Ficha número 3

Thomas Hunt Morgan

Thomas Hunt Morgan nació el 25 de septiembre de 1866. Fue un genetista estadounidense, estudió la historia natural, zoología, y macromutación en la mosca de la fruta Drosophila Melanogaster.

Sus contribuciones científicas más importantes fueron en el campo de la genética. Fue galardonado con el premio nobel de la fisiología y medicina en 1933 por la demostración de que los cromosomas son transportadores de los genes, lo que se conoce como la teoría cromosómica de Sutton y Boveri.

Gracias a su trabajo, Drosophila melanogaster se convirtió en unos de los principales organismos modelo en genética.

Falleció el 4 de diciembre de 1945 por un infarto agudo de miocardio.

Drosophila melanogaster

Drosophila melanogaster, también llamada mosca de fruta o mosca de vinagre es una especie de díptero braquícero de la familia Drosophilidae. Recibe su nombre debido a que se alimenta de frutas en proceso de fermentación tales como manzanas, bananas, uvas, etc. Es una especie utilizada frecuentemente en experimentación genética, dado que posee un reducido número de cromosomas (cuatro pares), breve ciclo de vida (15-21 días) y aproximadamente el 61% de los genes de enfermedades humanas que se conocen tienen una contrapartida identificable en el genoma de las moscas de las frutas, y el 50% de las secuencias proteínicas de la mosca tiene análogos en las mamíferos.

Para propósitos de investigación, fácilmente pueden reemplazar a los humanos. Se reproducen rápidamente, de modo que se pueden estudiar muchas generaciones en un corto espacio de tiempo, y ya se conoce el mapa completo de su genoma. Fue adoptada como animal de experimentación genética por Thomas Morgan a principios del siglo XX. Sus 165Mb de genoma (1 Mb= 1 millón de pares de bases) fueron publicados en marzo de 2000 gracias al consorcio público y la compañía Celera Genomics. Alberga alrededor de 13.600 genes.

Thomas Morgan obtuvo de su trabajo de Drosophila,que se reconoció la presencia de los cromosomas sexuales y de lo que se conoció en genética como “herencia ligada del sexo”. Demostró que los factores mendelianos, (los genes) se disponían de forma lineal sobre los cromosomas. Los experimentos realizados por Morgan y colaboradores, revelaron también las bases genéticas de la determinación del sexo. Morgan continuó sus experimentos y se demostró en su “teoría de los genes” que los genes se encuentran juntos en diferentes grupos de emparejamiento, y que los alelos (pares de genes que afectan al mismo carácter) se intercambian o entrecruzan dentro de el mismo grupo.

           Ligamiento

En genética se denomina ligamiento a la asociación física entre dos loci (esto es su cercanía en una misma hebra de ADN, lo que repercute en una baja frecuencia de recombinación entre ellas durante la meiosis, y, por tanto, a una mayor probabilidad de herencia conjunta). Se puede definir como la tendencia de los alelos de loci que están cercanos entre si a heredarse juntos como un bloque (haplotipo). Esto se debe a que los quiasmas, estructuras de entrecruzamiento generadas durante la recombinación, se producen al azar a lo largo de un cromosoma; de este modo a menor distancia entre dos loci, menos probabilidad de que se dé un quiasma y, por tanto, se generen variantes recombinantes.

La disposición de dos loci con máxima frecuencia de recombinación ( esto es 0,5 o lo que es lo mismo del 50%) es sobre cromosomas separados, puesto que, así, si sólo se transmite las células germinales una copia del genoma y existen dos cromosomas homólogas (el paterno y materno) en la célula diploide de la línea germinal, su segregación al azar dará lugar a la transmisión de uno de los dos, y 1/2 corresponde a la mencionada frecuencia de recombinación de 0,5. Cuando los dos loci se encuentran en cromosomas distintos se dice que no están ligados: es una situación de no ligamiento.

