1

Tema 15: Alteraciones del equilibrio Hardy-Weinberg:

Procesos dispersivosNicholas F.W. (1996)

Klug W y Cummings MR (1999)

Tamarin RH (1996)

Puertas (1992)

Falconer (1996)

Inma Martín-Burriel: minma@unizar.es

Objetivos:

• Conocer la importancia del tamaño de las poblaciones y el efecto que el mismo puede tener sobre ellas.

• Entender el significado de Deriva genética en poblaciones pequeñas.

• Comprender el concepto de consanguinidad.

2

Contenidos

• Poblaciones pequeñas

• Deriva genética

• Tamaño efectivo de la población

• Endogamia: concepto, cálculo y efectos

Afectan a las poblaciones de tamaño pequeño, NO sabemos en que dirección va ir el cambio:

- Deriva genética - Consanguinidad

Procesos sistemáticos Procesos dispersivos

Alteraciones del equilibrio Hardy-Weinberg

HomocigosisFluctuaciones erráticas de las frecuencias génicas

Procesos dispersivos

3

Deriva genéticaCambio en las frecuencias génicas como consecuenciade la reproducción de un número pequeño de individuos.

Resultado de un millón de lanzamientos de moneda: 50% caras 50% cruces

Resultado de 10 lanzamientos de moneda: ¿50% caras 50% cruces?

Errores aleatorios de muestreo

Deriva genética

A1A2 A1A2

A2A2A1A2A1A1

n=2

1/4 1/2 1/4Probabilidades

n=2

2 individuos A1A1

2 individuos A1A2

2 individuos A2A2

1 A1A1 + 1 A1A2

1 A2A2 + 1 A1A2

1 A1A1 + 1 A2A2

1/4 1/2 1/4Probabilidades

A1A2 A1A2

A2A2A1A2A1A1

n=1000

n=100025% individuos A1A1

50% individuos A1A2

25% individuos A2A2

4

Deriva genética

1.Las frecuencias cambian de una generación a la siguiente como consecuencia de unerror de muestreo. No podemos conocer qué valores tendrán las frecuencias.

2. No hay cambio sistemático en la frecuencia alélica, no podemos predecir qué alelo seconvertirá en el más común o el más raro.

3.Las poblaciones tienen a fijar uno de los alelos presentes en la población Pérdida dediversidad genética.

4.El tiempo de fijación es inversamente proporcional al tamaño de la población. A mayortamaño, menor efecto de deriva.

Número de progenitores que intervienenen una generación para formar lasiguiente.

4NhNmNh+Nm

Ej. n=1000nº de parejas = 300

Ne = 600Ej. Si uno de los sexos esta limitado (I.A)

Nm= 3Nh= 300

Ne= 4. 300 . 3 /300 + 3= 11

Tamaño efectivo de la población

Ne=

5

Poblaciones pequeñas

• Poblaciones grandes:– Frecuencias estables de generación en

generación en condiciones HW

• Poblaciones pequeñas:– Inestabilidad de frecuencias

– Cambios debidos al muestreo

– Se transmite una muestra de genes a la siguiente generación. Si la muestra no es grande cambio entre generaciones

Origen de las poblaciones pequeñas

1. Aislamiento reproductivo

2. Cuello de botella

3. Efecto fundador

6

1. Aislamiento reproductivo

1. División geográfica (por fenómenos naturales o artificiales) POBLACIONES AISLADASreproductivamente.

Efecto de la selección natural

Y polymorphisms: Haplogroup frequencies across Central Asia. From Zerjal et al, 2002.

Sociedad Canadiense de Parques y Vida Silvestre

Efecto del aislamiento reproductivo

EVOLUCIÓN

- Aleatorio debido al muestreo.- No tiene en cuenta la eficacia biológica.- Afecta a los genotipos (puede dar lugar o no a cambios fenotípicos)- Mayor efecto en poblaciones pequeñas.- Efecto mayor que selección en caracteres con frecuencias muy bajas.

-Direccional según la eficacia biológica.- Actúa sobre los fenotipos.- Ignora los alelos neutros.- Mayor efecto en poblaciones grandes

2. Cuello de botella

2. Reducción del tamaño de la población a un número pequeño de supervivientes.

Causas: -Catástrofes naturales-Pesca o caza incontrolada.- Utilización de IA o pocos reproductores

7

3. Efecto fundador

• Establecimiento de una población nueva a partir de un pequeño número de individuos procedente de otra población.

Nueva población genéticamente distinta a la original.

Pérdida de variabilidad por el muestreo y la deriva.

Población original

Supervivientes/ fundadores

Nueva población:-Más homogénea.-Incremento de frecuencia de alelos raros

Diferenciación de poblaciones

Visualización de la variación de frecuencias en programas

de deriva- PQGen

(Dr. Juan Altarriba, Universidad de Zaragoza)https://sites.google.com/a/unizar.es/pqgen/

8

Ne=10

Ne=25

Ne=1000

La deriva en poblaciones con Ne pequeños, originará cambios en las frecuencias

génicas más importantes que la migración o selección.

