Tipos de variación genética

GENÉTICA CUANTITATIVA

Caracteres Poligénicos: Caracteres fenotípicos controlados por más de un par de genes. Presentan variación y distribución continua

Experimento de Mendel para largo del tallo en arvejas

Experimento de Galton para el tamaño del guisante

100

50

0Corto Largo

Pequeño Grande

Intermedio

100

50

0

P

F1

F2

P

F1

F2

loci : A: color, a : sin colorB : color, b: sin color

P : AABB(rojo) x aabb(blanco)

F1: AaBb (rojo medio)

F2 : AABB AaBB AaBb Aabb aabbAABb AAbb aaBb

aaBB

1 : 4 : 6 : 4 : 1

RO RMO RM RC B

6

0

Carácter poligénico determinado por dos genes

n lociNºGametos : 2n

Nº Fenotipos F2: 2n + 1Nº Genotipos F2: 3n

ProporcionesFenotípicas F2 : (A + a)2n

Hay variación dentro de cada clase fenotípica debido a las interacciones ambientales.

Dos genotipos no necesariamente tendrán el mismo fenotipo en el mismo ambiente = norma de reaccióndel genotipo.

Los fenotipos están representados por alelos que contribuyen en unidades al fenotipo.

Los loci que contribuyen al fenotipo pueden estar en distintos cromosomas

Hay variaciones ambientales para cada genotipo, por lo que para cada fenotipo habrá una distribución con una media yuna desviación estándar que dependen del genotipo en un ambiente determinado.

Si la población consiste de la mezclade los tres fenotipos Pero en una proporción desigual de 1(AA):3(Aa):1(aa), entonces la distribución fenotípica de la población se verá como la línea negra, que es el resultado dela suma de las tres distribuciones por separado.

Los individuos con fenotipo entre las dos flechas negras pueden tener cualquiera de los tres genotipos.

La variación total estará dada por efectos genéticos y ambientales

¿Cuanto de la variación observada en un carácter poligénico es debida a los genes involucrados? HEREDABILIDAD del carácter

Varianza: Dado que la varianza de una distribución tiene causas genéticas y ambientales y además es aditiva

VF = VG + VE, donde VF: Varianza fenotípica totalVG: Varianza debida al genotipoVE: Varianza ambiental

VG = VA + VD + VI , donde VA: Efecto de poligenes aditivosVD : Efecto de DominanciaVI : Efecto de epístasis

Heredabilidad en sentido estrecho: h2 = VA / VFProporción de la varianza fenotípica que es causada por el efecto génicoaditivo. Es una medida de “cuanto” del fenotipo es heredado. Muy usada por criadores

Heredabilidad en sentido amplio: H2 = VG / VFProporción de la varianza fenotípica causada por todos los factores genéticosMide cuanto de las diferencias individuales en una población son debidas a diferencias genéticas

La heredabilidad de un carácter es diferente para cada población y cada ambiente y no puede ser extrapolada de una población a otra o de un ambiente a otroUna alta heredabilidad no significa que un carácter no es afectado por el ambiente

GENÉTICA DE GENÉTICA DE POBLACIONESPOBLACIONES

La genética de poblaciones es la rama de la genética que describLa genética de poblaciones es la rama de la genética que describe en e en términos matemáticos las consecuencias de la genética mendelianatérminos matemáticos las consecuencias de la genética mendeliana a a nivel poblacional. nivel poblacional.

La genética de poblaciones no sólo estudia la estructura genéticLa genética de poblaciones no sólo estudia la estructura genética de a de las poblaciones sino también la transmisión de los genes de una las poblaciones sino también la transmisión de los genes de una generación a la siguiente. Durante dicha transmisión los genotipgeneración a la siguiente. Durante dicha transmisión los genotipos os de los padres se disocian y un nuevo grupo de genotipos constitude los padres se disocian y un nuevo grupo de genotipos constituye ye la descendencia. De esta forma, la continuidad de una generaciónla descendencia. De esta forma, la continuidad de una generación a a otra está dada por los genes y no por los genotipos (o fenotiposotra está dada por los genes y no por los genotipos (o fenotipos) en ) en que ellos aparecen.que ellos aparecen.