Entrecruzamiento

El entrecruzamiento cromosómico es el proceso por el cual las cromátidas de cromosomas homólogos se aparean e intercambian secciones de su ADN durante la reproducción sexual. La sinapsis comienza antes de que se desarrolle el complejo sinaptonémico y no está completo hasta cerca del final de la profase 1. El entrecruzamiento usualmente se produce cuando se aparean las regiones en las rupturas del cromosoma y luego se reconectan al otro cromosoma. El resultado de este proceso es un intercambio de genes, llamado recombinación genética. Los entrecruzamientos cromosómicos también suceden en organismos asexuales y en células somáticas, ya que son importantes formas de reparación del ADN.

El entrecruzamiento fue descrito, en teoría, por Thomas Hunt Morgan. Se apoyó en el descubrimiento del profesor Frans Alfons Janssens de la Universidad de Lovaina que describió el fenómeno de 1909. El término quiasma está relacionado, si no es idéntico, al entrecruzamiento cromosómico. Morgan inmediatamente vio la gran importancia de la interpretación citológica de Janssens de la quiasma en los resultados experimentales en su investigación de la herencia en Drosophila. Las bases físicas el entrecruzamiento fueron demostradas primero por Harriet Creighton y Barbara McClintock en 1931.

Teoría cromosómica

La teoría cromosómica de Sutton y Boveri enuncia que los alelos mendelianos están localizados en los cromosomas.

Esta teoría fue desarrollada independientemente en 1902 por Theodor Boveri y Walter Sutton. También se denomina a veces teoría cromosómica de la herencia.

La teoría permaneció controvertida hasta 1915, cuando Thomas Hunt Morgan consiguió que fuera universalmente aceptada después de sus estudios realizados en Drosophila melanogaster.

Thomas Hunt Morgan tenía una formación de biólogo del desarrollo, habiendo recibido un Ph.D. en 1890 en la Universidad Johns Hopkins por sus estudios en el desarrollo de las arañas marinas, un grupo especializado de invertebrados, y en 1891 aceptó un puesto de enseñanza en el Bryn Mawr College. En 1904 la Universidad de Columbia anunció la creación de un nuevo puesto en zoología experimental, y se lo ofreció a Morgan, quien era amigo de largo tiempo del director del departamento de zoología, E.B. Wilson. Wilson convenció a Morgan de que la clave para entender elpxx desarrollo (esto es, como una célula, el huevo, genera un individuo completo) era entender la herencia, ya que éste es el medio a través del cual el óvulo y el espermatozoide transmiten las características de los individuos de generación en generación.

Morgan inició sus estudios en ratas y ratones, pero éstos se reproducen tan despacio que no resultaban convenientes para hacer estudios sobre herencia. Buscando un organismo más apropiado, se decidió por Drosophila melanogaster, la mosca de la fruta, debido a sus características: es un organismo pequeño (3 mm), fácil de mantener en el laboratorio (se pueden recoger un millar en una botella de cuarto de litro), es fértil todo el año y muy prolífica (produce una generación cada 12 días, o 30 generaciones al año). Además los machos y las hembras se distinguen con facilidad, y el desarrollo embrionario ocurre en el exterior, lo que facilita el estudio de las mutaciones en el desarrollo. Por último, Drosophila tiene sólo 4 pares de cromosomas, todo lo cual le convierte en un organismo muy apropiado para los estudios sobre herencia. Los estudios de Morgan conDrosophila comenzaron en 1907. Inicialmente, su intención era mantener varias generaciones, esperando que apareciera un mutante ocasional, algo que Hugo de Vries acababa de observar en plantas. Sin embargo, después de dos años manteniendo las moscas, sus esfuerzos permanecían vanos.