Efectos de la deriva genética

Efectos de la deriva genética

• Las poblaciones se hacen homocigotas, tendiendo a fijarse uno de los alelos, éste no tiene que ser el de mayor eficacia biológica

• Las frecuencias génicas fluctúan al azar y tras muchas generaciones tienden a la fijación

• Los alelos perdidos por deriva se pueden introducir por mutación y llegar a un equilibrio

9

Proc. dispersivo + Proc. sistemático

Selección a favor del heterocigoto:NeutralizaciónProceso dispersivo menor del esperado

Selección contra el heterocigoto:Proceso potenciado

Deriva + migración

• Un pequeño porcentaje de migrantes evita mucho el proceso dispersivo

• Selección a favor del heterocigoto:

Proceso dispersivo menor del esperado

Deriva heterocigotos

Selección heterocigotos

• Selección a favor de un alelo o en contra de un recesivo

Favorece el proceso dispersivo y la fijación

• Selección:

Natural heterocigoto

Artificial heterocigoto

Deriva + selección

10

Endogamia / ConsanguinidadConsanguinidad: Efecto producido por el cruce de individuos emparentados.

AUTOCIGOSIS. La presencia de dos alelos idénticos por ascendencia en un individuo. Deben ser copias de un mismo alelo presente en un antecesor .

COEFICIENTE DE CONSANGUINIDAD (F)Probabilidad de que un individuo en un locus dado, reciba dos alelos idénticos por ascendencia. F varia de 0 (no hay endogamia ) a 1 (el individuo es autocigoto)

COEFICIENTE DE PARENTESCO. Probabilidad de que dos genes tomados al azar de dos individuos de una población sean idénticos por ascendencia.

Fx en genealogías

• Fx: coeficiente de consanguinidad de un individuo de genealogía conocida

• Fx : no describe el proceso dispersivo

• Fx : útil en el estudio de sistemas de endogamia estrecha

• El cálculo de Fx requiere mucha información

11

A B

C D

XE F

Fx: Probabilidad de que un individuo en un locus dado, reciba dos alelos idénticos por ascendencia.

Cálculo del coeficiente de Consanguinidad

A B

C D

E F

X

Cálculo del coeficiente de Consanguinidad

2. ANALISIS DE GENEALOGIAS

Fx: probabilidad de que un individuo sea homocigoto idéntico porascendenciaFx = P (a=b)

A

X

B C CB

X

A

ED

GF

IH

KJ

(a,b)

- Antepasado comúna ambos padres- Al aumentar el número de generaciones hasta el ancestro común disminuye Fx

12

Cálculo de Fx (Met. Wright) 1A

X

P QCB

(A1A2)

Probabilidad de X de ser homocigoto idéntico por ascendencia:

1º Prob. X = A1A1

A

X

P QCB

(A1A2)

(A1/ )

1/2 1/2

1/2

(A1/ )

(A1 A1 )1/2

12

4

2º Prob. X = A2A2

12

4

12

412

32 =

Consanguinidad derivada de A como ancestro común de P y Q

A

X

P QCB

(A1A2)

Si A era homocigoto por ascendencia el heterocigoto A1A2 también lo será:

1º Prob. X = A1A2

A

X

P QCB

(A1A2)

(A1/ )

1/2 1/2

1/2

(A2/ )

(A1 A2 )1/2

12

4

2º Prob. X = A2A1

2 =

Consanguinidad derivada de A como ancestro común homocigoto por ascendencia

12

4

12

4 12

3

FA: probabilidad de A de ser idéntico por ascendencia1

2

3FA

Cálculo de Fx (Met. Wright) 2

13

A

X

P QCB

(A1A2)

1º Prob. Derivada de la presencia de un ancestro común 1

2

3

2º Prob. Derivada de la consanguinidad del ancestro común

+12

3 12

3

FX: probabilidad de X de ser idéntico por ascendencia

12

3FA

FA

12

3(1 + FA)FX=

A

P Q

Cálculo de Fx (Met. Wright) 3

AB C

D12

6(1 + FA)FX=

P---D---B---A---C---Q

X

P Q

Pedigrí con el ancestro más alejado en generaciones

Cálculo de Fx (Met. Wright) 4

14

F en poblaciones

• F: Probabilidad de que cualquier individuo sea homogicoto idéntico por ascendencia

• F: coeficiente de consanguinidad promedio de todos los individuos de una población

15

Cálculo del Coeficiente de Consanguinidad

1. ANALISIS DE POBLACIONESDisminución relativa de heterocigotos en la población causada por endogamia.

Ho = Proporción de heterocigotos observados en la poblaciónHe = Proporción de heterocigotos esperada en E. H-WHet. obs = Het esp, 2pq = H F = 0Ej n = 100 individuos Datos observados:

A1A1 = 54A1A2 = 32A2A2 = 14

p = 0.7 q = 0.3Ho = 0.32 He = 2*0.7*0.3 = 0.42 F= 0.24

He-HoF=---------------

He

Efectos genéticos de la consanguinidad I

• Producción de individuos homozigotos para alelos recesivos.

• Muchos recesivos son deletéreosdisminución en la eficacia biológica: depresión consanguínea

• Altos niveles de depresión consanguínea en individuos procedentes de poblaciones con reproducción al azar

16

Efectos genéticos de la consanguinidad II

• Se ha utilizado en programas de mejora en animales domésticos (y vegetales)

• El cruce de dos líneas consanguíneasvigor híbrido:– Individuos más vigorosos en caracteres

deseables que las líneas paternas

– Normalmente este vigor híbrido alcanza sólo una generación