Complementación (xenética)

En xenética, a complementación ocorre cando dúas cepas dun organismo con diferentes mutacións homocigotas recesivas que producen o mesmo fenotipo mutante (por exemplo, un cambio na estrutura das ás das moscas) ten unha descendencia que expresa o fenotipo de tipo silvestre cando se aparean ou cruzan. A complementación ocorre normalmente se as mutacións están en distintos xenes (complementación interxénica), pero pode tamén ocorrer se están en diferentes sitios do mesmo xene (complementación intraxénica), aínda que este efecto adoita ser máis débil que o da complementación interxénica. En caso de que as mutacións estean en distintos xenes, o xenoma de cada cepa subministra o alelo de tipo silvestre para "complementar" o alelo mutado que ten o xenoma da outra cepa. Como as mutacións son recesivas, a descendencia mostrará o fenotipo do tipo silvestre. Unha proba ou test de complementación (ás veces chamado test "cis-trans") pode utilizarse para comprobar se as mutacións nas dúas cepas están en diferentes xenes. A complementación xeralmente ocorre máis debilmente ou non ocorre en absoluto se as mutacións están no mesmo xene. A conveniencia e esencia deste test é que as mutacións que producen un fenotipo poden asignarse a diferentes xenes sen coñecer exactamente que produto xénico está actuando a nivel molecular. O test de complementación foi desenvolvido polo xenetista estadounidense Edward B. Lewis.
Se a combinación de dous xenomas que conteñen mutacións recesivas diferentes orixina un fenotipo mutante, entón hai tres posibilidades: As mutacións ocorren no mesmo xene.
Unha mutación nun afecta a expresión do outro.
Unha mutacións pode orixinar un produto inhibitorio. Exemplo dun test de complementación simple
Un exemplo simple de proba ou test de complementación é o seguinte no que se queren estudar dúas cepas de moscas de ollos brancos da especie Drosophila melanogaster (mosca do vinagre). Nesta especie as moscas de tipo silvestre teñen ollos vermellos e sábese que a cor de ollos está relacionada con dous xenes, chamados A e B. Cada un destes xenes ten dous alelos, un dominante que codifica unha proteína funcional (alelos A e B respectivamente) e un recesivo que codifica unha proteína non funcional (alelos a e b respectivamente). Como ambas as proteínas son necesarias para a síntese da pigmentación vermella do ollo, se unha determinada mosca é homocigota para a ou para b (aa ou bb), terá os ollos brancos.
O test pode realizarse con dúas cepas puras (homocigotas) obtidas separadamente de moscas de ollos brancos. O test realízase cruzando estas moscas, unha de cada cepa. Se a proxenie resultante ten os ollos vermellos, dise que as dúas cepas se complementan; se a proxenie ten ollos brancos, non se complementan. Cando hai complementación o alelo de cada unha das cepas proporciona a proteína funcional que lle falta á outra cepa.
Se as cepas se complementan, pódese deducir que unha das cepas tiña o xenotipo aaBB e a outra o AAbb, e cando se cruzan a proxenie ten o xenotipo AaBb. Por tanto, cada cepa é homocigota para unha deficiencia diferente que produce o mesmo fenotipo (ollos brancos). Se as cepas non se complementan, ambas deben ter xenotipos aaBB, AAbb ou aabb (por exemplo, cruzamentos aaBB × aaBB, AAbb × AAbb, aabb × aabb), polo que a proxenie ten o mesmo fenotipo que os pais (ollos brancos). Tests de complementación en fungos e bacteriófagos
Os tests de complementación poden tamén realizarse con eucariotas haploides como moitos fungos, e bacterias e con virus como os bacteriófagos. As investigacións feitas co fungo Neurospora crassa levaron ao desenvolvemento do concepto "un xene, un encima" que supuxo os alicerces para o posterior desenvolvemento da xenética molecular. O test de complementación foi unha das principais ferramentas usadas nos primeiros traballos con Neurospora crassa, porque eran doados de facer e permitían determinar se algúns dos dous mutantes nutricionais eran defectivos no mesmo ou en diferente xenes.
