Reconstrucción de la historia evolutiva de

los genes II: Ejemplos

Puntos a tratar en el Tema 7:Puntos a tratar en el Tema 7:Puntos a tratar en el Tema 7:Puntos a tratar en el Tema 7:•Casos paradigmáticos de estudios de variación en Casos paradigmáticos de estudios de variación en un genun gen•La variación en el gen La variación en el gen AdhAdh de Drosophila como de Drosophila como paradigma de los tres tipos de selección a nivel paradigma de los tres tipos de selección a nivel molecularmolecular•Test al neutralismo:Test al neutralismo:

•Test Hudson-Kreitman-Aguadé o HKA (1987)Test Hudson-Kreitman-Aguadé o HKA (1987)•Test de McDonald y Kreitman (1991)Test de McDonald y Kreitman (1991)•Test de Tajima (1989)Test de Tajima (1989)•Test de Fu y Li (1993)Test de Fu y Li (1993)

•La leyenda de una dinastía china: JingweiLa leyenda de una dinastía china: Jingwei•DNA mitocondrial y Evolución humanaDNA mitocondrial y Evolución humana

•Casos paradigmáticos de estudios de variación en Casos paradigmáticos de estudios de variación en un genun gen•La variación en el gen La variación en el gen AdhAdh de Drosophila como de Drosophila como paradigma de los tres tipos de selección a nivel paradigma de los tres tipos de selección a nivel molecularmolecular•Test al neutralismo:Test al neutralismo:

•Test Hudson-Kreitman-Aguadé o HKA (1987)Test Hudson-Kreitman-Aguadé o HKA (1987)•Test de McDonald y Kreitman (1991)Test de McDonald y Kreitman (1991)•Test de Tajima (1989)Test de Tajima (1989)•Test de Fu y Li (1993)Test de Fu y Li (1993)

•La leyenda de una dinastía china: JingweiLa leyenda de una dinastía china: Jingwei•DNA mitocondrial y Evolución humanaDNA mitocondrial y Evolución humana

Casos paradigmáticos de estudios de variación dentro de un gen

Casos paradigmáticos de estudios de variación dentro de un gen

•Kreitman, M. 1983. Kreitman, M. 1983. Nucleotide polymorphism at the alcohol dehydrogenase locus of Drosophila melanogaster. Nature 304: 412-417.•Berry, A. J., J. W. Ajioka y M. KreitmanBerry, A. J., J. W. Ajioka y M. Kreitman. 1991. Lack of polymorphism on the Drosophila fourth chromosome resulting from selection. Genetics 129: 1111-1117.•McDonald, J. H. y M. KreitmanMcDonald, J. H. y M. Kreitman. 1991. Adaptative protein evolution at the Adh locus in Drosophila. Nature 351: 652-654.•Begun, D. J. y C. F. AquadroBegun, D. J. y C. F. Aquadro. 1992. Levels of naturally ocurring DNA polymorphism correlate with recombination rates in D. melanogaster. Nature 356: 519-520.•Long, M. y C. H. LangleyLong, M. y C. H. Langley. 1993. Natural selection and the origin of jingwei, a chimeric processed functional gene in Drosophila. Science 260: 91-95.

Estructura del gen Adh (256 codones)

Exón 1 Exón 2 Exón 3 Exón 4

3’5’

El gen Adh de Drosophila melanogasterEl gen Adh de Drosophila melanogasterKreitman, M. 1983. Kreitman, M. 1983. Nucleotide polymorphism at the alcohol dehydrogenase locus of Drosophila melanogaster. Nature 304: 412-417.

13 polimorfismos sinónimos (Se espera 1/4 mutaciones en región codificante sean sinónimas) 1 polimorfismo no sinónimo

El gen cubitus interruptus de D. melanogasterEl gen cubitus interruptus de D. melanogaster

Berry, A. J., J. W. Ajioka y M. KreitmanBerry, A. J., J. W. Ajioka y M. Kreitman. 1991. Lack of polymorphism on the Drosophila fourth chromosome resulting from selection. Genetics 129: 1111-1117.

•Gen situado en el cromosoma 4, un cromosoma puntual en el que no hay recombinación

•Ni una variante nucleotídica en 10 alelos secuenciados

•Divergencia entre D. melanogaster y D. simulans fue del 5%. El test HKA compara la relación entre el polimorfismo/divergencia de este gen y el de la región flanqueante del gen Adh como locus de “referencia”. Hay diferencias significativas

Animacióndel efecto

autoestopista

Selección equilibradora en el gen Adh de Drosophila melanogaster

Selección equilibradora en el gen Adh de Drosophila melanogaster

Comparación variabilidad

entre alelos F/S mediante sliding

window

Test de McDonald y KreitmanTest de McDonald y KreitmanTest de McDonald y KreitmanTest de McDonald y Kreitman

¿Es la evolución adaptativa responsable de la ¿Es la evolución adaptativa responsable de la fijación de diferencias entre las especies en los fijación de diferencias entre las especies en los

polimorfismos no sinónimos?polimorfismos no sinónimos?

