Las plantas desafían las centenarias leyes de Mendel de herencia

La evolución de las plantas es un desafío a las centenarias leyes de Mendel, según un estudio con la especie Arabidopsis que ha desvelado que el diez por ciento de la progenie de esas plantas mutantes con alguna disfunción genética carece de la misma y se parece a la generación anterior a la de sus progenitores.

En el caso de haberse cumplido al cien por cien el contenido de las famosas leyes de la herencia o mendelianas, establecidas por el religioso agustino Gregor Mendel, considerado el padre de la genética, esas plantas surgidas de un tipo de Arabidopsis mutante y deforme deberían haber mostrado esas mismas mutaciones.

Al padre de la genética se le ocurrió a mediados del siglo XIX cruzar variedades o razas puras de una misma especie de guisantes y observar el modo de transmisión de los caracteres en las sucesivas generaciones y sintetizar sus conclusiones en tres leyes de la herencia que llevan su nombre.

En su próximo número del día 24, la revista 'Nature' publica un artículo sobre la investigación de un equipo de científicos en Estados Unidos, de la Universidad Purdue (Indiana), que ha demostrado que no siempre funcionan esas leyes de Mendel, tal como comprobaron tras experimentar con la planta Arabidopsis.

Esta planta es el primer vegetal del que se ha secuenciado su genoma completo y se utiliza habitualmente de referencia en estudios de biología celular y molecular de plantas.

Los resultados de los experimentos de ese equipo de científicos desvelan que al contrario de las leyes de Mendel aceptadas durante más de cien años por la comunidad científica, algunas plantas retoman las características normales de sus 'abuelos' mientras que eluden las anormalidades genéticas que presentan sus 'padres' o la generación anterior.

Aparentemente estas plantas 'hijas' habrían ocultado la información genética de la generación anterior, que pudo ser transferida a sus descendientes, concluyen los investigadores.

'Esto significa que la condición de herencia puede darse con más flexibilidad de lo que se pensaba en el pasado', dijo Robert Pruit, genético molecular del Departamento de Purdue de Botánica y Patología de plantas.

'Si ese mecanismo de herencia que se halla en la planta con la que se investigó se diera en animales también sería posible la apertura de una vía con terapia genética para tratar o curar enfermedades tanto en plantas como en animales', añadió.

Pruitt y su colaboradora Susan Lolle descubrieron que la Arabidopsis con la que se trabajó, con la particularidad de que cada una de las plantas 'padre' o progenitora tenía dos copias de un gen mutante, creaba progenie libre de las deformidades derivadas de esa condición y por tanto normal, semejante a las plantas 'abuelas'.

En el caso de la Arabidopsis mutante que cuenta con dos copias de genes alterados, después de la correspondiente plantación de sus semillas, el 90 por ciento de su descendencia se asemeja a los progenitores, mientras que el 10 por ciento se parece a 'la generación abuela', insiste Pruitt.

Hasta el momento, añadió, 'nuestra formación y educación genética nos decía que eso era imposible. Por ello, este descubrimiento supone un desafío a todo lo creído hasta ahora' y que se enseña en colegios de todo el mundo.

Para su experimento, los científicos mantuvieron las plantas aisladas de modo que no pudieran casualmente cruzarse con otras que carecían de genes mutantes.

Se usaron marcadores moleculares, es decir, partes de ADN que contribuyen a identificar y localizar genes en organismos, para determinar así si una planta llevaba copias de los genes normales o mutantes.

'Algún tipo de secuencia de información genética que no comprendemos realmente todavía está modificando los rasgos heredados', añadió Pruitt.

LAS LEYES DE MENDEL

Desmostraciones de Mendel

Un monje austriaco desarrolló en 1865 los principios fundamentales de lo que hoy conocemos como “genética”. Gregor Mendel demostró que las características heredables son aportadas mediante unidades discretas que se heredan por separado. Estas unidades discretas, que Mendel llamó “elemente”, se conocen hoy como genes.

Mendel fue un Observador

Gregor Mendel siempre fue muy observador. A pesar de su formación religiosa, el científico que había en el reparaba en detalles que a sus pares a menudo se le pasaban por alto. Gran amante de la naturaleza, gustaba de dar largas caminatas por los alrededores del monasterio. Quizás todos estos factores hicieran inevitables que comenzase a notar sutiles variaciones en las plantas que veía en sus derroteros.Fue así como en uno de sus paseos se encontró una variedad extraña de una planta ornamental que era muy común por aquellos lugares.

