Genética de Poblaciones I: La revolución Darwiniana Tema 17: Genética Poblaciones I

Puntos principales a tratar: Tema 17: Genética de Poblaciones I: La revolución darwiniana, el equilibrio de Hardy-Weinberg y sistemas de apareamiento Puntos principales a tratar: La revolución darwiniana: el pensamiento poblacional La selección natural Principios de la selección natural La variación genética y sus estimación Población mendeliana Apareamiento aleatorio y ley de Hardy-Weinberg Apareamiento no aleatorio Apareamiento clasificado Endogamia Tema 17: Genética Poblaciones I

Tema 17: Genética Poblaciones I Nada tiene sentido en biología si no es a la luz de la evolución Theodosius Dobzhansky Nothing in Biology makes sense except in the light of evolution Theodosius Dobzhansky Tema 17: Genética Poblaciones I

Tema 17: Genética Poblaciones I EL PARADIGMA POBLACIONAL: la variación en el seno de las poblaciones es la materia prima de la evolución Tema 17: Genética Poblaciones I

Lo único que se trasmite a la descendencia son genes Genotipo Fenotipo Expresión génica, desarrollo Siguiente generación Transmisión Tema 17: Genética Poblaciones I

Evolución desde la perspectiva poblacional: Es el cambio acumulativo en la composición genética de las poblaciones Tema 17: Genética Poblaciones I

Población mendeliana: Conjunto de individuos intercruzables que comparten un acervo genético común Tema 17: Genética Poblaciones I

Tema 17: Genética Poblaciones I La problemática de la genética de poblaciones es la descripción y explicación de la variación genética dentro y entre poblaciones Theodosious Dobzhansky Tema 17: Genética Poblaciones I

Tema 17: Genética Poblaciones I Variación genética o polimorfismo genético: existencia en una población de dos o más formas alélicas en frecuencias apreciables Frecuencia génica o alélica (unidad básica de evolución): f(A) proporción de un alelo dado en la población Gen X, alelos A y a q = f(a) a p = f(A) A Tema 17: Genética Poblaciones I

La Genética de Poblaciones es una Teoría de Fuerzas Factores que cambian las frecuencias génicas en las poblaciones Migración Deriva genética p = f(A) Mutación Selección natural Tema 17: Genética Poblaciones I

El problema empírico: la lucha por la medida de la variación genética Variación fenotípica cuantitativa: morfológica, fisiológica, conductual Genética Cuantitativa Continua y discreta -> Experimentos de selección, endogamia Conclusión: Existe variación genética para casi cualquier carácter X Tema 17: Genética Poblaciones I

Tema 17: Genética Poblaciones I El problema empírico: la lucha por la medida de la variación genética (2) Variación cualitativa: polimorfismos genéticos y variantes raras Polimorfismo morfológico (color, tamaño, forma) Polimorfismo inmunológico (grupos sanguíneos: AB0, Rh, NM,... 40 en humanos) Polimorfismo cromosómico (inversiones paracéntricas en Drosophila, reordenaciones) Tema 17: Genética Poblaciones I

Caracol de huerta europeo Cepaea nemoralis Tema 17: Genética Poblaciones I

Geómetra del abedul Biston betularia Tema 17: Genética Poblaciones I

Cromosomas politénicos de Drosophila Tema 17: Genética Poblaciones I

Teorías de la variación en los 60 Teoría clásica Teoría equilibradora Ausencia de variación Selección purificadora Genotipo salvaje es óptimo Muller (laboratorio) Eugenesia Variación ubicua Selección equilibradora No existe un genotipo salvaje Dobzhansky (naturalista) ¡Viva la diversidad!, no interferencia Tema 17: Genética Poblaciones I

Tema 17: Genética Poblaciones I El problema empírico: la lucha por la medida de la variación genética (y 3) Polimorfismo proteico (alozímico) Electroforesis de proteínas en gel (Lewontin & Hubby 1966; Harris 1966) -> era alozímica: la variación es ubicua. Consecuencia teórica: teoría neutralista. Nace la evolución molecular. Polimorfismos en el nivel del DNA RFLPs Microsatélites Secuencias de DNA Tema 17: Genética Poblaciones I

