GENES LIGADOS AL SEXO

Hasta ahora, hemos considerado únicamente loci autosómicos, los cuales, presentan la misma dosis en machos y hembras. Por el contrario, los loci ligados al sexo, muestran dosis diferentes en machos y hembras. La existencia de genes ligados al sexo está vinculada a la existencia de sistemas de determinación cromosómica del sexo (ver tabla 1).

Organismo Hembras Machos Genes ligados al sexo
Mamíferos, muchos insectos

XX homogamético

XY heterogamético

Aquellos localizados en el cromosoma X
Aves, lepidopteros ZW heterogamético ZZ homogamético Aquellos localizados en el cromosoma Z
Ortópteros, heterópteros, odonatos XX homogamético X0 heterogamético Aquellos localizados en el cromosoma X

Tabla 1.- Sistemas de determinación cromosómica del sexo en diferentes organismos

En mamíferos como nosotros, por ejemplo, las hembras son XX y los machos XY. Todos los gametos producidos por una hembra serán portadores del cromosoma X, mientras que la mitad de los gametos producidos por un macho llevarán el cromosoma X y la otra mitad llevarán el cromosoma Y. Cuando hablamos de genes ligados al sexo en mamíferos, nos referimos a aquellos genes localizados en el cromosoma X. Puesto que el número de cromosomas X presentes en machos y hembras es diferente, ambos sexos mostrarán diferentes dosis para cualquier gen situado en el cromosoma X. Así, mientras que las hembras llevarán dos copias del gen, los machos sólo llevarán una. Una importante consecuencia de esta situación es que cualquier alelo recesivo que vaya sobre el cromosoma X en un macho se expresa fenotípicamente, ya que el cromosoma Y carece de otro alelo que pudiera ser capaz de compensar su efecto.

Prosiguiendo con mamíferos, supongamos un gen ligado al sexo con dos alelos (A1 y A2) presentes en la población. Habrá tres genotipos posibles en las hembras (A1A1, A1A2 y A2A2) y dos genotipos en los machos (A1 y A2). Supongamos las siguientes frecuencias genotípicas:

 

Hembras

Machos

Genotipos A1A1 A1A2 A2A2 A1 A2
Frecuencias genotípicas P H Q R S

A partir de estos datos, las frecuencias génicas en machos y hembras se calculan como:

  Hembras Machos
Frecuencia del alelo A1 (p) ph = P + ½ H pm = R
Frecuencia del alelo A2 (q) qh = Q + ½ H qm = S

¿Cómo calculamos las frecuencias génicas en la población? Si tenemos en cuenta que las hembras presentan dos cromosomas X, mientras que los machos sólo tienen uno, es claro que, del total de copias del gen presenten en la población, dos terceras partes proceden de hembras y una tercera parte de machos. Por tanto, las frecuencias génicas de la población serán:

Supongamos ahora, una población grande (N = ), con apareamiento aleatorio, en la que no hay mutación, migración ni selección; es decir, en condiciones de equilibrio Hardy-Weinberg. Consideremos en esta población (se trata de un mamífero), un locus ligado al sexo con dos alelos (A1 y A2) que presentan las mismas frecuencias génicas en los dos sexos; es decir, p = ph = pm y, por tanto, q = qh = qm. En estas condiciones, siendo iguales las frecuencias génicas en los dos sexos, bastaría una generación de apareamiento aleatorio para que las frecuencias genotípicas en las hembras alcanzaran las proporciones de equilibrio Hardy-Weinberg (p2, 2pq y q2); por otra parte, en machos, que llevan un sólo cromosoma X, las frecuencias genotípicas serán iguales a las frecuencias génicas (Tabla 2).

     

Gametos masculinos

     

Gametos portadores del cromosoma X

Gametos portadores del cromosoma Y

     

A1 (p)

A2 (q)

 

Gametos femeninos

Gametos portadores del cromosoma X

A1 (p)

A1A1 (p2)     XX

A1A2 (pq)     XX

A1 (p)     XY

A2 (q)

A1A2 (pq)     XX

A2A2 (q2)     XX

A2 (q)     XY

Tabla 2.- Consecuencias del apareamiento aleatorio con genes ligados al sexo. Las frecuencias genotípicas en hembras (rosa) se ajustan a las frecuencias de equilibrio Hardy-Weinberg, mientras que las frecuencias genotípicas en machos (azul) se corresponden con las frecuencias génicas en los gametos.