Mendel no pudo más que preguntarse como era posible que esa planta hubiese obtenido esas características irregulares. Sin dudarlo, Gregor tomó esa planta anómala y la llevo consigo, para plantarla al lado de un ejemplar de la variedad normal. Sin saberlo, este pequeño experimento que llevaba a cabo en 1856 seria el que despertaría en el su gran capacidad de investigador. Con el polen de otra. Por supuesto, nadie había estudiado en profundidad las implicaciones de este mecanismo. Gregor dedicó los cinco años siguientes a la botánica. Mantuvo un pequeño jardín en monasterio, en el que tenia una gran variedad de plantas fertilizadas artificialmente. De forma rutinaria cruzaba una con otras, e iba anotando los resultados de sus experimentos.

La primera fase de su análisis consistió en la obtención, mediante cultivos convencionales previos, de líneas puras de cada planta. Esto le proporciono una gran variedad de semillas para experimentar. Luego, de manera metódica, cruzó estas estirpes de dos en dos, mediante la técnica de polinización artificial. De este modo le era posible combinar variedades diferentes de una misma planta, que presentaban distintas y muy precisas características entre sí. Algunas variedades tenían semillas lisas, otras arrugadas; o bien presentaban flores blancas unas y flores coloreadas las otras. Mendel quería comprender que ocurría al cruzar una con otra.Sus trabajos en el jardín le permitieron a Mendel enunciar sus famosas tres leyes de la herencia, también conocidas como “leyes de Mendel”. Básicamente, Gregor descubrió que, mediante el cruzamiento de razas que difieren en al menos dos caracteres, se pueden crear nuevas razas estables. Sus trabajos fueron la base de todos los descubrimientos efectuados sobre los mecanismos de la herencia.

Gregor Mendel

La Genética, que es una rama del conocimiento muy joven, aunque sus comienzos datan del 1000 A.C. se podria decir que realmente empezo cuando Gregor Mendel (nacido el 22 de julio de 1822 en Heinzendford, Austria),un modesto fraile agustino, presenta en 1865 su trabajo de investigación a la Sociedad de Historia Natural de Brün, con el título de "Hibridos en plantas".

Los científicos de ésa época no comprendieron esta publicación debido a su complejo tratamiento matemático, y fue hasta después de 35 años que otros científicos valoraron su importancia. Entonces ya se conocía el hecho de que todos los seres vivos estaban formados por células y que en ellas se encontraban unas estructuras denominadas cromosomas.

Leyes descubiertas por Mendel

Las tres leyes descubiertas por Mendel se enuncian como sigue: según la primera, cuando se cruzan dos variedades puras de una misma especie, los descendientes son todos iguales y pueden parecerse a uno u otro progenitor o a ninguno de ellos; la segunda afirma que, al cruzar entre sí los híbridos de la segunda generación, los descendientes se dividen en cuatro partes, de las cuales una se parece a su abuela, otra a su abuelo y las dos restantes a sus progenitores; por último, la tercera ley concluye que, en el caso de que las dos variedades de partida difieran entre sí en dos o más caracteres, cada uno de ellos se transmite de acuerdo con la primera ley con independencia de los demás.

Para realizar sus trabajos, Mendel no eligió especies, sino razas autofecundas bien establecidas de la especie Pisum sativum. La primera fase del experimento consistió en la obtención, mediante cultivos convencionales previos, de líneas puras constantes y en recoger de manera metódica parte de las semillas producidas por cada planta. A continuación cruzó estas estirpes, dos a dos, mediante la técnica de polinización artificial. De este modo era posible combinar, de dos en dos, variedades distintas que presentan diferencias muy precisas entre sí (semillas lisas-semillas arrugadas; flores blancas-flores coloreadas, etc.).

El análisis de los resultados obtenidos permitió a Mendel concluir que mediante el cruzamiento de razas que difieren al menos en dos caracteres, pueden crearse nuevas razas estables (combinaciones nuevas homocigóticas). Pese a que remitió sus trabajos con guisantes a la máxima autoridad de su época en temas de biología, W. von Nägeli, sus investigaciones no obtuvieron el reconocimiento hasta el redescubrimiento de las leyes de la herencia por parte de H. de Vries, C. E. Correns y E. Tschernack von Seysenegg, quienes, con más de treinta años de retraso, y después de haber revisado la mayor parte de la literatura existente sobre el particular, atribuyeron a Johan G. Mendel la prioridad del descubrimiento.

