Genotipo

El genotipo de un organismo es su conjunto completo de material genético. El genotipo también se puede usar para referirse a los alelos o variantes que porta un individuo en un gen o ubicación genética en particular. La cantidad de alelos que un individuo puede tener en un gen específico depende de la cantidad de copias de cada cromosoma que se encuentra en esa especie, también conocida como ploidía. En especies diploides como los humanos, están presentes dos juegos completos de cromosomas, lo que significa que cada individuo tiene dos alelos para cualquier gen dado. Si ambos alelos son iguales, el genotipo se denomina homocigoto. Si los alelos son diferentes, el genotipo se denomina heterocigoto.

El genotipo contribuye al fenotipo, los rasgos y características observables en un individuo u organismo. El grado en que el genotipo afecta al fenotipo depende del rasgo. Por ejemplo, el color de los pétalos en una planta de guisantes está determinado exclusivamente por el genotipo. Los pétalos pueden ser morados o blancos dependiendo de los alelos presentes en la planta de guisantes. Sin embargo, otros rasgos solo están parcialmente influenciados por el genotipo. Estos rasgos a menudo se denominan rasgos complejos porque están influenciados por factores adicionales, como factores ambientales y epigenéticos. No todos los individuos con el mismo genotipo se ven o actúan de la misma manera porque la apariencia y el comportamiento se ven modificados por las condiciones ambientales y de crecimiento. Asimismo, no todos los organismos que se parecen necesariamente tienen el mismo genotipo.

El término genotipo fue acuñado por el botánico danés Wilhelm Johannsen en 1903.

Fenotipo

Cualquier gen dado generalmente causará un cambio observable en un organismo, conocido como fenotipo. Los términos genotipo y fenotipo son distintos por al menos dos razones:

• Distinguir la fuente del conocimiento de un observador (se puede conocer el genotipo observando el ADN; se puede conocer el fenotipo observando la apariencia externa de un organismo).
• El genotipo y el fenotipo no siempre están directamente correlacionados. Algunos genes solo expresan un fenotipo dado en ciertas condiciones ambientales. Por el contrario, algunos fenotipos podrían ser el resultado de múltiples genotipos. El genotipo se confunde comúnmente con el fenotipo que describe el resultado final de los factores genéticos y ambientales que dan la expresión observada (por ejemplo, ojos azules, color de cabello o diversas enfermedades hereditarias).

Un ejemplo simple para ilustrar el genotipo a diferencia del fenotipo es el color de la flor en las plantas de guisantes (ver Gregor Mendel). Hay tres genotipos disponibles, PP (homocigoto dominante), Pp (heterocigoto) y pp (homocigoto recesivo). Los tres tienen genotipos diferentes, pero los dos primeros tienen el mismo fenotipo (púrpura) a diferencia del tercero (blanco).

Un ejemplo más técnico para ilustrar el genotipo es el polimorfismo de un solo nucleótido o SNP. Un SNP ocurre cuando las secuencias correspondientes de ADN de diferentes individuos difieren en una base de ADN, por ejemplo, cuando la secuencia AAGCCTA cambia a AAGCTTA. Este contiene dos alelos: C y T. Los SNP suelen tener tres genotipos, denominados genéricamente AA Aa y aa. En el ejemplo anterior, los tres genotipos serían CC, CT y TT. Otros tipos de marcadores genéticos, como los microsatélites, pueden tener más de dos alelos y, por lo tanto, muchos genotipos diferentes.

La penetrancia es la proporción de individuos que muestran un genotipo específico en su fenotipo bajo un conjunto dado de condiciones ambientales.

