Análisis de marcadores moleculares microsatélites. Ejercitación resuelta

Se propone observar el esquema de la Figura 1 y responder las preguntas.

  1. ¿Qué característica tiene el marcador molecular, que hace que sea considerado un VNTR?
  2. ¿Qué técnica permite amplificar la región VNTR?
  3. ¿Qué significan los segmentos lineares rojos y las flechas contiguas a la región VNTR?
  4. ¿Qué técnica permite discriminar o diferenciar los fragmentos amplificados que poseen distinto tamaño? ¿A qué se deben las diferencias en los tamaños de dichos fragmentos de ADN?
  5. En el esquema del gel, ¿cuántas muestras de ADN de diferentes individuos se han incluido en el análisis?
  6. ¿cuántos alelos hay en este conjunto de 5 individuos? ¿Cuál es el de mayor tamaño? ¿Y el de menor?
  7. ¿Cuál es el número máximo de alelos que puede tener un individuo diploide? Describir qué individuos son homocigotas o heterocigotas y qué alelos poseen.
esquema VNTR
Esquema de un VNTR o microsatélite. Fuente: Porque biotecnología

ACTIVIDAD RESUELTA

  1. Las lineas rojas adyacentes a la región del microsatélite, representa a la cadena de ADN que lo rodea. Esta secuencia de ADN debe conocerse para poder diseñar los primers (segmentos de ADN de simple cadena, señalados con flechas rojas en el esquema) complementarios a dicha secuencia. Los primers a derecha e izquierda del microsatélite determinarán los extremos de la región del ADN del que se obtendrán millones de copias luego de realizar la PCR.



  2. La diferencia en tamaño de los fragmentos de ADN está dada por el diferente número de repeticiones de las secuencias en tandem. A cada fragmento de diferente tamaño se lo llama alelo. Por ejemplo, en el esquema se muestra un alelo de 10 repeticiones. Se debe tener en cuenta que en individuos dipolides (2n), en cada locus, se encuentran 2 regiones microsatélites (una en cada cromosoma homólogo). Si el individuo posee dos microsatélites del mismo tamaño, se lo considera homocigota para ese locus, si en cambio las regiones microsatélites en los dos cromosomas homólogos son diferentes, el individuo es heterocigoto para ese locus. Una manera de separar los fragmentos (alelos) de diferente tamaño, es por medio de electroforesis en geles (de agarosa o acrilamida). El ADN, que tiene carga neta negativa, migrará hacia el polo positivo del campo eléctrico creado a través del gel. Debido a la porosidad de dichos geles, las moléculas más grandes (alelos con mayor número de repeticiones) quedarán retrazadas en el gel y correrán menos (más cerca del polo negativo), mientras que las más pequeñas se desplazarán más.


  3. Se incluyeron ADNs de 5 individuos, en los cuales se realizó previamente la PCR, para amplificar la región microsatélite.

  4. Hay 3 alelos de diferentes tamaños (indicados como alelos A, B y C). El alelo de mayor tamaño es el A (corre menos en el gel), mientras que el de menor tamaño es el C.

  5. Un individuo diploide posee 2 alelos. Si los dos alelos son del mismo tamaño (se ven como una única banda en el gel) se dice que es homocigota, mientras que si los dos alelos son diferentes, es heterocigota para ese locus.

  6. Individuo 1: homocigota, posee 2 alelos iguales (B); indiv. 2: heterocigota con los alelos B y C; indiv. 3: homocigota, con el alelo A; indiv. 4: homocigota para el alelo C; indiv. 5: heterocigota, con los alelos A y B.

  7. Un individuo diploide posee 2 alelos. Si los dos alelos son del mismo tamaño (se ven como una única banda en el gel) se dice que es homocigota, mientras que si los dos alelos son diferentes, es heterocigota para ese locus. Individuo 1: homocigota, posee 2 alelos iguales (B); Individuo 2: heterocigota con los alelos B y C; Individuo 3: homocigota, con el alelo A; Individuo 4: homocigota para el alelo C; Individuo 5: heterocigota, con los alelos A y B.
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Actividad de aprendizaje de Marcadores Moleculares: Detección de un defecto genético en bovinos mediante pruebas de ADN

Introducción: El conocimiento del genoma bovino y la utilización de marcadores de ADN han permitido conocer el origen de algunas enfermedades hereditarias y desarrollar técnicas de diagnóstico precoz. Mediante el aislamiento de ADN a partir de muestras nucleadas y técnicas de amplificación in vitro y digestión con enzimas de restricción se puede diagnosticar si un animal es portador de un gen letal o mutante para determinadas características. En la actualidad es posible estudiar enfermedades hereditarias del ganado bovino lechero como la deficiencia de adhesión leucocitaria bovina (BLAD).

