Variación genética Dr. Luis José Delaye Arredondo Departamento de Ingeniería Genética...

Variación genética

Dr. Luis José Delaye Arredondo

Departamento de Ingeniería Gené[email protected]

Basado en el libro: John H. Gillespie. Population Genetics A consise Guide. 2nd ed. Johns Hopkings University Press. 2004, USA.

k = 2Ne(1/2Ne) =

Descripción de la variación genética Teorías acerca de cómo se genera y se mantiene la variación genética

Genética de Poblaciones

locus A

locus B

loci

A1, A2, A3, A4, A5

B1, B2, B3

La genética de poblaciones asume que hay poca interacción entre genes

Es decir, los genes en los genomas claramente están co-adaptados, pero existe poca evidencia de que existan fuertes interacciones entre la mayoría de los alelos polimórficos (Gillespie, 2004). Por lo tanto se justifica estudiar

la evolución de loci aislados.

Es decir que la variación en el locus A NO está correlacionada

con la variación en el locus B

Kreitman, M., 1983. Nucleotide polymorphism at the alcohol dehydrogenase locus of Drosophila melanogaster. Nature 394:412-417.

En 1983 Martin Kreitman secuenció 11 alelos de diversas poblaciones de Drosophila melanogaster.

Martin Kreitman, Ph.D. Professor Department of Ecology and Evolution

Ejercicio 1

1) ¿Cuántos sitios segregantes hay?2) ¿Cuántos sitios segregantes son silenciosos (sinónimos) y cuantos no?3) ¿Cuántos sitios segregantes hay por cada 100 bases?4) ¿Qué fuerzas evolutivas son responsables de la divergencia que

observamos?5) Utilizando un código genético, calcula cuantas diferencias sinónimas y

no sinónimas esperas encontrar si el cambio es aleatorio. ¿Cómo se comparan los datos observados con los esperados por cambio aleatorio? ¿A qué crees que se deban las diferencias?

Drosophila melanogaster

Drosophila erecta

Drosophila melanogaster

Drosophila erecta

D. melanogaster D. erecta

1 dN / 13 dS ?

10 dN / 26 dS

Diferenciaspolimórficas

Diferencias fijas

Ejercicio 2

1) ¿Cuál es la probabilidad de que un sitio tomado al azar difiera entre las dos especies?

2) ¿Cuál es el número promedio de diferencias nucleotídicas por sitio?3) ¿Cuál es la proporción de cambios no sinónimos por sinónimos (dN/dS)?4) ¿Es mayor la proporción de cambios (dN/dS) entre especies que al

interior de una de las dos especies? ¿Es significativa la diferencia?*5) ¿Qué conclusiones puedes extraer del resultado anterior?

* Para conocer si la diferencia es significativa, utiliza una tabla de contingencia. Ejemplo:

Diferencias polimórifcas Diferencias fijas

Diferencias sinónimas (dS)

Diferencias no sinónimas (dN)

locus A

locus B

loci

A1, A2, A3, A4, A5

B1, B2, B3

Loci Plural de locusLocus Lugar en el cromosoma en donde reside un aleloAlelo El DNA que se encuentra en el locus

Por ejemplo, un organismo diploide tiene dos alelos en un mismo locus, uno heredado de su padre, y otro de su madre.

Los alelos pueden ser distintos por:

Origen Los alelos son distintos por origen si provienen del mismo locus pero de diferentes cromosomas.

Estado Los alelos son diferentes por estado si presentan distintas secuencias o si presentan distintos estados fenotípicos.

Descendencia Los alelos son distintos por descendencia cuando no comparten un ancestro común un determinado número de generaciones en el pasado.

-aac-

-aac--aac-

-aag--aac-

n - 2

n - 1

n

Dos alelos que son idénticos por descendencia no necesariamente son idénticos por origen debido a la mutación.

Homócigo Heterócigo

Cuando los alelos difieren por estado podemos hablar de homócigos y heterócigos.

A1 A1 A1 A2

Frecuencias alélicas y genotípicas

Dos alelos: A1, A2,Frecuencias relativas: xij

A1A1 A1A2 A2A2

x11 x12 x22

Con la propiedad de: x11 + x12 + x22 = 1

La frecuencia del alelo A1 en la población es:

p = x11 + (1/2) x12,

Y la frecuencia del alelo A2 en la población es:

q = 1 – p = x22 + (1/2) x12,


El acto de tomar aleatoriamente un alelo de una población también se puede descomponer en una secuencia de acciones, primero, al seleccionar un genotipo al azar de la población, y segundo, seleccionar un alelo al azar del genotipo seleccionado:

p = (x11 • 1) + (x12 • 1/2) + (x22 • 0)

¿Cuál es la probabilidad de obtener dos “1” si tiramos dos dados?

P = (1/6) • (1/6) = 1/36

¿Cuál es la probabilidad de obtener un “1” o un “2”?

P = (1/6) + (1/6) = 1/3


Cuando hay múltiples alelos la frecuencia del alelo i es:

Ejercicio:Calcula las frecuencias para los tres alelos (S, F, I) de la alcalina fosfatasa utilizando los datos de la Tabla 1.2.

j = 1Σi - 1

j = i +1Σn

pi = xii + (1/2) xji + (1/2) xij

?


