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Los genes son secuencias de ADN que codifican productos celulares (ARN, proteínas), los cuales se traducen en la aparición de un determinado rasgo o carácter.
Cada gen puede existir en dos o más versiones, responsables de la variación de un rasgo. Dichas versiones reciben el nombre de “alelos”.

Independientemente de las variantes existentes de un gen, cada individuo sólo hereda dos copias del mismo, una de la madre y otra del padre. Dichas copias están ubicadas en el mismo locus (lugar) de los cromosomas que forman el par de homólogos.

Los alelos pueden ser dominantes o recesivos. Se denomina alelo dominante a aquél que siempre se expresa, en tanto se denomina recesivo al alelo que solo se expresa en ausencia del dominante.
Los alelos dominante y recesivo de un gen se simbolizan con la misma letra, asignando una mayúscula al dominante y una minúscula al recesivo.

El genotipo es la combinación de alelos que hereda un individuo para un rasgo determinado.
Si suponemos dos alelos de un gen, A y a, un individuo puede heredar una de las siguientes combinaciones: AA, Aa y aa. La combinación AA corresponde al genotipo homocigota dominante y la combinación aa al genotipo homocigota recesivo, en tanto la combinación Aa recibe el nombre de genotipo heterocigota.

GENOTIPO
HOMOCIGOTA DOMINANTE	AA
HETEROCIGOTA	Aa
HOMOCIGOTA RECESIVO	aa

El fenotipo es el rasgo observable que resulta de un genotipo determinado. Los individuos con genotipo homocigota dominante y heterocigota exhiben el mismo fenotipo, ya que en ambos solo se expresa el alelo dominante. El homocigota recesivo tiene un fenotipo distinto, pues es el único en el cual se manifiesta la variante recesiva del gen.

GENOTIPO	FENOTIPO
AA	Se expresa el alelo dominante
Aa	Se expresa el alelo dominante
aa	Se expresa el alelo recesivo

En 1868, Gregor Mendel enunció las leyes de la herencia que llevan su nombre y aún hoy están vigentes. Cuando todavía no se conocía la verdadera naturaleza química de los genes, ni su ubicación en los cromosomas, Mendel logró descubrir la forma como los genes se transmiten a la descendencia. Sus leyes surgieron como corolario de los resultados que obtuvo al analizar la herencia de algunas características de las plantas de arvejilla, que él mismo cultivaba y cruzaba para tal fin, en el monasterio agustino de Brünn, del cual llegó a ser abad. A partir de sus leyes es posible predecir los resultados de una cruza, mediante relaciones matemáticas sencillas.

Mendel descubrió que cada individuo es portador de dos genes para cada característica, uno heredado del padre y otro de la madre, y que estos genes se segregan durante la formación de gametas. Hoy sabemos que las dos copias que heredamos de un gen se ubican en el mismo locus de dos cromosomas homólogos. Teniendo en cuenta que la formación de gametas involucra una meiosis, es claro que los dos genes que codifican la misma característica se separan durante la gametogénesis, cuando los cromosomas homólogos pasan a células hijas diferentes al concluir la primera división meiótica.
Mendel advirtió la dominancia de algunos alelos sobre otros y también que, el hecho de que un gen recesivo no se manifestara, no significaba que se perdiera o se diluyera. Los genes pasan intactos de una generación a la siguiente.

No siempre un genotipo expresa el fenotipo esperado. Por ejemplo, en las personas, un gen dominante (P) codifica la polidactilia, es decir la presencia de seis dedos. El alelo recesivo (p) codifica un número normal de dedos. Sin embargo, existen personas portadoras del gen dominante (P_) que no presentan polidactilia. En estos casos el gen para la polidactilia no tiene una penetrancia completa.
La penetrancia se define como el porcentaje de individuos con un genotipo determinado (P_) que expresan el fenotipo esperado. Una posible causa de que la penetrancia de un gen sea inferior al 100% es la interacción con otros genes. Productos de otros genes, que varían de un individuo a otro, podrían interferir en la expresión del gen en cuestión.
Si bien en los rasgos heredables el fenotipo viene determinado por el genotipo, es cierto que la expresión del fenotipo depende en cierta medida del ambiente. Por ejemplo, la estatura está determinada genéticamente. Sin embargo, es claro que para alcanzar la estatura codificada en los genes debe verificarse un crecimiento normal, el cual está supeditado a la cantidad y calidad de nutrientes que una persona recibe en el período de crecimiento. Asimismo, el crecimiento depende del equilibrio hormonal, las enfermedades infecciosas, parasitarias y otros factores de origen ambiental que influyen sobre un individuo.

