Mutación y variación genética en las poblaciones

Presentación del tema: "Mutación y variación genética en las poblaciones"— Transcripción de la presentación:

1 Mutación y variación genética en las poblaciones
Lección 2 Mutación y variación genética en las poblaciones

2 LECCIÓN 2 1) Importancia de la variabilidad
2) Tipos de mutaciones y su frecuencia 3) Medir la variabilidad. Frecuencias genotípicas y alélicas 4) Métodos moleculares para medir la variabilidad: aloenzimas 5) Medidas de variabilidad: polimorfismo y heterocigosidad 6) Métodos moleculares para medir la variabilidad: DNA a) RFLPs b) Microsatélites c) RAPDs d) Secuenciación: π y k 7) ¿Por qué tanta variabilidad?

3 LECCIÓN 2 1) Importancia de la variabilidad
2) Tipos de mutaciones y su frecuencia 3) Medir la variabilidad. Frecuencias genotípicas y alélicas 4) Métodos moleculares para medir la variabilidad: aloenzimas 5) Medidas de variabilidad: polimorfismo y heterocigosidad 6) Métodos moleculares para medir la variabilidad: DNA a) RFLPs b) Microsatélites c) RAPDs d) Secuenciación: π y k 7) ¿Por qué tanta variabilidad?

4 VARIABILIDAD Y EVOLUCIÓN
Si no hay variabilidad GENÉTICA no puede haber cambio evolutivo ↑ variabilidad genética en una población → ↑ posibilidad cambio evolutivo La variabilidad genética implica que hay más de un alelo en algunos loci Los nuevos alelos SÓLO surgen por MUTACIÓN Las mutaciones son la consecuencia de errores en la replicación, daños sobre el DNA o la actividad de transposones/virus Hay mecanismos de reparación de errores en todos los organismos → las tasas de mutación no SUELEN ser muy altas (contraejemplo: virus RNA) Pero, (↓ Tasa de mutación/nt) x (↑ nº de nt/genoma) x (↑ nº individuos) = nº apreciable de mutaciones/generación) No se conoce ningún mecanismo por el cual un organismo pueda controlar las mutaciones que surgen en su DNA → se trata de un proceso aleatorio

5 LECCIÓN 2 2) Tipos de mutaciones y su frecuencia
1) Importancia de la variabilidad 2) Tipos de mutaciones y su frecuencia 3) Medir la variabilidad. Frecuencias genotípicas y alélicas 4) Métodos moleculares para medir la variabilidad: aloenzimas 5) Medidas de variabilidad: polimorfismo y heterocigosidad 6) Métodos moleculares para medir la variabilidad: DNA a) RFLPs b) Microsatélites c) RAPDs d) Secuenciación: π y k 7) ¿Por qué tanta variabilidad?

6 TIPOS DE MUTACIONES QUE AFECTAN A UNOS POCOS NUCLEÓTIDOS
-Cambios de UN ÚNICO nucleótido por otro -SNPs (“single nucleotide polymorphism”) si frecuencia ≥ 1% -SNVs (“single nucleotide variant”) si frecuencia no conocida o < 1% GGATTCAC 0.6 SNP GGATACAC 0.05 SNP GGATGCAC SNV -Inserciones o delecciones de uno o pocos nucleótidos (INDEL) GGATTCA-CGTAAA GGATTCAGCGTAAA -Cambios en el número de copias en tándem de una secuencia corta CNVs (“Copy Number Variations”) -Minisatélites: elemento repetido de pb -Microsatélites (STR “short tándem repeats”): elemento repetido < 10 pb GGATTCA GCGTAAA GGATTCATCATCATCATCAGCGTAAA

7 TIPOS DE MUTACIONES QUE AFECTAN A MUCHOS NUCLEÓTIDOS
-”Structural variations” (SVs) que afectan a regiones 1 Kb a 3 Mb -Delección -Inserción (vg transposones) -Duplicación -Duplicación en tandem -Inversión -Translocación -Variaciones cromosomales, afectan a regiones > 3 Mb y son detectables por técnicas citogenéticas