Cuando hay múltiples alelos la frecuencia del alelo i es:

Ejercicio:Calcula las frecuencias para los tres alelos (S, F, I) de la alcalina fosfatasa utilizando los datos de la Tabla 1.2.

j = 1Σi - 1

j = i +1Σn

pi = xii + (1/2) xji + (1/2) xij

Callimorpha dominula, formerly Panaxia dominula

La ley de Hardy-Weinberg

Ejercicio

Donde las frecuencias de los genotipos A1A1, A1A2 y A2A2, son D, H y R respectivamente, y las frecuencias de los alelos A1 y A2 son p y q.

A1A1

A1A2

A2A2

A1A1

A1A2

A2A2


La ley de Hardy-Weinberg describe el estado de equilibrio de un locus para una población diploide, en donde los individuos se aparean al azar y no existe mutación, flujo génico, y deriva genética.

A1

A1

A1A1

p q

p p2 pq

q pq q2

A1

A2

A1 A2

p2 + 2pq + q2

A1A1 A1A2 A2A2

Especies hermafroditas


Especies dioicas

Ilex aquifolium

F0

A2A2 A1A1

50% : 50%

F1

A1A2 A1A2

50% : 50%

F2

p2 + 2pq + q2

A1A1 A1A2 A2A2


Ejercicio

Grafica la frecuencia de los heterocigotos y de los homocigotos con respecto a distintos valores de p (desde el 0 hasta el 1). ¿Para que valor de p la heterocigosis es máxima?

p0 0.5 1

0

1

p2

2pq

q2

Alelos raros

Un nuevo alelo se encontrará la mayor parte de las veces en heterocigosis.

A1

A2

A1A2

2pq/q2 = 2p/q


Dominancia y alelos poco comunesUna de las consecuencias más importantes de la ley de H-W concierne a los genotipos ocupados por alelos raros. Si A2 es raro, la probabilidad de que un alelo A2 se encuentre en un heterocigoto versus un homocigoto es:

Grafica la frecuencia de los heterocigotos A1A2 con respecto a la frecuencia de los homocigotos A2A2 como función de q, utilizando la fórmula exacta y la aproximada. A partir de la grafica anterior ¿qué tan importante puede ser el papel de la dominancia en la evolución?

q0 0.5 1

2pq/p2

2p/q

2pq/p2 = 2p/q ~ 2/q


Más de dos alelosLa generalización de H-W para más de dos alelos no requiere nuevas ideas. Supón que la frecuencia de k alelos, Ai, i = 1 … k, es pi, i = 1 … k. Entonces, suponiendo H-W, la frecuencia total de homocigotos es:

y la heterocigosis es:

Realiza una prueba de χ2 para conocer si las frecuencias genotípicas de la fosfatasa alcalina se encuentran en equilibro de H-W. Los gl = k – 1 – m.

i = 1Σk

G = pi2

H = 1 - G


Genes ligados al sexo

XY

F0

F1

XY

XX

XX

pm pf

p'm = pf p'f = ½(pm + pf)

p = (1/3)pm + (2/3)pf EjercicioGrafica las frecuencias alélicas (pm, pf) a lo largo de varias generaciones para pm = 0 y pf = 1.

H-W

Código genéticoEnzimas

MetabolismoSexo

FotosíntesisMembranas bipolares

etc…

La importancia de la ley de Hardy-Weinberg

The Mendelian was apt to compare the genetic contents of a population to a bag full of colored beans. Mutation was the exchange of one kind of bean for another. This conceptualization has been referred to as “beanbag genetics”. Work in population and developmental genetics has shown, however, that the thinking of beanbag genetics is in many ways quite misleading. To consider genes as independent units is meaningless from the physiological as well as the evolutionary viewpoint.

Ernst Mayr, of Harvard University, in his recent book Animal Species and Evolution1,

Of course, Mayr is correct in stating that beanbag genetics do not explain the physiological interaction of genes and the interaction of genotype and environment. If they did so they would not be a branch of biology. They would be biology. The beanbag geneticist need not know how a particular gene determines resistance of wheat to a particular type of rust, or hydrocephalus in mice, or how it blocks the growth of certain pollen tubes in tobacco, still less why various genotypes are fitter, in a particular environment, than others. If he is a good geneticist he may try to find out, but in so doing he will become a physiological geneticist. If the beanbag geneticist knows that, in a given environment, genotype P produces 10 per cent more seeds than Q, though their capacity for germination is only 95 per cent of those of Q, he can deduce the evolutionary consequence of these facts, given further numbers as to the mating system, seed dispersal, and so on. Similarly, the paleontologist can describe evolution even if he does not know why the skulls of labyrinthodonts got progressively flatter. He is perhaps likely to describe the flattening more objectively if he has no theory as to why it happened.

A Defense of Beanbag Genetics*JBS Haldane

Variación genética Dr. Luis José Delaye Arredondo Departamento de Ingeniería Genética...

Documents

Transcript of Variación genética Dr. Luis José Delaye Arredondo Departamento de Ingeniería Genética...