Gregor Mendel

Experimentos de Gregor Mendel

Experimentos de Mendel

Mendel inició sus experimentos eligiendo dos plantas de guisantes que diferían en un carácter, cruzó una variedad de planta que producía semillas marillas con otra que producía semillas verdes, estas plantas forman la Generación Parental (P).

Como resultado de este cruce se produjeron plantas que producían nada más que semillas amarillas, repitió los cruces con otras plantas de guisante que diferían en otros caracteres y el resultado era el mismo, se producía un carácter de los dos en la generación filial. Al carácter que aparecía le llamo Dominante y al que no, Recesivo. En este caso el color amarillo es dominante frente al color verde.

Las plantas obtenidas de la Generación Parental se denomina Primera Generación Filial (F1).

Mendel dejó que se autofecundaran las plantas de la Primera Generación Filial y obtuvo la Segunda Generación Filial (F2) compuesta por plantas que producían semillas amarillas y plantas que producían semillas verdes en una proporción 3:1 (3 de semillas amarillas y 1 de semillas verdes). Repitió el experimento con otros caracteres diferenciados y obtuvo resultados similares en una proporción 3:1.

De esta experiencia saco la Primera y Segunda ley

Más adelante Mendel decidió comprobar si estas leyes funcionaban en plantas diferenciadas en dos o más caracteres, eligió como Generación Parental plantas de semillas amarillas y lisas y plantas de semillas verdes y rugosas.

Las cruzó y obtuvo la Primera Generación Filial compuesta por Plantas de semillas amarillas y lisas, la primera ley se cumplía, en la F1 aparecían los caracteres dominantes (amarillos y lisos) y no los recesivos (verde y rugosos).

Obtuvo la Segunda Generación Filial autofecundando la Primera Generación Filial y obtuvo semillas de todos los estilos posibles, plantas que producían semillas amarillas y lisas, amarillas y rugosas, verdes y lisas y verdes y rugosas, las contó y probó con otras variedades y se obtenían en una proporción 9:3:3:1 ( 9 plantas de semillas amarillas y lisas, 3 de semillas amarillas y rugosas, 3 de semillas verdes y lisas y una planta de semillas verdes y rugosas).

Gregor Mendel

Johann Gregor Mendel; Heizendorf, hoy Hyncice, actual República Checa, 1822 - Brünn, hoy Brno, id., 1884) Biólogo austriaco. Su padre era veterano de las guerras napoleónicas y su madre, la hija de un jardinero. Tras una infancia marcada por la pobreza y las penalidades, en 1843 Johann Gregor Mendel ingresó en el monasterio agustino de Königskloster, cercano a Brünn, donde tomó el nombre de Gregor y fue ordenado sacerdote en 1847. Residió en la abadía de Santo Tomás (Brünn) y, para poder seguir la carrera docente, fue enviado a Viena, donde se doctoró en matemáticas y ciencias (1851).

En 1854 Mendel se convirtió en profesor suplente de la Real Escuela de Brünn, y en 1868 fue nombrado abad del monasterio, a raíz de lo cual abandonó de forma definitiva la investigación científica y se dedicó en exclusiva a las tareas propias de su función.

El núcleo de sus trabajos –que comenzó en el año 1856 a partir de experimentos de cruzamientos con guisantes efectuados en el jardín del monasterio– le permitió descubrir las tres leyes de la herencia o leyes de Mendel, gracias a las cuales es posible describir los mecanismos de la herencia y que fueron explicadas con posterioridad por el padre de la genética experimental moderna, el biólogo estadounidense Thomas Hunt Morgan (1866-1945).

En el siglo XVIII se había desarrollado ya una serie de importantes estudios acerca de hibridación vegetal, entre los que destacaron los llevados a cabo por Kölreuter, W. Herbert, C. C. Sprengel y A. Knight, y ya en el siglo XIX, los de Gärtner y Sageret (1825). La culminación de todos estos trabajos corrió a cargo, por un lado, de Ch. Naudin (1815-1899) y, por el otro, de Gregor Mendel, quien llegó más lejos que Naudin.