Una importante característica del apareamiento aleatorio para genes ligados al sexo, es que los fenotipos resultantes de un alelo recesivo serán más frecuentes en machos que en hembras. Siempre habrá un exceso de machos afectados porque "q" (que sería la proporción de machos con fenotipo recesivo) siempre será mayor que "q2" (que es la proporción de hembras con fenotipo recesivo). De hecho, la diferencia se hace mayor conforme el alelo recesivo se hace más raro (más infrecuente) en la población. Por ejemplo, el daltonismo (ceguera para el color) es una anomalía genética causada por un alelo recesivo localizado en el cromosoma X. En Europa occidental, la frecuencia del gen causante de la ceguera para el verde es q = 0,05. Por tanto, la proporción de machos afectados respecto a hembras afectadas es de q / q2 = 1 / q = 1 / 0,05 = 20; es decir, la anomalía es 20 veces más frecuente en machos que en hembras. Por otro lado, en esta misma población, la frecuencia del gen causante de la ceguera para el rojo es q = 0,01. Por tanto, la proporción de machos afectados respecto a hembras afectadas es de q / q2 = 1 / q = 1 / 0,01 = 100; es decir, la anomalía es 100 veces más frecuente en machos que en hembras. Como vemos, cuanto menor es la frecuencia del alelo recesivo, mayor es la relación machos/hembras afectados.

Los cálculos planteados en la Tabla 2 son válidos solamente cuando las frecuencias génicas son iguales en los dos sexos ¿Qué ocurre cuando las frecuencias génicas en los dos sexos son distintas? Al hablar de un locus autosómico, hemos visto que, cuando las frecuencias génicas difieren en machos y hembras, se necesitan dos generaciones de apareamiento aleatorio para alcanzarse el equilibrio. En una primera generación de apareamiento aleatorio se igualarían las frecuencias génicas en los dos sexos, mientras que en la segunda generación se alcanzarían las frecuencias genotípicas de equilibrio. ¿Ocurriría lo mismo en el caso de un locus ligado al sexo? No. En este caso, las frecuencias génicas en los dos sexos no se igualan tras una única generación de apareamiento aleatorio, sino que se necesitan muchas generaciones hasta alcanzar esta igualdad (o casi igualdad); una vez igualadas las frecuencias génicas en machos y hembras, las frecuencias genotípicas de equilibrio se alcanzarían en la siguiente generación de apareamiento aleatorio. Como vemos, la principal diferencia entre ambos sistemas (autosómico / ligado al sexo) está en el número de generaciones necesarias para igualar las frecuencias génicas en los dos sexos. La razón de esta discrepancia está en la desigual distribución de los genes ligados al sexo en machos y hembras.

Supongamos, por ejemplo, una población con un determinismo cromosómico del sexo del tipo ♀ XX, ♂ XY. Consideremos en esta población, un locus ligado al sexo con dos alelos (A1 y A2) que presentan distintas frecuencias génicas en los dos sexos. Sea la frecuencia (p) del alelo A1 en hembras - ph = 1 - y, en machos - pm = 0. [Por tanto, la frecuencia (q) del alelo A2 en hembras es qh = 0 y en machos qm = 1]. En la figura 1 se muestra como, con el paso de las generaciones, la diferencia en frecuencias génicas entre sexos disminuye. Para entender la figura, es necesario tener en cuenta que los machos reciben de sus madres su único cromosoma X y, por tanto, la frecuencia génica en machos en cualquier generación es igual a la de hembras en la generación previa. Por su parte, la descendencia femenina recibe un cromosoma X de cada parental y, por tanto, la frecuencia génica en hembras en cualquier generación es igual a la media de los dos sexos en la generación previa. Es importante darse cuenta que, en todo el proceso, las frecuencias génicas en la población total no cambian (ver Fig. 1), lo que ocurre es una redistribución de los alelos del locus considerado en los dos sexos.

En conjunto, estas consideraciones implican que el valor absoluto de la diferencia en frecuencias génicas entre sexos se reduce a la mitad en cada generación sucesiva. Bien entendido, que nos referimos al valor absoluto porque la diferencia en frecuencias génicas cambia de signo generación tras generación debido al retraso en una generación entre frecuencias génicas en hembras y frecuencias génicas en machos. Si en una generación, la frecuencia de un alelo en hembras es mayor que en machos, en la generación siguiente, la frecuencia del alelo en hembras será menor que en machos.

Figura 1.- Aproximación al equilibrio con apareamiento aleatorio para un gen ligado al sexo, mostrando la frecuencia génica en hembras, en machos, y en el conjunto de la población. La población comienza con una frecuencia del alelo A1 en hembras de ph=1, y en machos de pm=0. Véase que las frecuencias génicas en el conjunto de la población no cambian y que la diferencia en frecuencias génicas entre sexos cambia de signo generación tras generación (recuadro rojo).

Cuestiones para resolver