8 (Tamaño genoma humano: ≈ 3,3.109 pb)
DATOS EN HUMANOS Datos de secuenciación del genoma en 50 trios (hijo y sus dos padres) en Dinamarca (2017) Tasas de mutación: 1, para SNVs y de 1, para indels (más delecciones que inserciones) (Tamaño genoma humano: ≈ 3,3.109 pb) A > edad del progenitor > tasa de mutación que pasa al hijo (< desde las madres) PREDICCIÓN: es previsible que haya bastante variabilidad en los seres vivos

9 LECCIÓN 2 3) Medir la variabilidad. Frecuencias genotípicas y alélicas
1) Importancia de la variabilidad 2) Tipos de mutaciones y su frecuencia 3) Medir la variabilidad. Frecuencias genotípicas y alélicas 4) Métodos moleculares para medir la variabilidad: aloenzimas 5) Medidas de variabilidad: polimorfismo y heterocigosidad 6) Métodos moleculares para medir la variabilidad: DNA a) RFLPs b) Microsatélites c) RAPDs d) Secuenciación: π y k 7) ¿Por qué tanta variabilidad?

10 VARIABILIDAD Y EVOLUCIÓN
Normalmente se detecta bastante variabilidad morfológica en la naturaleza Pero, ¿cuánta de esta variabilidad observada tiene base genética?

11 VARIABILIDAD NO GENÉTICA
Esquejes de la misma planta (mismo genotipo) crecidos en diferentes lugares (altitud): ≠ fenotipo → SIN INTERÉS EVOLUTIVO

12 No da lo mismo dónde se mida la variabilidad
¿VARIABILIDAD DÓNDE? Sec. DNA Sec. prot. Movilidad prot. Actividad prot. Fenotipo -CGC- -R- - + +8/-3 -CGA- -R- - + +8/-3 -AAA- -K- - + +8/-3 -GCA- -A- - + +7/-3 -GAC- -D- - + +7/-4 -TGA- - + +4/-2 * No da lo mismo dónde se mida la variabilidad

13 VARIABILIDAD Y EVOLUCIÓN
Preguntas importantes: ¿cuánta variabilidad fenotípica tiene base genética, cuántos loci son variables, cuántos alelos hay en cada locus? Solución clásica: hacer cruces y analizar la descendencia Tras mucho trabajo detectamos 12 alelos en un locus que afecta a este carácter Pero, ¿habrá más alelos, distinguimos los heterocigotos, habrá más loci variables afectando a este carácter?

14 MEDIDA DE LA VARIABILIDAD
Tenemos un locus en el que hemos establecido la relación fenotipo-genotipo → podemos hacer medidas de variabilidad en ese locus Frecuencias genotípicas: Genotipo Nº 98/98 2 100/100 172 103/103 54 98/100 38 98/103 20 100/103 214 500 Frecuencias 2/500 = 0,004 172/500 = 0,344 54/500 = 0,108 38/500 = 0,076 20/500 = 0,040 214/500 = 0,428 1

15 MEDIDA DE LA VARIABILIDAD
Frecuencias alélicas: Alelo Nº 98 2 x = 62 100 2 x = 596 103 2 x = 342 1000 Frecuencias 62/1000 = 0,062 596/1000 = 0,596 342/1000 = 0,342 1 Genotipo Nº Frec 98/98 2 0,004 100/100 172 0,344 103/103 54 0,108 98/100 38 0,076 98/103 20 0,040 100/103 214 0,428 500 1 O bien, Alelo Frec 98 0,004 + (0,076/2) + (0,04/2) = 0,062 100 0,344 + (0,076/2) + (0,428/2) = 0,596 103 0,108 + (0,04/2) + (0,428/2) = 0,342 1

16 MEDIDA DE LA VARIABILIDAD
Ventaja del cálculo de frecuencias alélicas sobre genotípicas: Es más simple (menos valores que calcular) → nº alelos ≤ nº genotipos Otra posible medida: nº medio de alelos por locus Querríamos saber algo más: cuanta variabilidad hay en una población → ¿qué proporción de los loci son POLIMÓRFICOS (tienen más de un alelo) en la población, ¿qué proporción de los genes de un individuo tipo son heterocigotos? … PROBLEMAS: -la solución clásica no siempre va a poder detectar toda la variabilidad existente en un locus (todos los alelos) -es muy trabajosa → no se podría aplicar a todos los loci de un genoma -además, ¿sabemos cuántos loci (genes) hay en nuestro organismo de estudio? CONCLUSIÓN: hay que estudiar una muestra representativa del total de los loci para determinar su variabilidad

