Genética de Poblaciones Equilibrio Hardy-Weinberg Tema 14: Genética de Poblaciones Población mendeliana Equilibrio Hardy-Weinberg Tema 14: Genética Poblaciones I

Tema 14: 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 variación genética y sus estimación Población mendeliana Apareamiento aleatorio y ley de Hardy-Weinberg Apareamiento no aleatorio Apareamiento clasificado Endogamia Tema 14: Genética Poblaciones I

EL PARADIGMA POBLACIONAL: la variación en el seno de las poblaciones es la materia prima de la evolución

Evolución desde la perspectiva poblacional: Es el cambio acumulativo en la composición genética de las poblaciones Tema 14: Genética Poblaciones I

Tema 14: Genética Poblaciones I Nada tiene sentido en biología si no es a la luz de la evolución Theodosious Dobzhansky Nada tiene sentido en evolución si no es a la luz de la genética de poblaciones Michael Lynch Tema 14: 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

Población mendeliana: Conjunto de individuos intercruzables que comparten un acervo genético común Tema 14: 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 con alelos A y a q = f(a) a p = f(A) A Tema 14: 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 14: Genética Poblaciones I

La lucha por la medida de la variación genética Antes de los 60: Polimorfismo morfológico e inmunológico (grupos sanguíneos: AB0, Rh, NM,... 40 en humanos) 60-70 Electropheretic variation 80-90 Nucleotides sequences 2000- Genomes 1 2 3 Filogenética distribución variabilidad alozímica La era alozímica genero una cantidad ingente de información. Miles de poblaciones y especies. Nada queda. Introducción: La secuencias nucleotídicas que se encuentran pueden ya usarse para la descripción e interpretación de la diversidad nuc. en un amplio espectro de especies y genes A diferencia de la era alozímica, no hay una descripción a gran escala del polimorfismo nucleotídico La dimensión taxonómica (diversidad) es fundamental para probar procesos GP como causas primarias tales como la complejidad genómica o las tasas de evolución adaptativa. Con el análisis de un taxón, por mucho que seamos nosotros, no basta para establecer generalizar la importancios de procesos poblacionanles como primeros principios para explicar … (el rol fundamental que de Lynch a la genética de poblaciones) Por ejemplo, desde la aparición de la teoría neutralista el gran debate neutralita-seleccionista ha derivado en saber que proporción de la evolución molecular es adaptativa. El test MK (extensión del HKA) combina la potencia del par informativo polimorfismo-divergencia para detectar cambios adaptativos. Pero hasta la fecha sólo se han hecho estudios en tres taxones. (Ver tabla). Los resultados son contradictorios en humanos pero muy consistentes en Drosophila. ¿Por qué? Ne (Miquel Lynch again). Sólo podremos contestar ampliando la diversidad de especies estudiadas IDEA: Crear un recurso, base de datos, toda la información disponible pol nc. Dos puntos. No existe en la GP. Facilitaría enormemente los estudios diversidad nc. Que hay, por donde empezar. -> Bases de datos públicas. -> Carroñeros bioinformáticos (ecologista de reciclado). Variación genética la materia prima, piedra angular, componente esencial del proceso evolutivo. El objetivo GO Dobzhansky dictum es Doble vertiente teórica – práctica de la Génética de poblaciones Polimorfismo proteico (alozímico) Electroforesis de proteínas en gel (Lewontin & Hubby 1966; Harris 1966) Polimorfismos en el nivel del DNA Microsatélites Secuencias de DNA

Tema 14: Genética Poblaciones I Polimorfismos de DNA Tema 14: Genética Poblaciones I

Polimorfismos de DNA SNPs A G A G T T C T G C T C G Single Nucleotide Polymorphism A G A G T T C T G C T C G A G A G T T A T G C G C G Secuencia 1 acgtagcatcgtatgcgttagacgggggggtagcaccagtacag Secuencia 2 acgtagcatcgtatgcgttagacggggtggtagcaccagtacag Secuencia 3 acgtagcatcgtatgcgttagacggcggggtagcaccagtacag Secuencia 4 acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacag Secuencia 5 acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacag Secuencia 6 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag Secuencia 7 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag Secuencia 8 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag Secuencia 9 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag Tema 14: 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 14: Genética Poblaciones I

Tema 14: Genética Poblaciones I Frecuencias genotípicas y alélicas para el locus del grupo sanguíneo MN en varias poblaciones humanas Tema 14: Genética Poblaciones I

Supuestos ley del equilibrio de Hardy-Weinberg (1908) 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 Relaciona las frecuencias alélicas y genotípicas en una población mendeliana bajo una serie de supuestos ideales G.H. Hardy W. Weinberg Tema 14: Genética Poblaciones I

Tema 14: Genética Poblaciones I Los supuestos HW 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 14: Genética Poblaciones I

Demostración de la ley de Hardy-Weinberg Frecuencias genotípicas generación inicial P = f(AA) Q = f(Aa) R = f(aa) Frecuencias genotípicas siguiente generación P’ Q’ R’ 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

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 14: 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 14: 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 14: 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 14: 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 14: Genética Poblaciones I

Consecuencias de las desviaciones del apareamiento aleatorio Desviación de las frecuencias genotípicas de las esperadas por Hardy-Weinberg Mayor homocigosidad: apareamiento clasificado positivo y endogamia Mayor heterocigosidad: apareamiento clasificado negativo No cambio en las frecuencias alélicas Tema 14: 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

Efectos de las fuerzas evolutivas sobre la variación dentro y entre poblaciones p = f(A) Deriva genética Selección natural Mutación Migración

Links de interés Lecturas: ¿Qué es la GP?      Conceptos fundamentales Links de interés Lecturas: Web de genética de poblaciones (A. Barbadilla) Calculadora de Hardy-Weinberg ¿Qué es la GP? p = f(A) Genetic Drift Natural Selection Mutation Migration Factors changing gene frequencies in populations Tema 14: Genética Poblaciones I