PoblaciónPoblación : conjunto de individuos de la misma especie que coexiste : conjunto de individuos de la misma especie que coexiste temporal y geográficamente, entre los que existen relaciones de temporal y geográficamente, entre los que existen relaciones de parentesco. En el sentido genético, una población no es sólo un parentesco. En el sentido genético, una población no es sólo un grupo grupo de individuos, sino un grupo reproductivo.de individuos, sino un grupo reproductivo.

Población Población mendelianamendeliana : subconjunto de la : subconjunto de la poblaciónpoblación ; un grupo de ; un grupo de individuos que se reproducen entre ellos y que comparten un “pooindividuos que se reproducen entre ellos y que comparten un “pool” l” génico transmisible de acuerdo con las reglas mendelianas de la génico transmisible de acuerdo con las reglas mendelianas de la herencia.herencia.

“Pool” génico“Pool” génico : información genética total que poseen los componentes : información genética total que poseen los componentes reproductivos en una población de organismos cuya autorreproducreproductivos en una población de organismos cuya autorreproducción ción contempla la participación de gametos.contempla la participación de gametos.

Frecuencia génica o Frecuencia génica o alélicaalélica : la fracción de alelos de una clase : la fracción de alelos de una clase determinada, en un locus dado, en una población de tamaño determinada, en un locus dado, en una población de tamaño NN..

Consideremos un locus cualesquiera, en el que existen los Consideremos un locus cualesquiera, en el que existen los alelos alelos AA11 y Ay A22 ::

Los genotipos posibles para este par de alelos sonLos genotipos posibles para este par de alelos son ::

AA11 AA11

AA11 AA22

AA22 AA22

Si llamamos Si llamamos pp a la frecuencia del alelo a la frecuencia del alelo AA11, y, y qq a la frecuencia a la frecuencia del alelo del alelo AA22, entonces la distribución de las FRECUENCIAS , entonces la distribución de las FRECUENCIAS GÉNICAS o ALÉLICAS para este locus seráGÉNICAS o ALÉLICAS para este locus será ::

p + q = 1p + q = 1 (1)(1)y por lo tanto es verdadero quey por lo tanto es verdadero que ::

p = 1 p = 1 -- qq (2)(2)

En una población en que los gametos que llevan los alelos En una población en que los gametos que llevan los alelos AA11 oo AA22 se producen con frecuencias se producen con frecuencias pp y y qq respectivamente respectivamente se verifica quese verifica que ::

AA11 AA22(p)(p) (q)(q)

(p(p22)) ((pqpq))AA11 (p)(p) AA11 AA11 AA11 AA22

((pqpq)) (q(q22))AA22 (q)(q) AA11 AA22 AA22 AA22

La distribución de las La distribución de las FRECUENCIAS GENOTÍPICASFRECUENCIAS GENOTÍPICASseráserá ::

AA11 AA11 + 2A+ 2A11 AA22 + A+ A22 AA22 = 1 (3)= 1 (3)pp2 2 + 2pq + q+ 2pq + q2 2 = 1 (4)= 1 (4)

PRINCIPIO DE EQUILIBRIO DE HARDYPRINCIPIO DE EQUILIBRIO DE HARDY--WEINBERGWEINBERG ::

EN UNA POBLACIÓN EN EQUILIBRIO LAS FRECUENCIAS EN UNA POBLACIÓN EN EQUILIBRIO LAS FRECUENCIAS DE LOS GENES, Y DE LOS GENOTÍPOS, PERMANECERÁN DE LOS GENES, Y DE LOS GENOTÍPOS, PERMANECERÁN CONSTANTES DE GENERACIÓN EN GENERACIÓNCONSTANTES DE GENERACIÓN EN GENERACIÓN

En una población en equilibrio, si la frecuencia de En una población en equilibrio, si la frecuencia de AA11 es es pp y la frecuencia de y la frecuencia de AA22 es es qq, donde , donde p + q = 1p + q = 1, , entonces las frecuencias genotípicas de equilibrio entonces las frecuencias genotípicas de equilibrio sonson ::

pp2 2 + 2pq + q+ 2pq + q2 2 = 1= 1

Heterocigocidad: Medida de la variación genética de un locus en una población, esta dada por la frecuencia total de heterocigotos para el locus. Si la frecuencia de uno de los alelos es muy alta y la otra muy baja, habrán pocos heterocigotos porque la mayoría serán homocigotos para el alelo más frecuente.

