Genética y Selección Natural - Universidad Nacional de...
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Genética y Selección Natural
Néstor Javier Mancera RodríguezCurso: Vida Silvestre
Código: 3000431-1
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIASEDE MEDELLÍN
FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIASDEPARTAMENTO DE CIENCIAS FORESTALES
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Darwin luego de 5 años observando, encontró evidencia de cambios aparentes en especies vivientes
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Darwin (y Wallace)
Dieron origen a la idea de Evolución Biológica por medio de la operación de Selección Natural
Hay reproducción sexual
Hay herencia
Hay competencia intra-específica
Los individuos que superviven y/o reproducen mejor (gracias a sus genes) tienen más contribución a la generación siguiente
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La selección natural ocurre debido a lo siguiente
Existe variabilidad fenotípica entre individuos.
Esta variabilidad tiene una base genética, es decir al menos en
parte se hereda.
Esta variabilidad fenotípica está relacionada con la capacidad
de supervivencia y el éxito reproductivo de los individuos.
“Pensamiento poblacional.” El gradualismo y el seleccionismo
implican que toda la diversidad biológica es producto de
procesos poblacionales.
Tomado de: evolucion.fcien.edu.uy/Diapositivas/Expansion2006.pdf
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MENDEL, la naturaleza particulada de los factores
hereditarios y la segregación
1822-1884
Tomado de: evolucion.fcien.edu.uy/Diapositivas/Expansion2006.pdf
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Variación fenótípica: efectos genéticos y efectos ambientales
Tomado de: evolucion.fcien.edu.uy/Diapositivas/Expansion2006.pdf
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Yule en 1902 demostró formalmente que la variación
continua puede ser explicada por factores mendelianos
Johannsen produjo líneas puras de judías princesa y mostró
que parte de la variabilidad en la altura tenía base hereditaria
Yule en 1906 propuso el modelo de varios loci actuando en
forma aditiva y demostró formalmente que la variación
continua puede ser explicada por factores mendelianos.
Tomado de: evolucion.fcien.edu.uy/Diapositivas/Expansion2006.pdf
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El modelo multi-loci de alelos aditivos de Yule
Demostrado experimentalmente para el carácter color de grano en el trigo por Nilsson-Ehle
3 loci, 2 alelos cada locus. Cada alelo “grande” aporta un grado al color, de forma tal que AABBCC es rojo y aabbcc es blanco
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Un LocusAa x Aa
2 LociAaBb x AaBb
3 LociAaBbCc x AaBbCc
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La problemática de la genética de
poblaciones es la descripción y
explicación de la variación genética
dentro y entre poblaciones
TTheodosiousheodosious DobzhanskyDobzhansky
Tomado de: bioinformatica.uab.es/diaposcurso/tema17/tema17.ppt
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Ley de Hardy-Weinberg (1908)
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Ley del equilibrio de Ley del equilibrio de HardyHardy--WeinbergWeinberg
Considera como se relacionan las frecuencias alélicas y
genotípicas en una población bajo una serie de supuestos ideales
Generaciones discretas y no solapantes
•Apareamiento aleatorio
•Tamaño de población infinito
•No mutación, no migración, ni deriva genética entre
poblaciones
•No diferencias en eficacia biológica (selectivas) entre los
distintos genotipos
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Ley del equilibrio de Ley del equilibrio de HardyHardy--WeinbergWeinberg
“En una población grande que se encuentre en
apareamiento al azar, las frecuencias génicas y genotípicas
permanecerán constantes de una generación a la
siguiente, mientras no haya selección, mutación,
migración, ni deriva genética”
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Ley del equilibrio de Ley del equilibrio de HardyHardy--WeinbergWeinberg
La frecuencia génica de los parentales al cuadrado,
determina la frecuencia genotípica de los homocigotos
respectivos en la descendencia, y
Dos veces el producto de la frecuencias génicas de los
parentales determina la frecuencia genotípicas de los
heterocigotos en la descendencia”
22 2 qpqpqyp ++⇒
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Los supuestos implican una unión aleatoria de los alelos para formar genotipos
Esperma
Huevos
AAp2
Aapq
Aapq
aaq2
Ap
aq
a qA p
Frecuencias
alélicas
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Ley de Ley de HardyHardy--WeinbergWeinberg
Frecuencia cigotos (progenie)
Apareamiento Frecuenciaapareamiento
AA Aa aa
AA x AA P2 1 0 0
AA x Aa 2PQ ½ ½ 0
AA x aa 2PR 0 1 0
Aa x Aa Q2 ¼ ½ ¼
Aa x aa 2QR 0 ½ ½
aa x aa R2 0 0 1
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
