Genética de Poblaciones I: La revolución Darwiniana

1. Genética de Poblaciones I: La revolución Darwiniana Tema 17: Genética Poblaciones I

2. Tema 17: Genética de Poblaciones I: La revolución darwiniana, el equilibrio de Hardy-Weinberg y sistemas de apareamiento Puntos principales a tratar: • La revolución darwiniana: el pensamiento poblacional • La selección natural • Principios de la selección natural • La variación genética y sus estimación • Población mendeliana • Apareamiento aleatorio y ley de Hardy-Weinberg • Apareamiento no aleatorio • Apareamiento clasificado • Endogamia Tema 17: Genética Poblaciones I

3. Nada tiene sentido en biología si no es a la luz de la evolución Theodosius Dobzhansky Nothing in Biology makes sense except in the light of evolution Theodosius Dobzhansky Tema 17: Genética Poblaciones I

4. EL PARADIGMA POBLACIONAL: • la variación en el seno de las poblaciones es la materia prima de la evolución Tema 17: Genética Poblaciones I

5. Genotipo Fenotipo Expresión génica, desarrollo Siguiente generación Transmisión Lo único que se trasmite a la descendencia son genes Tema 17: Genética Poblaciones I

6. Evolución desde la perspectiva poblacional: Es el cambio acumulativo en la composición genética de las poblaciones Tema 17: Genética Poblaciones I

7. Población mendeliana: Conjunto de individuos intercruzables que comparten un acervo genético común Tema 17: Genética Poblaciones I

8. La problemática de la genética de poblaciones es la descripción y explicación de la variación genética dentro y entre poblaciones Theodosious Dobzhansky Tema 17: Genética Poblaciones I

9. Variación genética o polimorfismo genético: • existencia en una población de dos o más formas alélicas en frecuencias apreciables • Frecuencia génica o alélica (unidad básica de evolución): • f(A) proporción de un alelo dado en la población Gen X, alelos A y a q = f(a) a p = f(A) A Tema 17: Genética Poblaciones I

10. La Genética de Poblaciones es una Teoría de Fuerzas Migración Deriva genética Mutación Selección natural Factores que cambian las frecuencias génicas en las poblaciones p = f(A) Tema 17: Genética Poblaciones I

11. El problema empírico: la lucha por la medida de la variación genética X X • Variación fenotípica cuantitativa: morfológica, fisiológica, conductual • Genética Cuantitativa • Continua y discreta -> • Experimentos de selección, endogamia • Conclusión: • Existe variación genética para casi • cualquier carácter Tema 17: Genética Poblaciones I

12. El problema empírico: la lucha por la medida de la variación genética (2) • Variación cualitativa: polimorfismos genéticos y variantes raras • Polimorfismo morfológico (color, tamaño, forma) • Polimorfismo inmunológico (grupos sanguíneos: AB0, Rh, NM,... 40 en humanos) • Polimorfismo cromosómico (inversiones paracéntricas en Drosophila, reordenaciones) Tema 17: Genética Poblaciones I

13. Caracol de huerta europeo Cepaea nemoralis Tema 17: Genética Poblaciones I

14. Geómetra del abedul Biston betularia Tema 17: Genética Poblaciones I

15. Cromosomas politénicos de Drosophila Tema 17: Genética Poblaciones I

16. Teorías de la variación en los 60 Teoría clásica Teoría equilibradora • Ausencia de variación • Selección purificadora • Genotipo salvaje es óptimo • Muller (laboratorio) • Eugenesia • Variación ubicua • Selección equilibradora • No existe un genotipo salvaje • Dobzhansky (naturalista) • ¡Viva la diversidad!, no interferencia Tema 17: Genética Poblaciones I

17. El problema empírico: la lucha por la medida de la variación genética (y 3) • Polimorfismo proteico (alozímico) Electroforesis de proteínas en gel (Lewontin & Hubby 1966; Harris 1966) • -> era alozímica: la variación es ubicua. Consecuencia teórica: teoría neutralista. Nace la evolución molecular. • Polimorfismos en el nivel del DNA • RFLPs • Microsatélites • Secuencias de DNA Tema 17: Genética Poblaciones I

18. Polimorfismos de DNA Tema 17: Genética Poblaciones I

19. Polimorfismos de DNA SNPs Single Nucleotide Polymorphism A G A G T T C T G C T C G A G G G T T A T G C G C G Secuencia 11acgtagcatcgtatgcgttagacgggggggtagcaccagtacag Secuencia 22acgtagcatcgtatgcgttagacggggtggtagcaccagtacag Secuencia 33acgtagcatcgtatgcgttagacggcggggtagcaccagtacag Secuencia 4 acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacag Secuencia 5acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacag Secuencia 6acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag Secuencia 77acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag Secuencia 88acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag Secuencia 9 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag Tema 17: Genética Poblaciones I

20. Medidas de la diversidad genética ^ ^ ^ p p q 4 + (1/2) 7 = f(F) = = 0,469 ^ = 1 - H 16 = 0,531 = 7/16 = 0,4375 Ejemplo: Estudio electroforético de la enzima glucosa fosfato isomerasa en una población de ratones • Frecuencia genotípica • Frecuencia alélica o génica • Heterocigosidad f(FF) = 4 / 16 f(FS) = 7 /16 f(SS) = 5/16 Tema 17: Genética Poblaciones I