•Hipótesis neutralista: Hipótesis neutralista: En las mutaciones neutras hay correlación entre divergencia y polimorfismo

•Hipótesis adaptativa:Hipótesis adaptativa: las fijaciones adaptativas pueden dar lugar a un desacoplamiento entre divergencia y polimorfismo

¿Es la evolución adaptativa responsable de la ¿Es la evolución adaptativa responsable de la fijación de diferencias entre las especies en los fijación de diferencias entre las especies en los

polimorfismos no sinónimos?polimorfismos no sinónimos?

•Hipótesis neutralista: Hipótesis neutralista: En las mutaciones neutras hay correlación entre divergencia y polimorfismo

•Hipótesis adaptativa:Hipótesis adaptativa: las fijaciones adaptativas pueden dar lugar a un desacoplamiento entre divergencia y polimorfismo

McDonald, J. H. Y M. KreitmanMcDonald, J. H. Y M. Kreitman. 1991. Adaptative protein evolution at the Adh locus in Drosophila. Nature 351: 652-654.

Test de McDonald y KreitmanTest de McDonald y KreitmanTest de McDonald y KreitmanTest de McDonald y Kreitman

•Hipótesis nula: Hipótesis nula: la proporción de mutaciones sinónimas y no sinónimas es la misma tanto para las variantes fijadas como para las polimórficas

•Test de G o Test de G o 22: : las mutaciones se clasifican bien en (1) fijadas, o polimórficas; o bien (2) sinónimas o no sinónimas)

•Hipótesis nula: Hipótesis nula: la proporción de mutaciones sinónimas y no sinónimas es la misma tanto para las variantes fijadas como para las polimórficas

•Test de G o Test de G o 22: : las mutaciones se clasifican bien en (1) fijadas, o polimórficas; o bien (2) sinónimas o no sinónimas)

Test de McDonald y KreitmanTest de McDonald y KreitmanTest de McDonald y KreitmanTest de McDonald y Kreitman

Fijada PolimórficaFijada Polimórfica

No sinónimaNo sinónima 7 (3,2) 2 (5,8)

SinónimaSinónima 17 (20,8) 42 (38,2)

Polimorfismo y divergencia en locus Adh de especies próximas Drosophila melanogaster, simulans y yakuba

G = 7,43 ó X2 = 8,1

Efecto de la recombinación local sobreEfecto de la recombinación local sobrela variación genéticala variación genética

Efecto de la recombinación local sobreEfecto de la recombinación local sobrela variación genéticala variación genética

Begun, D. J. Y C. F. AquadroBegun, D. J. Y C. F. Aquadro. 1992. Levels of naturally ocurring DNA polymorphism correlate with recombination rates in D. melanogaster. Nature 356: 519-520.

Coeficiente de intercambio

Div

ersi

dad

nu

cleo

tíd

ica 20 genes de Drosophila melanogaster

Test de Tajima (1989)Test de Tajima (1989)Test de Tajima (1989)Test de Tajima (1989)

Si teoría neutralista aplica a una serie de secuencias, entonces

= = Estadístico

de Desviación, D

D sigue una distribución con media 0 y var. 1

D 0 no neutralismoD < 0 Selec. PurificadoraD > 0 Selec. equilibradora

221

21212

2

1

11

1

21

/)/()2(

1

)1(

/

/

aa

aananbe

a

ab

e

SSeSe

askD

as

i

i

Origen de nuevos genes

Origen de nuevos genes

Adh teissieri

Adh yakuba

Jingweiteissieri

Jingwei yakuba

Adh outgrop

Retrotransposición

Análisis filogenético de la evolución de la Análisis filogenético de la evolución de la porción de Jingwei derivada de Adhporción de Jingwei derivada de Adh

0/18 2/8 192/1918

0/0 8/0

4/1111,0

21/1623,0

No sinónima/sinónima

In an ancient legend from China (San Hai Jing), Jingwei, a daugther of the Emperor Yande (first Chinese emperor 3000 B.C.), tragically drowned while swimming in the East China Sea. Jingwei was then reincarnated as a beautiful bird that drops stones and wood into the sea in an attempt to fill it, thus preventing others from drowning. We used the name “jingwei” because this gene avoided the usual fate of processed gene (death) and was “reincarnated” into a new structure with novel function

Tie

mp

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po

Nú

mer

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asN

úm

ero

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dif

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cias

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cleo

tíd

icas

nu

cleo

tíd

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Hipótesis sobre el origen de los humanos modernosHipótesis sobre el origen de los humanos modernos

Hipótesis multiregional Hipótesis del reemplazamiento (out of Africa)

Un árbol de genes de Un árbol de genes de 135 haplotipos de 135 haplotipos de

DNA mitocondrial en DNA mitocondrial en la especie humanala especie humana

(Vigilant et al. 1991)(Vigilant et al. 1991)

¡mtDNA DEL HOMBRE DE NEANDERTAL!¡mtDNA DEL HOMBRE DE NEANDERTAL!

En el número de Cell del 11 de Julio 1997 aparece un artículo extraordinario: se ha secuenciado un trecho de DNA mitocondrial del hueso de un fósil de Neandertal. Los resultados de la comparación con secuencias homólogas de humanos sugiere que los neandertales se extinguieron sin contribuir al DNA mitocondrial humano.

Caso dental del FloridaCaso dental del Florida

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La filogenia de los Cuentos de

Canterbury(Geoffrey Chaucer)

Nature (1998)

394:839

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