotipo desconocido.

Mendel no se detuvo ahí. Continuó cruzando variedades de guisantes que se diferenciaban en otros seis rasgos cualitativos. En todos los casos, los resultados apoyaron su hipótesis. Cruzó guisantes que se diferenciaban en dos rasgos. Descubrió que la herencia de un rasgo era independiente de la del otro y así formuló su segunda regla: la regla de la distribución independiente. Hoy en día se sabe que esta regla no se aplica a algunos genes debido al ligamiento genético.