Os test de complementación tamén se usaron nos primeiros desenvolvementos da xenética molecular cando o bacteriófago T4 era un dos principais obxectos de estudo. Neste caso os tests dependen de infeccións mixtas de células bacterianas hóspede con dous tipos de bacteriófagos mutantes. O seu uso foi clave para definir a maioría dos xenes dos virus e proporcionou os fundamentos para o estudo de procesos fundamentais como a replicación e reparación do ADN e de como están construídas as máquinas moleculares. Complementación xenética, heterose e evolución da reprodución sexual
A heterose é a tendencia que teñen os individuos híbridos de exceder aos seus parentes que eran razas puras en tamaño e vigor. O fenómeno coñécese desde hai moito tempo en animais e plantas. A heterose parece ser en gran medida debida á complementación xenética, que é o enmascaramento dos alelos recesivos deletéreos nos individuos híbridos.
En xeral, os dous aspectos fundamentais da reprodución sexual en eucariotas son a meiose e o cruzamento. Propúxose que estes dous aspectos teñen dúas vantaxes selectivas naturais. A meiose pode ser adaptativa porque facilita a reparación recombinacional dos danos no ADN, que doutro modo serían difíciles de reparar. O cruzamento pode ser adaptativo porque facilita a complementación, que é o enmascaramento de alelos recesivos deletéreos (ver tamén heterose). O beneficio de enmascarar os alelos deletéreos pode ser un importante factor no mantemento da reprodución sexual entre os eucariotas. Ademais, a vantaxe selectiva da complementación que procede dos cruzamentos entre distintas razas, variedades ou cepas pode explicar en boa parte porque na natureza hai unha tendencia a evitar a endogamia (véxase, por exemplo, recoñecemento do parentesco, depresión por endogamia e tabú do incesto). Test de complementación cuantitativa
Usado por Quantitative Genetics para desenmascarar mutantes recesivos. Tómanse as deficiencias e crúzanse cun haplotipo que se cre contén o mutante recesivo. Excepcións
Hai excepcións a estas regras. Dous mutantes non alélicos poden de cando en vez non complementarse (o que se chama "non complementación non alélica" ou "non complementación non ligada"). Esta situación é rara e depende da natureza particular dos mutantes que van ser testados. Por exemplo, dúas mutacións poden ser dominantes negativas sinteticamente. Outra excepción é a transvección, na cal a combinación heterocigota de dous alelos con mutacións en diferentes partes dun xene compleméntase para restaurar o fenotipo de tipo silvestre. Complementación intraxénica
Cando se mide a complementación entre dous mutantes defectivos no mesmo xene, atópase xeralmente que ou non hai complementación ou o fenotipo de complementación é intermedio entre o do mutante e os fenotipos de tipo silvestre. A complementación intraxénica (tamén chamada complementación interalélica) demostrouse en moitos xenes dunha gran variedade de organismos, como nos fungos Neurospora crassa, Saccharomyces cerevisiae e Schizosaccharomyces pombe; na bacteria Salmonella typhimurium; e no virus bacteriófago T4. En varios deses estudos, illáronse numerosas mutacións defectivas no mesmo xene e mapáronse en orde lineal baseándose nas frecuencias de recombinación para formar un mapa xenético do xene. Separadamente, os mutantes foron testados en combinacións por pares para medir a complementación. Unha análise dos resultados dos estudos fixo chegar á conclusión de que a complementación intraxénica orixínase, en xeral, da interacción de monómeros de polipéptidos diferentemente defectivos para formar un agregado chamado “multímero”. Os xenes que codifican polipéptidos formadores de multímeros parecen ser comúns. Unha interpretación dos datos é que os monómeros do polipéptido están a miúdo aliñados no multímero de tal maneira que os polipéptidos mutantes defectivos en sitios próximos no mapa xenético tenden a formar un multímero mixto que funciona bastante mal, mentres que os polipéptidos mutantes defectivos en sitios afastados tenden a formar multímeros mixtos que funcionan con maior efectividade. As forzas intermoleculares que probablemente son responsables do autorrecoñecemento e formación de multímeros foron tratadas por Jehle.