17 MEDIDA DE LA VARIABILIDAD
OTRO PROBLEMA: con la genética clásica sólo sabemos si un carácter está controlado genéticamente si tiene variantes (variabilidad) → no podemos detectar loci invariables → la muestra de genes estudiables estará siempre sesgada SOLUCIÓN: desde los 1960s se han usado técnicas moleculares -Se detecta variación en proteínas o en el DNA -La variación detectada es genética, no ambiental -Menos trabajosas → se pueden analizar más loci y encontrar más alelos -Se pueden analizar loci aunque no sean variables -Se pueden aplicar a casi cualquier especie CONCLUSIÓN: mayores muestras y poco sesgadas → mejores estimaciones de la variabilidad total TÉCNICAS MOLECULARES EMPLEADAS:

18 LECCIÓN 2 1) Importancia de la variabilidad 2) Tipos de mutaciones y su frecuencia 3) Medir la variabilidad. Frecuencias genotípicas y alélicas 4) Métodos moleculares para medir la variabilidad: aloenzimas 5) Medidas de variabilidad: polimorfismo y heterocigosidad 6) Métodos moleculares para medir la variabilidad: DNA a) RFLPs b) Microsatélites c) RAPDs d) Secuenciación: π y k 7) ¿Por qué tanta variabilidad?

19 POLIMORFISMOS DE PROTEINAS
+ - Separación de proteínas por electroforesis (normalmente sin SDS) Tinción del gel con ensayo específico para el enzima en estudio → detección de bandas Ensayos de aloenzimas (productos del mismo locus): los alelos se distinguen por su carga y tamaño (alelos que den proteínas muy similares se distinguirán con dificultad)

20 POLIMORFISMOS DE PROTEINAS
Distintos individuos Alelo 1 Alelo 2 Alelo 3 Alelo 4 Los ensayos se hacen para una colección de enzimas escogidas sin tener en cuenta si tienen o no muchos alelos: son una muestra relativamente no sesgada del total de loci del genoma

21 POLIMORFISMOS DE PROTEINAS Datos obtenidos para este locus:
Locus monomórfico: un alelo en todos los individuos analizados SS FS FF Locus polimórfico: más de un alelo en los individuos analizados * Datos obtenidos para este locus: Frecuencia alelo F, p = 10 / 20 = 0.5 Frecuencia alelo S, q = 10 / 20 = 0.5 Frecuencia de heterocigotos H = 4 /10 = 0.4

22 LECCIÓN 2 5) Medidas de variabilidad: polimorfismo y heterocigosidad
1) Importancia de la variabilidad 2) Tipos de mutaciones y su frecuencia 3) Medir la variabilidad. Frecuencias genotípicas y alélicas 4) Métodos moleculares para medir la variabilidad: aloenzimas 5) Medidas de variabilidad: polimorfismo y heterocigosidad 6) Métodos moleculares para medir la variabilidad: DNA a) RFLPs b) Microsatélites c) RAPDs d) Secuenciación: π y k 7) ¿Por qué tanta variabilidad?

23 MEDIDAS DE LA VARIABILIDAD
POLIMORFISMO (P): proporción de loci polimórficos (con más de un alelo) entre los analizados en una población Simple, pero … Si analizamos pocos individuos: + probable que un locus no sea polimórfico Si analizamos muchos individuos: + probable que un locus sea polimórfico → se hace más probable que en algún individuo encontremos un nuevo alelo en el locus SOLUCIÓN: un locus es polimórfico si el alelo más abundante tiene p < 0,95 (si es > 0,95 será raro encontrar alguno de los otros alelos) Locus A A1 = 0,5 A2 = 0,3 A3 = 0,2 Polimórfico Locus B B1 = 0,98 B2 = 0,01 B3 = 0,01 No polimórfico A veces se usa como criterio p < 0,99 → en ese caso los loci A y B serían polimórficos en esa población

24 EJEMPLO DE CÁLCULO DE P Cálculo del polimorfismo (P) en cuatro poblaciones Nº de loci Población Polimórficos Total Polimorfismo (P) 1 18 30 18/30 = 0,60 2 15 15/30 = 0,50 3 16 16/30 = 0,53 4 14 14/30 = 0,47

25 MEDIDAS DE LA VARIABILIDAD
Un locus es polimórfico si el alelo más abundante tiene p < 0.95 (o < 0.99) Locus A A1 = 0,5 A2 = 0,3 A3 = 0,2 Polimórfico Locus B B1 = 0,98 B2 = 0,01 B3 = 0,01 Polimórfico/(no polimórfico) PROBLEMAS: Criterio arbitrario: ¿por qué 0,95 o 0,99?

