organismos modelos. Genetica, Apuntes de Genética. Universidad de Málaga (UMA)
danicoronado
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Asignatura: Genetica, Profesor: Ana grande, Carrera: Biología, Universidad: UMA
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Microsoft PowerPoint - Organismos modelo Present 16 17 [Sólo lectura]

Organismos Modelo en Genética

Organismos Modelo

¿Por qué se destinan tanto tiempo y dinero a experimentar con microorganismos, plantas y animales, y no se investiga directamente en el hombre?

• R: Por costes y problemas éticos

• La experimentación con organismos modelo permite generar conocimiento y extrapolarlo en ocasiones a la especie humana, debido a que compartimos muchos genes, incluso con especies lejanas en la filogenia

Nuestra especie máximo interés

Organismos modelo en Genética Características generales

• Fáciles de cultivar y mantener en un espacio restringido

• Tiempos cortos de generación (resultados rápidos)

(nacimiento desarrolloreproducción nacimiento)

• Muchos descendientes (datos estadísticos)

• Su biología (Fisio, Anat, Comportam. etc) bien conocida.

• Disponibilidad de mutantes y otras herramientas: líneas celulares, técnicas a punto, etc.

• Genomas conocidos

Mutante: Individuo con al menos un gen importante que no funciona, o con función alterada. Hasta hace poco los genetistas solo se podían dar cuenta de la existencia de un gen cuando este no funcionaba Los genetistas usamos los mutantes para estudiar las funciones de los genes normales. ¿Por qué?

• Analogía: Si cortamos el cable de los frenos del coche, el coche no puede parar y de ahí inferimos la función del cable.

Los mutantes en análisis genético

Modelos en general

Drosophila • pez cebra • ratón • C. elegans Levaduras E. coli • Arabidopsis… • Fago 

Otros específicos para temas puntuales (pez fugu) ¿Para qué se usa?

Representan distintos niveles de organización

 Mamífero: Mus musculus

• Vertebrado: Pez cebra

• Insecto: Drosophila melanogaster

• Eucariotas pluricelulares: Caenorhabditis

elegans

• Reino vegetal: Arabidopsis thaliana

• Eucariotas unicelulares: levaduras

(Saccharomyces cerevisiae/S. pombe)

• Procariotas: Bacterias Escherichia coli (E. coli)

• Virus: Bacteriófagos

Bacteriófago Lambda

Bacteria Escherichia coli

Levadura Saccharomyce

s cerevisiae

Gusano o planta

Arabidopsis

Mosca de la fruta Drosophila

Humano

200 páginas 500 páginas 3 volúmenes 5 volúmenes

80 volúmenes

Bacteriófago Lambda

Escherichia coli Saccharomyces cerevisiae

planta Arabidopsis

Drosophila

2 páginas 200 páginas

500 páginas

3 volúmenes

5 volúmenes

Humano

80 volúmenes

Tamaños de genomas ESPECIES MODELO

El bacteriófago  es un virusBacteriófago lambda () es un virus

Gran diversidad de los virus: tipo de genoma, tamaño, envuelta, hospedador, etc.

La variabilidad genética en los virus

X

X X X X X

MUTACIÓN

HIPERMUTACIÓN

RECOMBINACIÓN

REORDENAMIENTOS GENÓMICOS

Bacteriofago Lambda

Bacteriofago Lambda: calvas de lisis

Césped de bacteriasCalvas de lisis

-Ciclos lítico y lisogénico conocidos

-Manejo fácil y seguro: infecta bacterias (E. coli)

-Genoma pequeño secuenciado (48500 pb) y genes

identificados (50)

-Fácil de detectar mutantes: 100 fagos/bacteria infectada

(frecuencia mutantes <1/1010)

Ventajas del fago lambda

Aplicaciones del fago lambda

- El ADN es el material genético: experimento de Hershey- Chase. - Estructura del ADN - Replicación del ADN y regulación de la expresión génica - Cómo ocurren las mutaciones - Vector para transformar E. coli: podemos incluir en su

genoma otros genes Colecciones de genes Terapia fágica: atacar a bacterias

patógenas con fagos

Virus en ingeniería genética: vectores

La infección por fagos es muy eficiente en comparación con métodos químicos.