Se denomina dominancia completa a aquélla en la cual el individuo heterocigota presenta el mismo fenotipo que el homocigota dominante. Por ejemplo, en los cruzamientos de Mendel, la descendencia entre plantas de semillas amarillas y plantas de semillas verdes, ambas homocigotas, siempre daba como resultado plantas de semillas amarillas. El carácter “amarillo” tiene dominancia completa sobre el carácter “verde”.

En las personas, la capacidad de doblar la lengua en “U” es debida a un gen que tiene dominancia completa sobre el alelo que determina la incapacidad de hacerlo. Así, los homocigotas dominantes y los heterocigotas para este gen, pueden enroscar la lengua; en cambio, los homocigotas recesivos son incapaces de hacerlo.

En algunos casos, el gen dominante no logra encubrir por completo la expresión del gen recesivo, sino que ambos se expresan parcialmente. En los individuos heterocigotas aparece entonces un tercer fenotipo, diferente del dominante y el recesivo, e intermedio entre los dos. A estos tipos de herencia se les da el nombre de “dominancia incompleta”. Por ejemplo, en ciertas plantas, las flores pueden ser blancas, rojas o rosadas. El fenotipo “flores rosadas” se observa en los individuos heterocigotas, como resultado de la expresión parcial de los alelos que codifican los colores rojo y blanco. Cabe aclarar que, sin embargo, la aparente “mezcla” solo se produce a nivel fenotípico, ya que los alelos mantienen su individualidad, tal como lo advirtió Mendel. Así, de la cruza de dos individuos rosados, se obtendrá una progenie 25% roja, 25% blanca y 50% rosada.

En el hombre, la hipercolesterolemia familiar es una enfermedad de origen genético, caracterizada por altos niveles de LDL en sangre, lo que predispone a la aterosclerosis y alto riesgo de enfermedad cardiovascular precoz. El trastorno se debe a la herencia de un receptor de LDL anómalo, por lo que las células no pueden endocitar estas lipoproteínas. Las LDL se acumulan en sangre y se depositan en las paredes de los vasos sanguíneos, causando su obstrucción. El alelo que codifica el receptor de LDL anormal es dominante (H) sobre el alelo que determina un receptor normal (h). Los homocigotas recesivos tienen colesterolemia normal. Las personas homocigotas dominantes (HH), tienen niveles de colesterolemia de cinco veces el valor normal, y están expuestas a padecer ataques cardíacos desde los 2 años de edad. Los heterocigotas (Hh) padecen la enfermedad, pero presentan un fenotipo intermedio, ya que su nivel de colesterol en sangre es cercano al doble del normal, y sufren ataques cardíacos alrededor de los 30 años.

Ciertos alelos son codominantes. Por ejemplo, en las personas existen tres alelos (alelos múltiples) que codifican antígenos (también llamados aglutinógenos) presentes en la membrana de los glóbulos rojos. El genotipo para este rasgo determina el grupo sanguíneo (fenotipo) que presentará el individuo. Como se puede observar en la siguiente tabla, los alelos IA e IB codifican los antígenos A y B, respectivamente, y dominan sobre el alelo i, que codifica la ausencia de antígeno. Los alelos IA e IB son codominantes. Esto resulta en la expresión de ambos antígenos en la membrana de los glóbulos rojos, en los individuos portadores de los dos alelos.