26 MEDIDAS DE LA VARIABILIDAD
PROBLEMAS: Medida imprecisa: ¿no hay más variabilidad genética en el locus C que en el A aunque ambos sean polimórficos? Polimórfico Locus C C1 = 0,1 C2 = 0,1 C3 = 0,1 C4 = 0,1 C5 = 0,1 C6 = 0,1 C7 = 0,1 C8 = 0,1 C9 = 0,1 C10 = 0,1 Locus A A1 = 0,5 A2 = 0,3 A3 = 0,2 Polimórfico El polimorfismo es una medida simple pero con ciertos problemas

27 MEDIDAS DE LA VARIABILIDAD Nº de individuos analizados
MEJOR MEDIDA: Heterocigosidad (H): frecuencia media de loci heterocigotos por individuo de la población Nº de individuos analizados Locus Heterocigotos Total Heterocigosidad 1 25 100 25/100 = 0,25 2 42 42/100 = 0,42 3 9 9/100 = 0.09 4 0/100 = 0 (Promedio) H = 0,19 H indica tanto la probabilidad de que un locus sea heterocigoto en la población como la de que un locus de un individuo promedio sea heterocigoto

28 MEDIDAS DE LA VARIABILIDAD
Problema con la heterocigosidad: En organismos con autofecundación o reproducción entre parientes hay pocos o ningún heterocigoto, pero puede haber bastante variabilidad (alelos distintos) Población 1 A1A1 A2A2 A3A3 A4A4 4 alelos Población 2 2 alelos 1 alelo Población 3 En las tres poblaciones H = 0, pero la 1 es la que tiene más variabilidad (más alelos Y más distribuidos) y la 3 la que menos ¿CÓMO DETECTARLO?

29 MEDIDAS DE LA VARIABILIDAD
SOLUCIÓN: calcular la Heterocigosidad esperada (Hesp): la esperable si los apareamientos fueran al azar → equilibrio de Hardy Weinberg Si en el locus A hay 4 alelos con frecuencias p1, p2, p3 y p4 las frecuencias esperadas de los homocigotos serían: A1A1 𝐩 𝟏 𝟐 A2A2 𝐩 𝟐 𝟐 A3A3 𝐩 𝟑 𝟐 A4A4 𝐩 𝟒 𝟐 Por tanto, la frecuencia esperada de heterocigotos en este locus sería: 𝐇 𝐞𝐬𝐩 =𝟏− 𝐩 𝟏 𝟐 + 𝐩 𝟐 𝟐 + 𝐩 𝟑 𝟐 + 𝐩 𝟒 𝟐 Para el conjunto de n loci estudiados se obtiene el promedio: 𝐇 𝐞𝐬𝐩 =𝟏− 𝟏 𝐧 𝐢 𝐣 𝐩 𝐢𝐣 𝟐 𝐩 𝐢𝐣 Frecuencia del alelo j en el locus i Hesp ya no depende de si hay realmente heterocigotos o no

30 MEDIDAS DE LA VARIABILIDAD
Locus Frecuencia de alelos H ¿Polimórfico? (criterio 0,95) 1 2 3 4 5 6 Obs Esp Acph-1 0,995 0,005 0,010 No Acph-2 0,009 0,066 0,882 0,014 0,024 0,160 0,217 Sí Adk-1 0,472 0,528 0,224 0,496 Est-2 0,008 0,992 0,017 Est-3 0,076 0,924 0,151 0,140 Est-5 0,483 0,396 0,122 0,443 0,596 Tpi-2 0,004 0,962 0,013 0,074 … (más loci hasta 39) … Promedios (incluyendo 12 loci monomórficos) 0,072 0,094 P: 11/39 = 0,282 Datos de 39 loci (12 monomórficos) en 120 individuos del gusano marino Phoronopsis viridis Un locus con pocos alelos puede tener > H que otro con más alelos Hobs < Hesp probablemente porque este gusano puede actuar como hermafrodita