A pesar de todo, Morgan persistió, y en abril de 1910, en una de sus botellas apareció un macho con los ojos blancos, en lugar del color normal (rojo). Esto le permitía comenzar a analizar algunas cuestiones clave: ¿cómo se había generado ese macho? ¿qué determina el color de los ojos? Para empezar, Morgan cruzó el macho mutante de ojos blancos (que denominó white, iniciando la tradición de nombrar la mutación con el fenotipo que genera) con una hembra virgen normal, con ojos rojos. En la primera generación (F1), obtuvo una descendencia (machos y hembras) con ojos rojos, lo que sugería que los ojos rojos eran dominantes, y los blancos recesivos. Para probarlo, cruzó los machos y hembras de la F1, y obtuvo una segunda generación (F2) con las proporciones esperadas según las leyes de Mendel para un carácter recesivo: tres moscas de ojos rojos por cada una de ojos blancos. Sin embargo, aunque Morgan esperaba la misma proporción de machos y hembras con los ojos blancos, observó que todas las hembras los tenían rojos, y entre los machos, los había con ojos rojos y con ojos blancos. Lo cual implicaba que el color de los ojos estaba de alguna forma ligado al sexo. Posteriormente aparecieron otras dos mutaciones espontáneas (alas rudimentarias y color del cuerpo amarillo), que también estaban ligadas al sexo. Todo ello sugería que esos tres genes podrían estar en el mismo cromosoma, el cromosoma sexual.

Estudiando los cromosomas de Drosophila al microscopio, Morgan observó que los 4 pares no eran idénticos, y que las hembras tenían dos cromosomas X idénticos, mientras que en los machos el X estaba apareado con un cromosoma Y, con un aspecto diferente y que nunca aparece en las hembras. Por ello, un macho debe recibir su cromosoma X de su madre y el Y de su padre, lo cual explicaba la segregación observada en el color de ojos: si la madre es homozigota (tiene los dos alelos para ese gen iguales) con los ojos rojos, sus hijos machos sólo pueden tener los ojos rojos, aunque su padre tuviera los ojos blancos. Para que aparezcan machos con los ojos blancos, la madre tiene que portar al menos una copia del gen de ojos blancos en uno de sus cromosomas X, y sólo tendrán los ojos blancos los hijos que reciban el X con el gen mutado. Por su parte, para que aparezcan hembras con ojos blancos, ambos progenitores tienen que aportar un cromosoma X con el gen de los ojos blancos, lo que es por tanto un evento menos frecuente. Es decir, a partir de estas observaciones, Morgan dedujo que el gen que codifica para el color de los ojos debe residir en el cromosoma X, lo que proporcionaba la primera correlación entre un carácer específico y un cromosoma concreto.

Estos estudios se publicaron en Science en julio de 1910, con el título "Sex Limited Inheritance in Drosophila" (La herencia limitada al sexo en Drosophila)14 y en abril de 1911, con el título "Mutations in eye color in Drosophila and their modes of inheritance" (Mutaciones en el color de ojos en Drosophila: modos de herencia).,15 en los que resumía sus tres conclusiones fundamentales:

• que los genes deben residir en los cromosomas
• que cada gen debe residir en un cromosoma concreto
• y que el carácter "color de ojos" debe residir en el cromosoma X y estar ausente en el cromosoma Y, siendo el rojo el color dominante.

Posteriormente, Morgan razonó que los cromosomas son ensamblajes de genes, puesto que caracteres que se encuentran en un cromosoma determinado tienden a segregar juntos. Sin embargo, Morgan observó que esos caracteres "ligados" en ocasiones se separan. A partir de aquí, Morgan dedujo el concepto de recombinación de cromosomas: postuló que dos cromosomas apareados pueden intercambiar información, e incluso propuso que la frecuencia de recombinación depende de la distancia entre ambos. Cuanto más cerca estén dos genes en un cromosoma, mayor será la probabilidad de que se hereden juntos, y cuanto mayor sea la distancia entre ellos, mayor será la probabilidad de que se separen debido al proceso de entrecruzamiento (crossing-over). En resumen, Morgan sugirió que la intensidad del ligamiento entre dos genes depende de la distancia entre ellos en un cromosoma. Basándose en esas observaciones, un estudiante del grupo de Morgan, Alfred Henry Sturtevant, llegó a la conclusión de que las variaciones en la intensidad de ligamiento podían utilizarse para mapear los genes en los cromosomas, definiendo la distancia relativa unos de otros: un año después de que Morgan hubiera identificado la mosca de ojos blancos, Sturtevant estableció el mapa genético para los genes ligados al sexo. Hoy en día, el Morgan es la unidad de medida de las distancias a lo largo de los cromosomas en la mosca, el ratón y en humanos.

Morgan fue galardonado con el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1933 por la demostración de que los cromosomas son portadores de los genes.