Las condiciones que deben observarse para que se cumpla el Las condiciones que deben observarse para que se cumpla el equilibrio de equilibrio de HardyHardy--WeinbergWeinberg sonson ::

**QUE NO HAYA SELECCIÓNQUE NO HAYA SELECCIÓN**QUE NO HAYA MIGRACIÓNQUE NO HAYA MIGRACIÓN**QUE NO HAYA MUTACIÓNQUE NO HAYA MUTACIÓN**QUE NO HAYA DERIVA MEIÓTICAQUE NO HAYA DERIVA MEIÓTICA**QUE NO HAYA DERIVA GÉNICAQUE NO HAYA DERIVA GÉNICA**QUE LA POBLACIÓN SEA SUFICIENTEMENTE GRANDEQUE LA POBLACIÓN SEA SUFICIENTEMENTE GRANDE**QUE HAYA PANMIXIAQUE HAYA PANMIXIA**QUE TODOS LOS GENOTIPOS SEAN VIABLESQUE TODOS LOS GENOTIPOS SEAN VIABLES

CÁLCULO DE FECUENCIAS GÉNICAS o ALÉLICASCÁLCULO DE FECUENCIAS GÉNICAS o ALÉLICASA.A.-- CODOMINANCIACODOMINANCIASean los alelos ASean los alelos A11 y Ay A22 codominantescodominantes de modo que cada de modo que cada fenotipo representa un genotipo.fenotipo representa un genotipo.Si definimos la frecuencia de ASi definimos la frecuencia de A11 como como pp y la frecuencia de Ay la frecuencia de A22como como qq, entonces, entonces ::

pp = 2(A= 2(A11 AA11) + (A) + (A11 AA22) / 2) / 2NNyy

qq = 2(A= 2(A22 AA22) + (A) + (A11 AA22) / 2) / 2NN

Donde ADonde A11 AA11, A, A11 AA22 y Ay A22 AA22 representan el numero de representan el numero de individuos del genotipo respectivo y N es el número total de individuos del genotipo respectivo y N es el número total de individuos considerados. Debe notarse que como se estableció individuos considerados. Debe notarse que como se estableció antesantes ::

p + q = 1p + q = 1 ; q = 1 ; q = 1 -- pp

B.B.-- DOMINANCIA Y RECESIVIDADDOMINANCIA Y RECESIVIDADSean los alelos A y a con frecuencias Sean los alelos A y a con frecuencias pp y y qq respectivamente, respectivamente, donde A es dominante sobre a de modo quedonde A es dominante sobre a de modo que ::

GenotipoGenotipo AAAA AaAa aaaaFenotipoFenotipo A_A_ aaaa

Si la población considerada está en equilibrio, entonces la Si la población considerada está en equilibrio, entonces la distribución de las frecuencias de los genotipos será distribución de las frecuencias de los genotipos será exactamenteexactamente ::

GenotipoGenotipo AAAA AaAa aaFrecuencia pFrecuencia p2 2 2pq q2pq q22

FenotipoFenotipo A_A_ aaaaEn esta condición, la frecuencia del fenotipo recesivo es En esta condición, la frecuencia del fenotipo recesivo es exactamente exactamente qq22 de modo quede modo que qq se calcula como la raíz se calcula como la raíz cuadrada de la frecuencia relativa del fenotipo recesivo. cuadrada de la frecuencia relativa del fenotipo recesivo. Finalmente, como Finalmente, como p + q = 1p + q = 1, entonces , entonces p = 1 p = 1 -- qq

C.C.-- UN LOCUS CON TRES ALELOS (el caso de los grupos UN LOCUS CON TRES ALELOS (el caso de los grupos sanguíneos ABO)sanguíneos ABO)

