Genética Poblacional Genética Cuantitativa Bert Rivera Marchand, PhD Universidad Interamericana de Puerto Rico Recinto de Bayamón Departamento de Ciencias Naturales y Matemática

Métodos de Estudio de Genética Poblacional “DNA fingerprinting” “Random Fragment Length Polymorphism (RFLP)” “Amplified Fragment Length Polymorphism (AFLP)” DNA genómico (secuenciación) “Random Amplified Polymorfic DNA (RAPD)” DNA mitocondrial/ cloroplasto Microsatélites Expresión genética (cDNA, RNA) Genomas Polimorfismos de un nucleótido (SNPs)

DNA Fingerprinting: Especies crípticas de una avispa parasitoide De León et al. 2004

RFLP:

AFLP: Movimiento de aves migratorias en América Ruegg & Smith 2002

Secuenciación: Población Humana

RAPD: Lactobacillus en quesos Cheddar Cogan et al. 1998

Expresión genética (cDNA, RNA): Expresión Genética en Manduca sexta Wang et al. 2003

Microsatélites

Genomas; Cloroplasto de Arroz Garland 2002

SNPs Gene Conservation Laboratory 2008

Principio de Equilibrio Hardy-Weinberg H-W es un modelo matemático que representa una hipótesis nula de evolución. Si no se violan las suposiciones del modelo no está ocurriendo evolución en el alelo estudiado Suposiciones: No hay selección natural Apareamiento al azar Población grande No hay mutación No hay migración

Principio de Equilibrio Hardy-Weinberg p es la frecuencia de un alelo (ej. A) q es la frecuencia del otro alelo (ej. a)

Principio de Equilibrio Hardy-Weinberg

H-W con Selección

H-W con Selección Dependiente de Frecuencia de Ridley 1996

H-W con Mutación Elena et al. 1996

H-W con migración

H-W con Deriva Falta de selección Error de muestra Pérdida de heterozigocidad (se fija un alelo)

O'Brien et al 1987  

H-W con Selección Sexual

H-W con Selección Sexual: Endogamia

Análisis Cuantitativo Aplicaciones Derivadas de H-W Estadística F: Indice de fijación Aumento de homozigocidad debido a endogamia Ocurre en poblaciones subdivididas Incluye: FIS (interindividual) FST (subpoblaciones) FIT (población total ); No se utiliza mucho

FIS FIS: medida de la desviación de frecuencias genotípicas de frecuencias panmíticas en términos de deficiencia o exceso de heterozigocidad También conocido como el Coeficiente de Endogamia (f) La probabilidad que dos alelos de un individuo sean idénticos por descendencia (autocigóticos) FIS =  1 - (HOBS / HEXP) HOBS es la heterozigocidad observada y HEXP es la heterozigocidad calculada basado en la suposición de apareamiento al azar. Demuestra el grado al cual heterozigocidad se reduce por debajo de lo esperado. El valor está entre -1 y +1. FIS negativo indica exceso de heterocigocidad (exogamia) y valores postivos indican deficiencia de heterocigocidad (endogamia) comparado con H-W

FST FST mide el efecto de la subdivisión poblacional, que es la reducción de heterozigocidad por deriva genética. También se conoce como el coeficiente coancestro (q) o Indice de Fijación Se calcula con la heterozigocidad promedio de la subpoblación y la heterozigocidad esperada del total de la población. Su valor es entre 0 (=panmixia; no hay subdivisión, apareamiento al azar, y no hay divergencia genética) y 1 (=aislamiento completo) FST = hasta 0.05 diferenciación negable FST >0.25 gran diferenciación dentro de la población Típicamente se calcula para diferentes genes, se promedia a través de todos los locus y poblaciones. Ej. Humanos FST =0.139 (mayor entre poblaciones que entre continentes (Cavalli-Sforza 1994) FST también se puede usar para flujo genético

FST y flujo genético Nm= número de migrantes Nm > 4 flujo genético Nm < 1 deriva genética; divergencia poblacional Nm entre 1 y 4 (no se puede determinar)

Medidas de heterozigocidad y F HI = heterocigocidad observada (proporción de heterozigotos) en una subpoblación. HS = heterocigocidad esperada en una subpoblación. Si hay i alelos diferentes en un locus en una subpoblación, pi es la frecuencia del alelo ith : HT = heterocigocidad esperada si apareamiento es al azar entre las metapoblaciones = frecuencia promedio del alelo ith en las subpoblaciones:

Estadísticas F FST indica si hay déficit de heterocigotos en la metapoblación Determina cuan subdividio está la población

FIS indica si hay endogamia en subpoblaciones Estadísticas F FIS indica si hay endogamia en subpoblaciones FIS mide si hay un déficit de heterocigotos dentro de las subpoblaciones.

Además: (1-FIS) (1-FST) = (1-FIT) Estadísticas F Además: (1-FIS) (1-FST) = (1-FIT) FIT indica cuanto ha afectado la estructura poblacional a la heterocigocidad promedio de los individuos de la población.

Ejemplo de FST

Características Poligénicas Características simples: uno o dos genes Cualitativos o discontinuos Poco efecto ambiental Características poligénicas: afectadas por muchos genes Cuantitativos Efecto ambiental Distribución normal

Genética Cuantitativa Características cuantitativas están controladas por varios genes Se enfoca en características continuas Locus de Característica Cuantitativa (“Quantitative Trait Loci (QTLs)”) Se identifican con mapas Una región puede contener uno o varios genes ligados Ejemplos: Color de piel en humanos Tamaño de la flor de tabaco Conducta agresiva en abejas

Modelo Básico para Características Cuantitativas P = G + E P = valor fenotípico de la característica de un individuo. G = efecto de genes o valor genotípico E = efecto ambiental

G = A + D + I P = A+ D + I + E Valor Genotípico Efecto aditivo de genes (A)= suma de los efecto individuales (promediados) de los alelos Efecto de dominancia de genes (D)= interacción entre alelos en el mismo gen Efecto epistático (I): interacción entre alelos de diferentes genes G = A + D + I P = A+ D + I + E

Varianza Fenotípica VP = VA + VD + VI + VE VP = varianza fenotípica (varianza total) VA = varianza debido a los efectos aditivos de genes VD = varianza debido al efecto de la dominancia de genes VI = varianza debido a efectos epistáticos de genes VE = varianza debido a efectos ambientales

Herdabilidad Heredabilidad en el sentido amplio (H2): es la proporción de la varianza fenotípica debido a los efectos genéticos (aditivos, dominancia y epistasis) Mide la fuerza de la relación entre los valores fenotípicos y valores genotípicos

Heredabilidad en sentido estrecho (h2): es la proporción de la varianza fenotípica que es debido a los efectos aditivos genéticos Mide: El grado por el cual la progenie se parecen a sus padres en el fenotipo de un razgo La fuerza de la relación entre los valores fenotípicos y los efectos aditivos genéticos (relación entre P y A).

Importancia de Heredabilidad Heredabilidad es importante para selección Determina si selección fenotípica es eficiente o no: Heredabilidad baja: selección fenotípica no es eficiente (selección poca precisa) Heredabilidad alta: selección fenotípica es eficiente (selección altamente precisa)

Notas Importantes sobre Heredabilidad Es una medida sobre una población de individuos en un ambiente dado. No es una medida individual. Se puede estimar para cada característica cuantitativa. Varía de una población a otra y entre ambientes.

Ejemplo Suponga que para el peso de una oveja de seis meses: VA = 40, VD=8, VI =2, VE=50. Calcule la heredabilidad en sentido amplio y estricto