Las tres leyes descubiertas por Mendel se enuncian como sigue: según la primera, cuando se cruzan dos variedades puras de una misma especie, los descendientes son todos iguales y pueden parecerse a uno u otro progenitor o a ninguno de ellos; la segunda afirma que, al cruzar entre sí los híbridos de la segunda generación, los descendientes se dividen en cuatro partes, de las cuales una se parece a su abuela, otra a su abuelo y las dos restantes a sus progenitores; por último, la tercera ley concluye que, en el caso de que las dos variedades de partida difieran entre sí en dos o más caracteres, cada uno de ellos se transmite de acuerdo con la primera ley con independencia de los demás.

Para realizar sus trabajos, Mendel no eligió especies, sino razas autofecundas bien establecidas de la especie Pisum sativum. La primera fase del experimento consistió en la obtención, mediante cultivos convencionales previos, de líneas puras constantes y en recoger de manera metódica parte de las semillas producidas por cada planta. A continuación cruzó estas estirpes, dos a dos, mediante la técnica de polinización artificial. De este modo era posible combinar, de dos en dos, variedades distintas que presentan diferencias muy precisas entre sí (semillas lisas-semillas arrugadas; flores blancas-flores coloreadas, etc.).

El análisis de los resultados obtenidos permitió a Mendel concluir que mediante el cruzamiento de razas que difieren al menos en dos caracteres, pueden crearse nuevas razas estables (combinaciones nuevas homocigóticas). Pese a que remitió sus trabajos con guisantes a la máxima autoridad de su época en temas de biología, W. von Nägeli, sus investigaciones no obtuvieron el reconocimiento hasta el redescubrimiento de las leyes de la herencia por parte de H. de Vries, C. E. Correns y E. Tschernack von Seysenegg, quienes, con más de treinta años de retraso, y después de haber revisado la mayor parte de la literatura existente sobre el particular, atribuyeron a Johan G. Mendel la prioridad del descubrimiento.

Leyes de Mendel.

Se formularon en 1865. Mendel descubrió al experimentar con siete características distintas de variedades puras de guisantes o chícharos de jardín, que al cruzar una variedad de tallo alto con otra de tallo enano, por ejemplo, se obtenían descendientes híbridos. Estos se parecían más a los ascendientes de tallo alto que a ejemplares de tamaño mediano. Para explicarlo, Mendel concibió la idea de unas unidades hereditarias, que en la actualidad llamamos genes, los cuales expresan, a menudo, caracteres dominantes o recesivos.

La primera ley, conocida como la de la uniformidad, afirma que cuando se cruzan dos individuos de idéntica especie correspondientes a dos lineas puras y que difieren en el aspecto que presenta un mismo carácter, los decendientes muestran una homogeneidad en la característica estudiada y todos heredan el carácter de uno de los progenitores (factor dominante), mientras que el del otro parece haberce perdido, o bien presentan un rasgo intermedio entre los dos de los padres. Se dice en este último caso que hay codominancia.

La segunda ley, denominada de la segregación, demuestra que los factores hereditarios (genes) constituyeran unidades independientes que pasan de una generación a otra sin sufrir alteración alguna. Al cruzar entre sí los descendientes obtenidos de la reproducción de dos líneas puras, observa que el caracter recesivo, que no se manifestaba, transmitido por uno de los progenitores, se hace patente en la segunda generación filial en la proproción de 1/4; el carácter dominante se da ahora en las 3/4 partes de los descendientes. Cada pareja de genes que determinan el carácter estudiado y que se hallan presentes en un determinado individuo se separan, por lo tanto, al formarce las células reproductoras, y se combinan al azar.

La tercera ley, llamada de la transmición independiente, afirma que cada carácter se hereda con independencia de los restantes caracteres. Para llegar a esta conclución, Mendel cruzó plantas que diferían en dos caracteres (dihíbridos), y cuyo genotipo era, porejemplo AaBb. Al formarce las células reproductoras, se originaron cuatro tipos distintos: AB, Ab, aB y ab, que se combinaron de todas formas posibles con los mismos tipos del otro individuo. En total se obtienen 16 genotipos posibles.

Las leyes mendelianas se cumplen en todos los seres vivos dotados de reproducción sexual y en los que se forman células reproductoras especiales.