Tema 17: Genética Poblaciones I Polimorfismos de DNA Tema 17: Genética Poblaciones I

Polimorfismos de DNA SNPs Single Nucleotide Polymorphism A G A G T T C T G C T C G A G G G T T A T G C G C G Secuencia 11 acgtagcatcgtatgcgttagacgggggggtagcaccagtacag Secuencia 22 acgtagcatcgtatgcgttagacggggtggtagcaccagtacag Secuencia 33 acgtagcatcgtatgcgttagacggcggggtagcaccagtacag Secuencia 4 acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacag Secuencia 5 acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacag Secuencia 6 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag Secuencia 7 7 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag Secuencia 88 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag Secuencia 9 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag Tema 17: Genética Poblaciones I

Medidas de la diversidad genética Ejemplo: Estudio electroforético de la enzima glucosa fosfato isomerasa en una población de ratones Frecuencia genotípica Frecuencia alélica o génica Heterocigosidad f(FF) = 4 / 16 f(FS) = 7 /16 f(SS) = 5/16 p ^ = f(F) = 4 + (1/2) 7 16 = 0,469 q = 1 - = 0,531 H ^ = 7/16 = 0,4375 Tema 17: Genética Poblaciones I

Tema 17: Genética Poblaciones I Frecuencias genotípicas y alélicas para el locus del grupo sanguíneo MN en varias poblaciones humanas Tema 17: Genética Poblaciones I

Tema 17: Genética Poblaciones I Frecuencia de los alelos IA, IB, e i en el locus del grupo sanguíneo ABO en varias poblaciones humanas Tema 17: Genética Poblaciones I

Patrones de variación electroforética Tema 17: Genética Poblaciones I

Ley del equilibrio de Hardy-Weinberg Considera como se relacionan las frecuencias alélicas y genotípicas en una población mendeliana bajo una serie de supuestos ideales Generaciones discretas y no solapantes Apareamiento aleatorio Tamaño de población infinito No mutación, no migración entre poblaciones No diferencias en eficacia biológica (selectivas) entre los distintos genotipos Tema 17: Genética Poblaciones I

Tema 17: Genética Poblaciones I Los supuestos implican una unión aleatoria de los alelos para formar genotipos Esperma Huevos AA p2 Aa pq aa q2 A p a q Frecuencias alélicas Tema 17: Genética Poblaciones I

Ley del equilibrio de Hardy-Weinberg Consecuencias de los supuestos: Reducción de la dimensionalidad de una población. Conociendo las frecuencias alélicas podemos predecir las genotípicas Equilibrio alélico y genotípico. Las frecuencias alélicas no cambian de generación en generación (equilibrio alélico) Las frecuencias genotípicas no cambian de generación en generación (equilibrio genotípico). Después de una generación de apareamiento aleatorio, se alcanzan las frecuencias genotípicas de equilibrio Sistema conservativo, análogo al principio de inercia. Solución al problema de cómo se conserva la variación genética Modelo nulo por excelencia: Aunque las desviaciones son difíciles de detectar, cualquier desviación es una indicación de que algo pasa en la población Tema 17: Genética Poblaciones I

Totales próxima generación P’ Q’ R’ P = f(AA) Q = f(Aa) R = f(aa) Demostración de la ley de Hardy-Weinberg Totales próxima generación P’ Q’ R’ P = f(AA) Q = f(Aa) R = f(aa) P’ = P2 + 2PQ/2 + Q2/4 = (P + Q/2)2 = p2 igualmente se demuestra que Q’ = 2pq y R’ = q2 Tema 17: Genética Poblaciones I

Tema 17: Genética Poblaciones I Gráfico de p2, 2pq y q2. 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 p = f(A) Frecuencia 2pq (Aa) p2 (AA) q2 (aa) Tema 17: Genética Poblaciones I