31 DATOS OBTENIDOS Heterocigosidad (H) Los datos de aloenzimas indican que suele haber bastante variabilidad: 10-60% de los loci serían polimórficos y en un individuo tipo 4-15% de sus loci serían heterocigotos

32 PROBLEMAS -1) ¿Los genes estudiables con los ensayos de aloenzimas son una muestra representativa del total de loci de un genoma? Deben ser genes para enzimas solubles, cuya actividad pueda medirse fácilmente y que sean abundantes en la célula -2) ¿Se detectan todas las variantes de estas proteínas, cuánto nos quedamos sin detectar? Las variantes tienen que causar cambios apreciables en la movilidad electroforética -3) ¿Cuántas variaciones del DNA de estos genes seguro que no detectamos? Cambios sinónimos, en intrones, promotores, UTRs no se detectarán

33 LECCIÓN 2 6) Métodos moleculares para medir la variabilidad: DNA
1) Importancia de la variabilidad 2) Tipos de mutaciones y su frecuencia 3) Medir la variabilidad. Frecuencias genotípicas y alélicas 4) Métodos moleculares para medir la variabilidad: aloenzimas 5) Medidas de variabilidad: polimorfismo y heterocigosidad 6) Métodos moleculares para medir la variabilidad: DNA a) RFLPs b) Microsatélites c) RAPDs d) Secuenciación: π y k 7) ¿Por qué tanta variabilidad?

34 POLIMORFISMO DE DNA RFLP (Restriction Fragment-Length Polymorphisms)
VENTAJA: detectamos directamente los cambios en el material genético Varias técnicas aplicables: RFLP (Restriction Fragment-Length Polymorphisms) Pasos previos: -a) Tener clonados los genes que se quieren analizar → sirven como sondas -b) Determinar el mapa de restricción de los genes a analizar Procedimiento: -1) Cortar DNAg de los individuos con una o varias enzimas de restricción -2) Separar los fragmentos por electroforesis -3) Transferir a filtro de nitrocelulosa -4) Hibridar con sonda correspondiente al locus que se quiere analizar -5) Autoradiografia y análisis de las bandas que aparecen

35 RFLP RFLP (Restriction Fragment-Length Polymorphisms) Pasos previos:
-a) Tener clonados los genes que se quieren analizar → sirven como sondas -b) Determinar el mapa de restricción de los genes a analizar para distinguir alelos Algunos causas de los alelos que se pueden detectar: 4 5 9 Alelo 1 14 Alelo 2 Cambios en las dianas de un enzima de restricción Sonda 7 12+2 2 Alelo 2 12 Alelo 1 Alteraciones entre las dianas de enzimas Sonda

36 RFLP “Southern blot” Procedimiento:
-1) Cortar DNAg de los individuos con una o varias enzimas de restricción -2) Separar los fragmentos por electroforesis -3) Transferir a filtro de nitrocelulosa -4) Hibridar con sonda correspondiente al locus que se quiere analizar -5) Autoradiografía y análisis de las bandas que aparecen DNAg digerido Sonda marcada Individuos Electroforesis Nitrocelulosa Autoradiografía “Southern blot”

37 RESULTADOS DEL RFLP 4 5 9 Alelo 1 14 Alelo 2 Sonda 7 14 2 Alelo 2 12 Alelo 1 Sonda 1/1 1/2 2/2 14 9 5 4 1/1 1/2 2/2 14 12 7 Los patrones de bandas permiten identificar los alelos en cada locus: genotipar los individuos