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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
0 0,
1 0,
2 0,
3 0,
4 0,
5 0,
6 0,
7 0,
8 0,
9 1,
0
p
Frec
uenc
ia
2pq (Aa)
p2 (AA)q2 (aa)
Tomado de: bioinformatica.uab.es/diaposcurso/tema17/tema17.ppt
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MM MN NN Total
Número observado 1787 3037 1305 6129
Frec. genot. observada 0,292 0,496 0,213 1
Frec. de M 0,539
Frec. de N 0,461
Frec. genot. esperada 0,291 0,497 0,212 1
p2 2pq q2
Número esperado 1782,7 3045,5 1300,7 6129
84,3
04887,0)(
2..1;05,0
22
=
=−
Σ=
lg
esperadonúmeroesperadonúmeroobservadonúmeroX
χ
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Consecuencias de las desviaciones del apareamiento Consecuencias de las desviaciones del apareamiento aleatorioaleatorio
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
Tomado de: bioinformatica.uab.es/diaposcurso/tema17/tema17.ppt
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Desviaciones del apareamiento aleatorioDesviaciones 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
Tomado de: bioinformatica.uab.es/diaposcurso/tema17/tema17.ppt
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Coeficiente de Consanguinidad (F): probabilidad de que dos
alelos de un individuo sean idénticos
F = 0, sin consanguinidad
F = 1, consanguinidad completa
Si F = 1,
2pq - 2pq = 0 Desaparecen los heterocigotos de la población
Tomado de: weblogs.udp.cl/esteban.araneda/archivos/(9293)clase_poblaciones.ppt
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La reducción de la heterocigocidad depende del tamaño
efectivo de la población, mientras mayor sea, más
generaciones demorará la pérdida de heterocigotos.
La consanguinidad puede traer importantes efectos deletéreos,
porque hay mayor probabilidad de individuos homocigotos que
presenten alteraciones genéticas
La consanguinidad contribuye a la variación genética entre las
poblaciones, haciéndolas homocigotas para alelos al azar.
Tomado de: weblogs.udp.cl/esteban.araneda/archivos/(9293)clase_poblaciones.ppt
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Población mendeliana
Conjunto de individuos intercruzables que comparten un acervo
genético común (con reproducción real o potencial entre ellos)
Tomado de: bioinformatica.uab.es/diaposcurso/tema17/tema17.ppt
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Pool Génico: Suma total de genes de los gametos de una
población
Polimorfismo: Variación genética reflejada a distintos niveles
fenotípicos (morfológico, fisiológico, cromosómico,
inmunológico, proteínico, secuencias de DNA), dentro de una
población o entre poblaciones.
Polimorfismo Balanceado (equilibrio estable), permite la
mantención de la variabilidad genética en la población.
Polimorfismo Inestable : Si cualquier alteración de las
frecuencias en equilibrio da lugar a que uno de los alelos se
fije en la población.
Población mendeliana
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Población mendeliana
Frecuencia Fenotípica: Proporción de los diferentes
fenotipos en una población
Frecuencia Genotípica: Proporción de los diferentes
genotipos en una población
Frecuencia Génica o Alélica: Proporción de los diferentes
alelos de un gen en una población (haplotipo).
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Factores que cambian las frecuencias génicas en las poblaciones
p = f(A)
Deriva genética
Selección naturalMutación
Migración
Tomado de: bioinformatica.uab.es/diaposcurso/tema17/tema17.ppt
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Lo único que se trasmite a la descendencia son genes
GenotipoGenotipoFenotipoFenotipo
Expresión génica, desarrollo
Siguiente generación
Transmisión
Tomado de: bioinformatica.uab.es/diaposcurso/tema17/tema17.ppt
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Evolución desde la perspectiva poblacional:
Es el cambio acumulativo en la composición
genética de las poblaciones.
Ritmo de la evolución: el gradualismo.
Mecanismos de la evolución: la selección natural.
modificado de: bioinformatica.uab.es/diaposcurso/tema17/tema17.ppt
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Polimorfismos de DNAPolimorfismos de DNA
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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.
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Generalización del Equilibrio de Generalización del Equilibrio de HardyHardy--WeinbergWeinberg
Dominancia: Dominancia: Ventaja reproductiva del heterocigoto, lo que
permite que ambos alelos permanezcan en equilibrio en la
población.
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 alelosMúltiples 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
Tomado de: bioinformatica.uab.es/diaposcurso/tema17/tema17.ppt
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Selección Natural
La fuerza creativa que lleva al proceso de adaptación de los
organismos a compaginar cambios en su entorno físico y
biológico
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.