Prueba de ajuste a Hardy-Weinberg Frecuencia alélica M = 6611/12258 = 0,53932 = p Frecuencia alélica N = 5647/12258 = 0,46068 = q Frecuencia esperada p2 = 0,2908 2pq = 0,4969 q2 = 0,2122 1,000 Número esperada 1782,7 3045,6 1300,7 6129 (Frecuencia X 6129) Tema 17: Genética Poblaciones I

Generalización del Equilibrio de Hardy-Weinberg Dominancia Se puede estimar las frecuencias alélicas si suponemos que la población está en equilibrio Hardy-Weinberg. Ej. Individuos con fenotipo Rh+ 85%. Si suponemos H-W la frecuencia del alelo Rh+ es del 85.8% Múltiples alelos Ejemplo, 3 alelos con frecuencias p,q y r. Las frecuencias genotípicas son las que resultan de las expansión (p+q+r)2 = p2 + 2pq + 2pr + q2 + 2qr + r2 Un gen ligado al X A1 A2 A1 A1 A1 A2 A2A2 P2 2pq q2 p q Tema 17: Genética Poblaciones I

Desviaciones del apareamiento aleatorio Apareamiento clasificado: los distintos fenotipos no se aparean al azar positivo: tendencia a aparearse con fenotipos semejantes (altura, color de piel,...) negativo: tendencia a aparearse con fenotipos opuestos Endogamia: cuando el cruce entre parientes es más común de lo que se espera por azar (exogamia es el concepto opuesto) Diferencias entre ambos conceptos: el apareamiento clasificado afecta a los fenotipos preferidos, mientras que la endogamia afecta a todo el genoma Tema 17: Genética Poblaciones I

Consecuencias de las desviaciones del apareamiento aleatorio Desviación de las frecuencias genotípicas de las esperadas por Hardy-Weinberg Mayor homozigosidad: apareamiento clasificado positivo y endogamia Mayor heterozigosidad: apareamiento clasificado negativo No cambio en las frecuencias alélicas Tema 17: Genética Poblaciones I

Problemas de exámenes pasados En una població que està en equilibri de Hardy-Weinberg, la freqüència de l’al.lel A és de 0,7 i la de l’al.lel a és de 0,3. a) Quin percentatge de la població serà homozigòtica? b) Quines seran les freqüències gèniques i genotípiques després d’una generació, si solament s’encreuen els heterozigots? Si el 4% dels individus d’una població que es troba en equilibri Hardy-Weinberg manifesta un fenotip recessiu, quina és la probabilitat de que un descendent de dos individus que no expressin aquest caràcter recessiu, si que l’expressi? En una població animal, el 20% dels individus són AA, el 60% són Aa i el 20% són aa. Quines són les freqüències al.lèliques? En aquesta població els encreuaments sempre són entre fenotips semblants, però dins de cada grup fenotípic és a l’atzar. Quines freqüències genotípiques i al.leliques hi haurà a la següent generació? En una població humana constituida per 100.000 individus, el 40% són del grup sanguini A, el 28% del B, el 25% de l'AB i la resta del 0. a) Calculeu les freqüències gèniques i genotípiques. b) En quin supòsits us heu basat per respondre l'apartat anterior? Comenteu l’efecte que té la deriva genètica en les poblacions naturals. De què depèn la força de la deriva genètica? Expliqueu dos casos típics de deriva genètica, il•lustrant-los amb exemples reals. El daltonisme és causat per un al.lel recessiu lligat al sexe. Un de cada deu homes és daltònic. Si suposem que la població està en equilibri de Hardy-Weinberg, a) Quina és la proporció de dones daltòniques? b) Quants homes daltònics hi ha per cada dona daltònica? c) En quina proporció de les parelles afectarà el daltonisme a la meitat dels fills de cada sexe? d) Quina és la proporció de parelles en les que tots els fills són normals? Tema 17: Genética Poblaciones I

Tema 17: Genética Poblaciones I Links de interés Web de genética de poblaciones (A. Barbadilla) Ensayos de evolución (A. Barbadilla) EvoTutor: Learning through interactive simulation (on line y off line) Sitio excelente para aprender los procesos genético poblacionales mediante simulación Calculadora de Hardy-Weinberg Tema 17: Genética Poblaciones I