38 ANÁLISIS DE MICROSATÉLITES
Regiones del genoma con repeticiones “en tándem” de una secuencia corta (< 10 pb) Cada locus es una zona del genoma donde estén esas repeticiones Los distintos alelos tienen distintos números de repeticiones en esa zona Procedimiento: -1) Diseñar cebadores de PCR alrededor (Y FUERA DE) de la zona donde estén las repeticiones -2) PCR desde DNAg de los distintos individuos -3) Electroforesis para determinar el tamaño de los productos de PCR 3’... ATTTCGTACGGGCATATATATATATATATGCCTAGGAGTTCAA...5’ microsatélite Cebadores Cromosomas homólogos Individuo 1 Individuo 2 Individuo 3 A B Alelo A: 7 repeticiones Alelo B: 12 repeticiones Fáciles de genotipar y suelen ser muy variables en todas las especies analizadas (H > 0,8 en humanos) → por eso se usan mucho en estudios forenses humanos

39 RAPD RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA)
Se seleccionan cebadores de PCR al azar y se mira si dan un producto con DNAg Si lo dan es que alinean enfrentados en alguna zona del genoma y no muy separados: el locus. Un mismo cebador puede amplificar varios loci Si hay cambios de secuencia en la zona del genoma donde se unen los cebadores no podrán ya hacerlo: no hay producto de PCR Alelos: que se produzca una banda de PCR o que no (no se distinguen los heterocigotos) 1 2 3 5 Individuo 1: A1/? ; B2/B2 Individuo 2: A1/? ; B1/? Individuo 3: A2/A2 ; B1/? Genotipos A1 Locus A B1 Locus B 2 5 A2 B2

40 SECUENCIACIÓN Cada vez más fácil, rápido y barato secuenciar grandes tramos de DNA o genomas enteros → gran cantidad de información Los datos indican que suele haber gran cantidad de variabilidad en las secuencias Consecuencia: Población I Población II * Un mismo tramo de DNA secuenciado en individuos de dos poblaciones. En I hay menos sitios variables (1) que en II (5), pero en ambas poblaciones no hay dos secuencias iguales: H ≈ 1 en todos los casos → no es un parámetro útil para medir la variabilidad en secuencias de nucleótidos H no es un parámetro útil para medir la variabilidad en secuencias de nucleótidos

41 MEDIDAS DE LA VARIABILIDAD
Parámetros más usados para medir la variabilidad en las secuencias de nucleótidos: PASOS PREVIOS: -a) Definimos la región que estudiamos y obtenemos su longitud de nucleótidos → será el equivalente del locus -b) En cada secuenciación obtenemos la secuencia de esa región en UNA molécula de DNA → cada secuencia es un alelo (suele hablarse aquí de HAPLOTIPO) DOS PARÁMETROS: -1) Diversidad nucleotídica (π): media de las diferencias de nucleótidos POR NUCLEÓTIDO entre todos los posibles pares de secuencias de haplotipos obtenidas 𝛑= 𝐱 𝐱−𝟏 𝐢,𝐣 𝐟 𝐢 𝐟 𝐣 𝛑 𝐢𝐣 x = nº de secuencias obtenidas fi, fj = frecuencias en la población de los haplotipos i y j 𝛑 𝐢𝐣 = fracción de sitios ≠ entre los haplotipos i y j 𝛑 𝐢𝐣 = 𝟐 𝐧 𝐢𝐣 𝐧 𝐢 + 𝐧 𝐣 𝐧 𝐢𝐣 = nº de nucleótidos ≠; ni, nj = longitud de haplotipos i y j -2) Número de sitios segregantes POR NUCLEÓTIDO en el locus secuenciado (k) VENTAJA: se pueden estimar los valores de π y k si los cambios fueran aleatorios → al comparar con los reales ¿son estos debidos a selección?

42 EJEMPLO DE CÁLCULOS * 1 2 3 4 4 secuencias obtenidas de longitud 10 nt cada una Frecuencia de cada secuencia (haplotipo) = 1/4 (nt ≠ entre cada par de haplotipos)/longitud haplotipos: Diversidad nucleótidica: 𝛑= 𝟒 𝟑 𝟎,𝟏 =𝟎,𝟏𝟑 π es equivalente a H, pero la unidad de variabilidad es el nt, no el locus o el haplotipo Nº total de sitios segregantes: 4 → k = 4/10 = 0,4 k es similar al polimorfismo en que depende del nº de secuencias analizadas: cuantas más analizadas → más probable encontrar variantes en un sitio