Herencia mendeliana

Los rasgos que están determinados exclusivamente por el genotipo generalmente se heredan en un patrón mendeliano. Estas leyes de la herencia fueron descritas extensamente por Gregor Mendel, quien realizó experimentos con plantas de guisantes para determinar cómo se transmitían los rasgos de generación en generación. Estudió fenotipos que se observaban fácilmente, como la altura de la planta, el color de los pétalos o la forma de la semilla.Pudo observar que si cruzaba dos plantas puras con fenotipos distintos, toda la descendencia tendría el mismo fenotipo. Por ejemplo, cuando cruzó una planta alta con una planta baja, todas las plantas resultantes serían altas. Sin embargo, cuando autofertilizó las plantas resultantes, alrededor de 1/4 de la segunda generación sería corta. Concluyó que algunos rasgos eran dominantes, como la estatura alta, y otros eran recesivos, como la estatura baja. Aunque Mendel no lo sabía en ese momento, cada fenotipo que estudió estaba controlado por un solo gen con dos alelos. En el caso de la altura de la planta, un alelo hizo que las plantas fueran altas y el otro hizo que las plantas fueran bajas. Cuando el alelo alto estaba presente, la planta sería alta, incluso si la planta fuera heterocigota. Para que la planta sea corta,

Una forma de ilustrar esto es usando un cuadro de Punnett. En un cuadro de Punnett, los genotipos de los padres se colocan en el exterior. Por lo general, se usa una letra mayúscula para representar el alelo dominante y una letra minúscula para representar el alelo recesivo. Los posibles genotipos de la descendencia pueden entonces determinarse combinando los genotipos de los padres.En el ejemplo de la derecha, ambos padres son heterocigotos, con un genotipo de Bb. La descendencia puede heredar un alelo dominante de cada padre, haciéndolos homocigotos con un genotipo de BB. La descendencia puede heredar un alelo dominante de un padre y un alelo recesivo del otro padre, haciéndolos heterocigotos con un genotipo de Bb. Finalmente, la descendencia podría heredar un alelo recesivo de cada padre, haciéndolos homocigotos con un genotipo de bb. Las plantas con los genotipos BB y Bb tendrán el mismo aspecto, ya que el alelo B es dominante. La planta con el genotipo bb tendrá el carácter recesivo.

Estos patrones de herencia también se pueden aplicar a enfermedades o condiciones hereditarias en humanos o animales. Algunas condiciones se heredan con un patrón autosómico dominante, lo que significa que las personas con la condición generalmente también tienen un padre afectado. Un pedigrí clásico para una condición autosómica dominante muestra individuos afectados en cada generación.

Otras condiciones se heredan en un patrón recesivo autosómico, donde los individuos afectados no suelen tener un padre afectado. Dado que cada padre debe tener una copia del alelo recesivo para tener una descendencia afectada, los padres se denominan portadores de la afección. En condiciones autosómicas, el sexo de la descendencia no juega un papel en su riesgo de ser afectado. En condiciones ligadas al sexo, el sexo de la descendencia afecta sus posibilidades de tener la condición. En los humanos, las mujeres heredan dos cromosomas X, uno de cada padre, mientras que los hombres heredan un cromosoma X de su madre y un cromosoma Y de su padre. Las condiciones dominantes ligadas al cromosoma X se pueden distinguir de las condiciones dominantes autosómicas en las genealogías por la falta de transmisión de padres a hijos, ya que los padres afectados solo transmiten su cromosoma X a sus hijas.En condiciones recesivas ligadas al cromosoma X, los hombres suelen verse afectados con mayor frecuencia porque son hemicigotos, con un solo cromosoma X. En las mujeres, la presencia de un segundo cromosoma X evitará que aparezca la afección. Por lo tanto, las hembras son portadoras de la condición y pueden transmitir el rasgo a sus hijos.