Cabe aclarar, no obstante las diferencias establecidas, que los tipos de dominancia tienen fronteras variables de acuerdo con el tipo de característica en cuestión y el nivel al cual se examine el fenotipo.

La segunda ley de Mendel se refiere a la herencia simultánea de dos o más caracteres. Establece que esta herencia es independiente. Esto se verifica siempre para genes que estén ubicados en distintos pares de homólogos, ya que éstos se segregan al azar durante la gametogénesis, en la anafase I.

Se denomina ligamiento a la herencia conjunta de los genes que están ubicados en el mismo cromosoma. Dado que los cromosomas pasan completos a una de las gametas durante la meiosis, los genes de un mismo cromosoma se heredan juntos.

En el esquema, los pares de genes A/a y B/b se heredan independientemente, pues están ubicados en distintos pares de homólogos. Así, las gametas pueden llevar las combinaciones AB, Ab, aB y ab.
Sin embargo, no ocurre la herencia independiente de los pares A/a y C/c, ya que éstos se ubican en el mismo par de homólogos. El ligamiento determina que las gametas solo lleven dos combinaciones de estos genes: AC y ac, pues ésta es la disposición original de los mismos en los cromosomas.
El proceso de crossing over, sin embargo, hace posible que en ciertos casos se rompa el ligamiento entre dos genes, permitiendo la aparición de nuevas combinaciones, como se observa en el siguiente esquema.

Si bien hasta ahora hemos analizado caracteres afectados por un solo par de genes, muchas características fenotípicas son el resultado de la interacción entre varios pares de genes.
Uno de los patrones de herencia poligénica es el que se presenta en la herencia del color de piel o de la estatura. Estos rasgos dependen de la influencia de varios pares de genes, cuyo efecto es aditivo. Ambos son casos de herencia cuantitativa, puesto que el fenotipo resulta de la cantidad de alelos dominantes y recesivos heredados en todos los pares de genes que determinan el rasgo.
Por ejemplo, si un rasgo cuantitativo está determinado por tres pares de genes, dicho rasgo alcanzará su máxima expresión fenotípica en el individuo con el genotipo AACCBB, y la mínima, en el individuo con el genotipo aabbcc. A su vez, el mismo fenotipo puede ser determinado por varios genotipos distintos (por ejemplo: AaBBCc y AABbCc).
En estos patrones de herencia, la población presenta una variación fenotípica continua, cuya distribución de frecuencias da una típica curva de Gauss.

El cariotipo humano está constituido por 44 cromosomas somáticos y 2 cromosomas sexuales. El par sexual es el que determina el sexo cromosómico.
Se denomina rasgo autosómico a aquél que se halla determinado por genes ubicados en los autosomas. La herencia de estos rasgos es independiente del sexo del individuo, por cuanto los autosomas son los mismos en el varón y en la mujer.
La herencia de los genes ubicados en el par de cromosomas sexuales sí se ve afectada por el sexo del individuo, ya que las mujeres heredan el par XX y los varones, el par XY.
Los cromosomas X e Y son homólogos solamente en pequeñas regiones, ubicadas en los extremos, las cuales reciben el nombre de “regiones pseudoautosómicas”. Éstas son las que permiten el apareamiento del X y el Y durante la meiosis que lleva a la formación de los espermatozoides en los varones. Sin embargo, las restantes porciones de los cromosomas sexuales no son homólogas, y por lo tanto llevan genes distintos. A estas porciones se las denomina “heterólogas”.
Los rasgos determinados por los genes ubicados en las porciones heterólogas del cromosoma X se conocen como “rasgos ligados al sexo” o “ligados al X”. Las mujeres heredan una copia materna y otra paterna de dichos genes, pudiendo resultar homocigotas dominantes, homocigotas recesivas o heterocigotas para dichos rasgos. En cambio, los varones solo heredan una copia del gen, proveniente de su madre, por lo que sus genotipos pueden ser hemicigota dominante o hemicigota recesivo.
Los genes ubicados en las porciones heterólogas del cromosoma Y son los “genes holándricos” o “ligados al Y”. Éstos son exclusivos de los varones.