21. Frecuencias genotípicas y alélicas para el locus del grupo sanguíneo MN en varias poblaciones humanas Tema 17: Genética Poblaciones I

22. Frecuencia de los alelos IA, IB, e i en el locus del grupo sanguíneo ABO en varias poblaciones humanas Tema 17: Genética Poblaciones I

23. Patrones de variación electroforética Tema 17: Genética Poblaciones I

24. Ley del equilibrio de Hardy-Weinberg • Considera como se relacionan las frecuencias alélicas y genotípicas en una población mendeliana bajo una serie de supuestos ideales • Generaciones discretas y no solapantes • Apareamiento aleatorio • Tamaño de población infinito • No mutación, no migración entre poblaciones • No diferencias en eficacia biológica (selectivas) entre los distintos genotipos Tema 17: Genética Poblaciones I

25. Esperma a q A p Frecuencias alélicas A p AA p2 Aa pq Huevos Aa pq aa q2 a q Los supuestos implican una unión aleatoria de los alelos para formar genotipos Tema 17: Genética Poblaciones I

26. Ley del equilibrio de Hardy-Weinberg • Consecuencias de los supuestos: • Reducción de la dimensionalidad de una población. Conociendo las frecuencias alélicas podemos predecir las genotípicas • Equilibrio alélico y genotípico. • Las frecuencias alélicas no cambian de generación en generación (equilibrio alélico) • Las frecuencias genotípicas no cambian de generación en generación (equilibrio genotípico). Después de una generación de apareamiento aleatorio, se alcanzan las frecuencias genotípicas de equilibrio • Sistema conservativo, análogo al principio de inercia. Solución al problema de cómo se conserva la variación genética • Modelo nulo por excelencia: Aunque las desviaciones son difíciles de detectar, cualquier desviación es una indicación de que algo pasa en la población Tema 17: Genética Poblaciones I

27. Totales próxima generación P’ Q’ R’ Demostración de la ley de Hardy-Weinberg 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 Tema 17: Genética Poblaciones I

28. q2 (aa) p2 (AA) 2pq (Aa) Frecuencia 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 = f(A) Gráfico de p2, 2pq y q2. Tema 17: Genética Poblaciones I

29. Prueba de ajuste a Hardy-Weinberg Frecuencia alélica M = 6611/12258 = 0,53932 = p Frecuencia alélica N = 5647/12258 = 0,46068 = q Frecuencia esperada p2 = 0,2908 2pq = 0,4969 q2 = 0,2122 1,000 Número esperada 1782,7 3045,6 1300,7 6129 (Frecuencia X 6129) Tema 17: Genética Poblaciones I

30. A1 A2 A1 A1 A1 A2 A2A2 p q P2 2pq q2 Generalización del Equilibrio de Hardy-Weinberg • Dominancia 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 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 • Un gen ligado al X Tema 17: Genética Poblaciones I

31. Desviaciones 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 Tema 17: Genética Poblaciones I

32. Consecuencias de las desviaciones del apareamiento aleatorio • 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 Tema 17: Genética Poblaciones I

33. Problemas de exámenes pasados • En una població que està en equilibri de Hardy-Weinberg, la freqüència de l’al.lel A és de 0,7 i la de l’al.lel a és de 0,3. a) Quin percentatge de la població serà homozigòtica? b) Quines seran les freqüències gèniques i genotípiques després d’una generació, si solament s’encreuen els heterozigots? • Si el 4% dels individus d’una població que es troba en equilibri Hardy-Weinberg manifesta un fenotip recessiu, quina és la probabilitat de que un descendent de dos individus que no expressin aquest caràcter recessiu, si que l’expressi? • En una població animal, el 20% dels individus són AA, el 60% són Aa i el 20% són aa. Quines són les freqüències al.lèliques? • En aquesta població els encreuaments sempre són entre fenotips semblants, però dins de cada grup fenotípic és a l’atzar. Quines freqüències genotípiques i al.leliques hi haurà a la següent generació? • En una població humana constituida per 100.000 individus, el 40% són del grup sanguini A, el 28% del B, el 25% de l'AB i la resta del 0. a) Calculeu les freqüències gèniques i genotípiques. b) En quin supòsits us heu basat per respondre l'apartat anterior? • Comenteu l’efecte que té la deriva genètica en les poblacions naturals. De què depèn la força de la deriva genètica? Expliqueu dos casos típics de deriva genètica, il•lustrant-los amb exemples reals. • El daltonisme és causat per un al.lel recessiu lligat al sexe. Un de cada deu homes és daltònic. Si suposem que la població està en equilibri de Hardy-Weinberg, a) Quina és la proporció de dones daltòniques? b) Quants homes daltònics hi ha per cada dona daltònica? c) En quina proporció de les parelles afectarà el daltonisme a la meitat dels fills de cada sexe? d) Quina és la proporció de parelles en les que tots els fills són normals? Tema 17: Genética Poblaciones I

34. Links de interés • Web de genética de poblaciones (A. Barbadilla) • Ensayos de evolución (A. Barbadilla) • EvoTutor: Learning through interactive simulation (on line y off line) Sitio excelente para aprender los procesos genético poblacionales mediante simulación • Calculadora de Hardy-Weinberg Tema 17: Genética Poblaciones I