Sean los alelos ISean los alelos IAA, I, IBB e i, con frecuencias e i, con frecuencias pp, , qq y y rrrespectivamente. La distribución de las frecuencias génicas respectivamente. La distribución de las frecuencias génicas seráserá ::

p + q + r = 1p + q + r = 1

y la distribución de las frecuencias de los genotipos, que se y la distribución de las frecuencias de los genotipos, que se puede predecir a partir de la distribución de las frecuencias puede predecir a partir de la distribución de las frecuencias génicas, esgénicas, es ::

(p + q + r)(p + q + r)22 = 1= 1

de donde se obtiene quede donde se obtiene que ::

pp22 + 2pq + 2pr + q+ 2pq + 2pr + q22 + 2qr + r+ 2qr + r22 =1=1

Es posible escribir entonces lo siguienteEs posible escribir entonces lo siguiente ::

Frecuencia pFrecuencia p2 2 2pr q2pr q2 2 2qr 2pq r2qr 2pq r22

GenotipoGenotipo IIAA IIA A IIAA i Ii IBB IIB B IIBB ii IIAA IIBB iiii

Fenotipo AFenotipo A BB ABAB OO

Entonces, la frecuencia del alelo i se calcula como la raíz Entonces, la frecuencia del alelo i se calcula como la raíz cuadrada de la frecuencia relativa de los individuos cuyo cuadrada de la frecuencia relativa de los individuos cuyo fenotipo es O.fenotipo es O.

Para calcular la frecuencia de, por ejemplo IPara calcular la frecuencia de, por ejemplo IAA, escribimos, escribimos ::pp22 + 2pr + r+ 2pr + r22 = A + O= A + O

Lo que podemos reLo que podemos re--escribir comoescribir como ::(p + r)2 = A + O

de donde se obtiene que de donde se obtiene que p + rp + r es igual a la raíz cuadrada de es igual a la raíz cuadrada de la suma de las frecuencias relativas de los individuos de la suma de las frecuencias relativas de los individuos de fenotipo A y O. Puesto que conocemos el valor de fenotipo A y O. Puesto que conocemos el valor de p + rp + r, y el , y el valor de valor de rr, podemos despejar el valor de , podemos despejar el valor de pp. Finalmente, . Finalmente, debido a que debido a que p + q + r = 1p + q + r = 1, es también posible conocer el valor , es también posible conocer el valor de de qq..

Distribución del alelo IDistribución del alelo IAA

MIGRACIONES

qo = frecuencia alélica o génica inicial de la población receptoraQ = frecuencia alélica o génica de la población que migram = proporción de los nuevos genes introducidos en cada generación

Primera generación f(q) = qo(1-m) + mQ

Ejemplo: Alelo r (Rh)Blancos = 0,028Afroamericanos = 0,446Africanos = 0,630

10 generaciones = (1 - m)10 = q10 - Q = 0,446 - 0,028 = 0,649qo - Q 0,630 - 0,028

m = 0,036

El 3,6% de los genes de la población afroamericana fueron introducidosde la población blanca en cada generación

DERIVA GENICA AL AZAR

Si una población tiene un tamaño finito y cada par de padres tiene un número pequeño de hijos, entonces las frecuencias génicas no serán exactamente reproducidas en la siguiente generación debido a error de muestreo.

Si en una población de 1000 individuos, la frecuencia de a es q = 0,5 puede ser que en la siguiente generación sea 0,493 o 0,504, por la probabilidad de que ocurra una mayor o menor progenie de cada genotipo.

El resultado final es que la población puede llegar a q=1 o q=0 y hacerse homocigota

En cada generación la Deriva Génica reduce la frecuencia de heterocigotos en 1/2N, el efecto dependerá del tamaño efectivo poblacional (Ne)

TAMAÑO POBLACIONAL PEQUEÑO Y FALTA DE PANMIXIA

Consanguineidad : Apareamiento entre individuos que tienen ancestros comunesApareamiento al Azar negativo: Elección de pareja por parecido en algún locus (altura, color de piel)

En ambos casos la consecuencia para la población es la misma, disminución de la heterocigocidad y aumento de los homocigotos. La consanguinidad depende del tamaño efectivo de la población

Si dos individuos están genéticamente relacionados tendrán por lo menos un ancestro en común y la probabilidad de que ambos lleven un alelo del mismo origen