El cromosoma X es submetacéntrico. La mayoría de los genes de los cromosomas sexuales se encuentran en el cromosoma X (se calcula que porta entre 1.500 y 2.500 genes). De allí que la expresión “genes ligados al sexo” se haya utilizado tradicionalmente para referirse a los genes ubicados en dicho cromosoma.
En 1949, Murray Barr observó que en las células de las hembras, aparecía un corpúsculo nuclear intensamente teñido, al que se conoce desde entonces como corpúsculo de Barr. En 1961, Mary Lyon establece que el corpúsculo de Barr es uno de los cromosomas X, que se presenta como heterocromatina (heterocromatina sexual).
En las primeras semanas de desarrollo, en las células embrionarias, uno de los cromosomas X se inactiva. Cuál de ellos lo haga, es azaroso. Sin embargo, una vez inactivado un X, todas las células descendientes mantienen inactivo el mismo cromosoma. Así, el embrión resulta formado por clones de células que expresan el cromosoma X materno y otros que expresan el cromosoma X paterno. Por lo tanto, las hembras son mosaicos en lo que respecta a la expresión del cromosoma X.

El hecho de que en el sexo XX, cada célula exprese uno solo de estos cromosomas, permite lo que se denomina “compensación de la dosis”. Esto significa que los productos codificados por los genes presentes en el X se expresan en la misma dosis que en los machos, portadores de una sola versión del cromosoma. Es decir que, funcionalmente, las hembras son hemicigóticas para los genes ligados al X. Incluso en los individuos que tienen un número anormal de cromosomas sexuales, como en el síndrome de Klinefelter (XXY) o Turner (X0) se cumple la regla según la cual se inactivan todos los X menos 1.

El cromosoma Y es un cromosoma acrocéntrico, del cual aproximadamente dos tercios corresponden a secuencias cortas repetidas, en estado heterocromático. El tercio restante consta de relativamente pocos genes. Algunos de ellos se expresan en todas las células del cuerpo, pero muchos solo lo hacen en los testículos.
En el cromosoma Y se ubica el gen SRY, gen determinante del testículo, causante de la diferenciación de los genitales indiferenciados en genitales masculinos, durante el desarrollo embrionario. Es la ausencia de este gen lo que determina que un embrión se desarrolle como femenino, y no la presencia de dos X, como lo demuestran las mujeres que padecen síndrome de Turner (XO) y los varones que padecen síndrome de Klinefelter (XXY). Incluso se han dado casos de varones XX que eran tales, pues el gen SRY se hallaba translocado en uno de los X, o mujeres XY, portadoras de un Y sin el gen SRY.
Las abundantes secuencias no codificantes que presenta el cromosoma Y acumulan mutaciones, que se transmiten de los padres a sus hijos varones y se pueden utilizar como marcadores genéticos. Así, el análisis de ciertas secuencias del cromosoma Y se ha constituido en una herramienta para el estudio de los antepasados por línea paterna.

Las mujeres heredan los cromosomas X de su madre y de su padre. Los varones heredan el cromosoma X de su madre y el Y de su padre. Pero todos heredamos el cromosoma mitocondrial de nuestra madre. En las células animales, existe una herencia citoplasmática además de la nuclear: el ADN mitocondrial. Esta herencia se produce por vía exclusivamente materna, pues como ya vimos al tratar el tema fecundación, es el óvulo el que aporta el citoplasma, con sus organoides, para formar la cigota.
La comparación del ADN mitocondrial posibilita el estudio de un linaje estableciendo los parentescos por línea materna. Este método se ha empleado en la búsqueda de nuestros ancestros como especie y también para resolver algunos enigmas particulares. Por ejemplo, se logró confirmar la identidad de los restos de la última emperatriz rusa, Alejandra, al comparar su ADN mitocondrial con el de su sobrino nieto por vía materna, el príncipe Felipe de Edimburgo (historia narrada en el libro “Una tumba para los Romanov”, de Raúl Alzogaray).