La deficiencia en la capacidad de unión de leucocitos bovinos a los antígenos, más conocida como BLAD (Bovine Leuckocyte Adhesion Deficiency), es causante de la muerte de animales de la raza Holstein a los pocos meses de nacer (de 2 a 8 meses) debido a una susceptibilidad aumentada a la acción de agentes infecciosos. Su principal característica es ser una enfermedad autosómica recesiva que puede ser transmitida a la descendencia.

Se conoce la secuencia del gen normal que codifica para la subunidad β de las integrinas de la proteína bovina CD18 y se ha identificado el alelo bovino CD18 defectuoso.

La amplificación del ADN mediante reacción en cadena de polimerasa (PCR) específica para dicho locus, y posterior digestión del fragmento amplificado (101 bp) en forma separada con las enzimas de restricción Taq I y Hae III, permite visualizar en gel de agarosa al 4% los fragmentos de restricción.

En base al esquema de la Fig. 1, completar el cuadro 1 con el tamaño de los fragmentos de restricción esperados para muestras obtenidas de animales sanos (TL), portadores (BL) y enfermos (BLAD).

Patron de restricción alelos BLAD.jpg

        Figura 1. ADN amplificado y efecto de la digestión con enzimas de restricción

 

Cuadro 1. Patrón de las bandas de los fragmentos de restricción (pb) posterior a la digestión con enzimas Taq I y Hae III.

Tabla para completar ejercicio 1.jpg

 

ACTIVIDAD RESUELTA

La amplificación por PCR tanto del gen CD18 normal y su alelo defectuoso resulta en un fragmento de 101 pares de bases (pb). Sabemos, además, que hay tres genotipos/fenotipos posibles:

  • TL/TL= homocigota (Normal);
  • TL/BL= Heterocigoto (Normal, portador); 
  • BL/BL= Homocigoto (enfermo)

Fig 1 Resoluc.jpg

esquema de restriccion

Por lo que sí, posterior a la amplificación, el producto de 101 pares de bases se somete a digestión con Hae III, el alelo BL se corta en 3 fragmentos: 46, 19 y 36 pares de bases. En cambio, el alelo normal, TL, solo se corta en 2 fragmentos: 65 y 36 pares de bases.

Imagen1

Por lo que sí, posterior a la amplificación, el producto de 101 pares de bases se somete a digestión con Taq I, el alelo BL se corta en 2 fragmentos: 84 y 17 pares de bases. En cambio, el alelo normal, TL, solo se corta en 3 fragmentos: 52, 32 y 17 pares de bases.

En base al análisis previo de cómo se fragmentan cada uno de los alelos con ambos tipos de enzimas, podemos completar el Cuadro 1.

Cuadro 1. Patrón de las bandas de los fragmentos de restricción (en pares de bases) posterior a la digestión con enzimas Taq I y Hae III.

cuadro 1 resuelto.jpg

Recordar que las bandas migran en el gel de agarosa en función de su peso: Las de mayor pesa se ubican en la parte superior del gel, o lo que es lo mismo, más próximos al pocillo de siembra. Recordar sembrar un marcador de Peso Molecular que permita identificar el tamaño de las bandas.

Como ejemplo, se explica en detalle como completar las columnas 2, 3 y 4, en la que se usa Taq I.

  • Un individuo homocigota normal, es decir, genotipo TL/TL: de cada alelo se amplifica idéntica secuencia, por poseer copias idénticas del gen, por lo que la digestión del ADN dará solamente las bandas de tamaño: 52, 32 y 17 pares de bases.
  • Un heterocigota portador, es decir, genotipo TL/BL: de cada alelo se amplifica distinta secuencia, por lo que la digestión del ADN dará una mezcla de las bandas obtenidas de la digestión del alelo TL (52, 32 y 17 pares de bases) y del alelo BL (84 y 17 pares de bases), es decir, en total se observarán CUATRO BANDAS: 84, 52, 32 Y 17 pares de bases (el fragmento de 17 pares de bases es común a ambos alelos).
  • Un homocigota Enfermo, es decir, genotipo BL/BL: de cada alelo se amplifica idéntica secuencia, ya que es homocigota, por lo que la digestión del ADN dará solamente las bandas de tamaño: 84 y 17 pares de bases.