Tomado de: weblogs.udp.cl/esteban.araneda/archivos/(9293)clase_poblaciones.ppt
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La “meta” del organismo es dejar la mayor cantidad de
progenie posible
Lucha por la existencia: sobrevivir, encontrar pareja,
reproducirse, la progenie debe dispersarse, algunos sobrevivir
para sobrevivir debe:
- Ser exitoso en su entorno físico,
- Competir con individuos de la misma y otras especies
(puede incluir selección sexual)
- Evitar ser comido
- Sobrevivir ataques por parásitos y patógenos.
http://www.upch.edu.pe/facien/dcbf/bio1/ppt/AV-seleccion-natural-Bio1.pptTomado de:
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La selección natural ocurre debido a lo siguiente
Existe variabilidad fenotípica entre individuos.
Esta variabilidad tiene una base genética, es decir al menos en
parte se hereda.
Esta variabilidad fenotípica está relacionada con la capacidad
de supervivencia y el éxito reproductivo de los individuos.
“Pensamiento poblacional.” El gradualismo y el seleccionismo
implican que toda la diversidad biológica es producto de
procesos poblacionales.
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Como funciona la selección natural?
Descendencia con modificación
El genotipo provee la parte heredable,
Pero la selección actúa sobre el fenotipo (forma visible), esto
incluye desarrollo, morfología, comportamiento.
http://www.upch.edu.pe/facien/dcbf/bio1/ppt/AV-seleccion-natural-Bio1.pptTomado de:
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Existen caracteres beneficiosos en el fenotipo que confieran
alguna ventaja (en alguna manera, aunque ínfima) en la
sobrevivencia y/o la reproducción.
Estos caracteres beneficiosos son heredables.
Los menos beneficiosos disminuirán en frecuencia en la
siguiente generación.
Ni Darwin, ni Wallace entendían el mecanismo de
heredabilidad (genética Mendeliana, etc.).
La importancia radicaba en la heredabilidad de caracteres no
en el mecanismo de heredabilidad
http://www.upch.edu.pe/facien/dcbf/bio1/ppt/AV-seleccion-natural-Bio1.pptTomado de:
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El entorno es crucial para la selección natural
Los límites del entorno son los que determinan que caracteres
son los beneficiosos
Los cambios en el entorno tanto en espacio como tiempo
traen consigo cambios en los caracteres de los organismos
En el espacio, dentro de una especie: gradientes
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En el tiempo, dentro de un linaje: evolución, cambio
morfológico.
El entorno incluye otros organismos:
Un nuevo competidor, depredador, patógeno, constituyen
nuevos factores del entorno para ser tomados en cuenta
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La selección natural no puede predecir el futuro.
Solo puede mejorar la estructura en el contexto de
su utilidad actual
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Tipos de selección1. Selección Céntripeta o estabilizante: un fenotipo intermedio es favorecido
sobre los extremos
2. Selección direccional: un fenotipo extremo es favorecido y la curva de
distribución de fenotipos se mueve en esa dirección (no mantiene la
variabilidad genética)
3. Selección Cíclica: Selección en una dirección en una generación o estación y
en sentido contrario en la siguiente, ayuda a mantener las diferencias
genéticas en una población
4. Selección disruptiva: dos o mas fenotipos son favorecidos sobre el
intermedio.
1 2 3 4
Tomado de: weblogs.udp.cl/esteban.araneda/archivos/(9293)clase_poblaciones.ppt
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formas de selección natural
Selección estabilizante
Selección direccional
Selección disruptiva
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La variación genética dentro y entre las poblaciones es elresultado de las inter-relaciones entre las distintas fuerzasevolutivas.
Fuerza Variación dentro Variación entrede Poblaciones Poblaciones
Consanguinidad _ +o Deriva Génica
Mutaciones + _
Migraciones + _
Selección:Direccional _ +/-
Balanceada + _
Líneas azules, tendencia a aumentar la variación dentro de la población
Líneas rojas, tendencia a disminuir la variación dentro de la población
Tomado de: weblogs.udp.cl/esteban.araneda/archivos/(9293)clase_poblaciones.ppt
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¿Evidencia para selección direccional?
El estudio de caso clásico
es de las polillas de
pimiento de Inglaterra
La forma melanística
aumentó en abundancia
en el siglo 19
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Especie (en organismos con reproducción sexuada): Presentan aislamiento
reproductivo que puede darse a distintos niveles:
Mecanismos pre-cigóticos:
Geográficos o ecológicos: Las poblaciones ocupan hábitats diferentes
Estacionales o temporales: La madurez sexual se produce en épocas diferentes
Etológicos: Diferentes comportamientos de apareamiento
Mecánicos: Incapacidad anatómica de copular
Fisiológicos: 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 normal
Híbridos estériles: Los híbridos producidos no pueden dejar descendencia
Tomado de: weblogs.udp.cl/esteban.araneda/archivos/(9293)clase_poblaciones.ppt