Los patrones de herencia mendelianos pueden complicarse por factores adicionales. Algunas enfermedades muestran una penetrancia incompleta, lo que significa que no todas las personas con el alelo causante de la enfermedad desarrollan signos o síntomas de la enfermedad. La penetrancia también puede depender de la edad, lo que significa que los signos o síntomas de la enfermedad no son visibles hasta más tarde en la vida. Por ejemplo, la enfermedad de Huntington es una condición autosómica dominante, pero hasta el 25% de las personas con el genotipo afectado no desarrollarán síntomas hasta después de los 50 años. Otro factor que puede complicar los patrones de herencia mendeliana es la expresividad variable, en la que las personas con el mismo genotipo muestran diferentes signos o síntomas de enfermedad. Por ejemplo, las personas con polidactilia pueden tener un número variable de dígitos adicionales.

Herencia no mendeliana

Muchos rasgos no se heredan de forma mendeliana, sino que tienen patrones de herencia más complejos.

Dominancia incompleta

Para algunos rasgos, ningún alelo es completamente dominante. Los heterocigotos a menudo tienen una apariencia intermedia entre los homocigotos. Por ejemplo, un cruce entre Mirabilis jalapa rojo y blanco de raza pura da como resultado flores rosadas.

Codominancia

La codominancia se refiere a los rasgos en los que ambos alelos se expresan en la descendencia en cantidades aproximadamente iguales. Un ejemplo clásico es el sistema de grupos sanguíneos ABO en humanos, donde los alelos A y B se expresan cuando están presentes. Las personas con el genotipo AB tienen proteínas A y B expresadas en sus glóbulos rojos.

Epistasis

La epistasis es cuando el fenotipo de un gen se ve afectado por uno o más genes. Esto es a menudo a través de algún tipo de efecto de enmascaramiento de un gen sobre el otro. Por ejemplo, el gen "A" codifica el color del cabello, un alelo "A" dominante codifica el cabello castaño y un alelo recesivo "a" codifica el cabello rubio, pero un gen "B" separado controla el crecimiento del cabello y un alelo recesivo El alelo "b" causa la calvicie. Si el individuo tiene el genotipo BB o Bb, entonces produce cabello y se puede observar el fenotipo del color del cabello, pero si el individuo tiene un genotipo bb, entonces la persona es calva, lo que enmascara el gen A por completo.

Rasgos poligénicos

Un rasgo poligénico es aquel cuyo fenotipo depende de los efectos aditivos de múltiples genes. Las contribuciones de cada uno de estos genes suelen ser pequeñas y se suman a un fenotipo final con una gran cantidad de variación. Un ejemplo bien estudiado de esto es el número de cerdas sensoriales en una mosca. Estos tipos de efectos aditivos también explican la cantidad de variación en el color de los ojos humanos.

Genotipado

La genotipificación se refiere al método utilizado para determinar el genotipo de un individuo. Hay una variedad de técnicas que se pueden utilizar para evaluar el genotipo. El método de genotipado generalmente depende de la información que se busca. Muchas técnicas requieren inicialmente la amplificación de la muestra de ADN, lo que comúnmente se realiza mediante PCR.

Algunas técnicas están diseñadas para investigar SNP o alelos específicos en un gen o conjunto de genes en particular, por ejemplo, si un individuo es portador de una afección en particular. Esto se puede hacer a través de una variedad de técnicas, incluidas las sondas de oligonucleótidos específicos de alelo (ASO) o la secuenciación de ADN. También se pueden utilizar herramientas como la amplificación de sonda dependiente de la ligadura multiplex para buscar duplicaciones o deleciones de genes o secciones de genes. Otras técnicas están destinadas a evaluar una gran cantidad de SNP en todo el genoma, como las matrices de SNP. Este tipo de tecnología se usa comúnmente para estudios de asociación de todo el genoma.

También se dispone de técnicas a gran escala para evaluar el genoma completo. Esto incluye el cariotipo para determinar la cantidad de cromosomas que tiene un individuo y micromatrices cromosómicas para evaluar duplicaciones o deleciones grandes en el cromosoma. Se puede determinar información más detallada utilizando la secuenciación del exoma, que proporciona la secuencia específica de todo el ADN en la región codificante del genoma, o la secuenciación del genoma completo, que secuencia el genoma completo, incluidas las regiones no codificantes.