43 Secuenciación de 2379 nt del gen Adh → 11 alelos (6 S; 5 F)
UN EJEMPLO REAL El gen para la alcohol deshidrogenasa (Adh) de Drosophila melanogaster Análisis de aloenzimas → dos alelos (S y F) Secuenciación de 2379 nt del gen Adh → 11 alelos (6 S; 5 F) Más cambios en regiones no codificantes

44 UN EJEMPLO REAL El gen para la alcohol deshidrogenasa (Adh) de Drosophila melanogaster Región secuenciada: 2379 nt Sitios variables (excluyendo indels): 43 → k = 43/2379 = 0,0181 𝛑 𝟏𝟐 = 𝟑 𝟐𝟑𝟕𝟗 =𝟎,𝟎𝟎𝟏𝟑 Diferencia entre los alelos 1 y 2: Haciéndolo con el resto… π = 0,0065; para los alelos S πS = 0,0056; para los alelos F πF = 0,0029 ¿πS > πF porque los alelos S son más antiguos?

45 MÁS EJEMPLOS El gen para la alcohol deshidrogenasa (Adh) de Drosophila melanogaster π = 0,0065; k = 0,0181 Datos de la región del D-loop del DNA mitocondrial humano: Región π África 0,0232 Europa 0,0095 Asia 0,0165 América 0,0129 Valores mayores que para genes nucleares normales > π en África ¿origen de los humanos? Datos del locus env del virus del SIDA en muestras de un paciente tras contagio: Año k π 3 0,1082 0,0319 4 0,0909 0,0342 5 0,0271 6 0,1429 0,0533 7 0,1688 0,0438 Bastante variabilidad: los retrovirus tienen altas tasas de mutación durante su replicación

46 DIVERSIDAD EN LAS PROTEÍNAS DEL VIRUS DEL SIDA
↑ al progresar la infección: el virus evade las defensas

47 LECCIÓN 2 7) ¿Por qué tanta variabilidad?
1) Importancia de la variabilidad 2) Tipos de mutaciones y su frecuencia 3) Medir la variabilidad. Frecuencias genotípicas y alélicas 4) Métodos moleculares para medir la variabilidad: aloenzimas 5) Medidas de variabilidad: polimorfismo y heterocigosidad 6) Métodos moleculares para medir la variabilidad: DNA a) RFLPs b) Microsatélites c) RAPDs d) Secuenciación: π y k 7) ¿Por qué tanta variabilidad?

48 GRAN VARIABILIDAD NATURAL
Datos en humanos: un genoma típico difiere del de referencia en millones de sitios. La mayoría (> 99%) son SNPs o cortos “indels” 2100 a 2500 son variaciones estructurales (que afectan en total a unos 20 millones de pares de bases): -unas 1000 delecciones grandes -unas 160 variantes de nº de copias -unas 915 inserciones de Alu -unas 128 inserciones de L1 -unas 51 inserciones SVA (retrotransposones SVA) -unas 4 NUMTs (inserciones de DNA mitocondrial en el genómico) -unas 10 inversiones Variantes en un individuo típico que pueden afectar a la función génica: sitios que causan truncación proteína a sitios que causan cambios de secuencia en proteína sitios en zonas UTR y promotores La mayoría de las variantes se han encontrado en África: ¿lugar de origen del hombre? Datos de “A global reference for human genetic variation” The 1000 genomes Project consortium Nature 526:68-74 (2015) basados en 2504 individuos de 26 poblaciones

49 VARIABILIDAD HUMANA ≈ 85% En los humanos actuales PARECE tender a haber más variabilidad DENTRO de las poblaciones (definidas por lengua o cultura, ¿quizás eso sea un error?) que ENTRE distintas poblaciones (no parece ser así en todas las especies)

50 CONCLUSIONES Los estudios sobre la variabilidad en el DNA han confirmado lo mostrado por los de aloenzimas En la mayoría de los seres vivos hay una gran cantidad de variabilidad en el DNA → la selección natural tiene abundante material sobre el que poder actuar Pero, ¿no será demasiada variabilidad, por qué hay tanta? Algunas variantes en el DNA serán favorables o desfavorables → sobre ellas podrá actuar la selección natural Otras no afectarán a la vida del individuo → invisibles para la selección PROBLEMA: ¿cuánta de esta abundante variabilidad se mantiene porque tiene un valor selectivo y cuánta lo hace simplemente por azar?