Hay regiones de su genoma que son prescindibles para su replicación: se puede insertar otro fragmento de ADN.

Genoma del fago 

Recombinación

Ensamblaje y empaquetamiento

Infección de E. coli

El gen de interés puede expresarse en E. coli

Saccharomyces cerevisiae Schizosaccharomyces pombe

(levadura de panadería)

Salto a Eucariotas: Levaduras

Levaduras como sistemas modelo

• Crecen rápido tanto en aerobiosis como en anaerobiosis, • No son patógenas • Fáciles de cultivar y baratas de mantener • Se conoce muy bien su Genética y su Bioquímica • Genoma pequeño: >12.000kb repartidas en 16

cromosomas 6200 genes. Primer eucariota secuenciado • Ideales para el estudio de ciclo celular y cáncer (genes

conservados) • En sus plásmidos se pueden clonar fragmentos de DNA

de gran tamaño para hacer genotecas (100Kb – 2 Mb; YACs= cromosomas artificiales de levaduras)

Su reproducción puede ser asexual por gemación o sexual con formación de un tipo especial de esporas

Schizosaccharomyces pombe

Ciclos de vida de levaduras

Buenas para análisis genético: se mantienen tanto como haploides, como diploides

•Mutaciones recesivas: pueden aislarse fácilmente trabajando con células haploides

• Estudiar interacción genética juntando dos mutantes diferentes haploides en un diploide

• Estudio de procesos de señalización celular

Aplicaciones de las Levaduras

Arabidopsis thaliana como modelo en biología vegetal

Clasificación

Reino: Plantae División: Magnoliophyta Clase: Magnoliopsida Orden: Brassicales Familia: Brassicaceae Género: Arabidopsis

Ventajas como modelo de plantas con flores

• Genoma secuenciado: 115 Mb de ADN en 5 cromosomas (2n = 10) y mapas genéticos y físicos

• Ciclo de vida corto,  6 semanas ( desde germinación a maduración semilla)

• Muy prolífica, produciendo hasta 10.000 semillas por planta • Pequeño tamaño, fácil cultivo en un espacio restringido • Fácilmente transformable: plantas transgénicas mediante bacteria

Agrobacterium tumefaciens

• Fácil producción de mutantes (ej: irradiación de semillas o tratamiento con productos químicos mutagénicos)

• Autopolinización fácil: individuos homocigotos para poder detectar expresión de mutaciones recesivas

• Gran número de líneas mutantes y recursos genómicos http://www.arabidopsis.org

Arabidopsis thaliana Numerosos mutantes de todas las

estructuras y funciones

Análisis genético en A. thaliana Mutantes embrionarios de Arabidopsis

Ejemplo: Desarrollo del embrión a partir de la semilla ¿Qué genes se necesitan para que una

semilla sea viable? Estrategia: 1) Analizar muchos mutantes donde el

desarrollo de la semilla sea anormal 2) Determinar qué genes están mutados 3) Usar esa información para entender el

control genético del desarrollo de la semilla.

Aplicaciones de A. thaliana

Interacción patógeno-planta

qué genes intervienen

cuáles son los mecanismos de acción

¿Hay genes de resistencia?

¿Cómo mejorar la resistencia de las plantas a los patógenos?

Caenorhabditis elegans

• Gusano nematodo que vive en el suelo, longitud aproximada de 1 mm

• Ciclo de vida (2-3 días). • Alta fertilidad (Progenie de 350 individuos) • Transparente, permite diferenciar visualmente todas sus

estructuras. • Hermafrodita, facilitando la transmisión de mutaciones • Cultivo en placas de Petri sobre bacterias (E. coli) • Fácil manejo. • Se pueden criopreservar indefinidamente

Características anatómicas

Sistema nervioso y digestivo bien definidos

Respuesta a estímulos complejos

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