Coeficiente de Consanguinidad (F): probabilidad de que dos alelos de un individuo sean idénticosF = 0, sin consanguinidadF = 1, consanguinidad completa

MUTACIONES

Si alelo A muta a alelo a , puede terminar por desaparecer A y se fija alelo a en la población

Tasa de mutación A a = uFrecuencia inicial de A = poPrimera Generación f(A) = po (1 - u)n Generaciones f(A) = po (1 - u)n (1 - u)n, se irá acercando a 0 A desaparece y se fija a

Si u=10-5 y po=1, después de 60.000 generaciones de mutaciones continuas recién p=0,5

En general las tasas mutacionales son bajas y no pueden dar cuenta por si solas de la rápida evolución de las poblaciones y las especies

SELECCIÓN

Darwin planteó que la evolución consiste de dos procesos: la diversidad de los organismos y la adaptación de ellos.Organismos con fenotipos mas adecuados al ambiente sobrevivirán y se reproducirán mas exitosamente, a este proceso lo denominó SELECCIÓN NATURAL.Por lo tanto, el alelo que sea más exitoso reproductivamente tendrá una frecuencia mayor en la población.

Eficacia Biológica (Fittnes) : Éxito reproductivo relativo, valor selectivo o adaptativo = WSe mide como el número de descendientes producidos por un genotipo en comparación con otroW = Proporción de descendientes que viven hasta la madurez, W = s - 1

Genotipo más productivo : W = 1, s = 0Genotipo Letal : W = 0, s = 1

Los fenotipos de Los fenotipos de BistonBiston betulariabetulariay el y el melanismomelanismo industrialindustrial

Líneas azules, tendencia a aumentar la variación dentro de la población

Líneas rojas, tendencia a disminuir la variación dentro de la población

Especie (en organismos con reproducción sexuada): Un grupo de organismos que son biológicamente capaces de reproducirse entre ellos aislados genéticamente de otros grupos. Presentan aislamiento reproductivo que puede darse a distintos niveles:

Mecanismos pre-cigóticos:Geográficos o ecológicos: Las poblaciones ocupan habitats diferentesEstacionales o temporales: La madurez sexual se produce en épocas diferentesEtológicos: Diferentes comportamientos de apareamientoMecánicos: Incapacidad anatómica de copularFisiológicos: Los gametos no sobreviven en tractos reproductivos extraños, no hay fecundación

Mecanismos pos-cigóticos:Inviabilidad o debilidad de los híbridos: Incapacidad de que ocurra desarrollo embrionario normalHíbridos estériles: Los hibridos producidos no pueden dejar descendencia

Simpátricas : Especies que comparten un ambiente común

Alopátricas : Especies separadas por una barrera geográfica

0.7CHIMPANCE

CHIMPANCE PIGMEOHUMANO

GORILAORANGUTAN

GIBON COMUN

SIAMANGA

MONOS DEL VIEJO MUNDO

1,8

2,33,7

5,2

7,72,2

35 30 25 20 15 10 5 0Hace millones de años

Secuencia Secuencia filogenéticafilogenética de los primates de los primates homínidoshomínidos y de los monos del y de los monos del Viejo Mundo, estimada por hibridación del DNA Viejo Mundo, estimada por hibridación del DNA

La medida de parentesco se denomina ΔT50H y está relacionada con el apareamiento de moléculas de DNA híbridas formadas cuando se mezclan cadenas sencillas de DNA de las dos especies. Entre la especie humana y los chimpancés, el ΔT50H es 1,8Para otras especies diferencias de menos de 2 hace que se las clasifique en el mismo género y familia.

Los antecesores primitivos de la especie humana surgieron en África.Una especie ancestral, H. erectus se extendió desde allí para poblar Europa y Asia hace 1 millón de años

¿Cómo y de donde se originó el Homo sapiens?

1.- Se originó en varias regiones del Viejo Mundo, como parte de una red de linajes descendientes del Homo erectus: apoyado por los registros fósiles

2.- Se originó en África hace unos 200.000 años : apoyado por los resultados de análisis de RFLP en DNA mitocondrial (linaje materno), cromosoma Y y locus CD4 del cromosoma 12