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Unidad temática 3 Genética de Poblaciones

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  1. Unidad temática 3Genética de Poblaciones Genética y Mejoramiento Vegetal y Animal

  2. POBLACIÓN MENDELIANA Conjunto de organismos sexuados, fecundos entre sí, que viven en una zona geográfica determinada.

  3. POBLACIÓN MENDELIANA Carácter de interés en estudio: Presencia de manchas en las hojas. Regido por 1 locus con dos alelos posibles A1 y A2 GENOTIPOS Y FENOTIPOS A1A1: sin manchas A1A2: manchas verde pálido A2A2: manchas amarillas Para estudiar el carácter en la población se realiza un muestreo y se determinan cuantas plantas corresponden a cada fenotipo y genotipo

  4. POBLACIÓN MENDELIANA Carácter de interés en estudio: Presencia de manchas en las hojas. Regido por 1 locus con dos alelos posibles A1 y A2 GENOTIPOS Y FENOTIPOS A1A1: sin manchas A1A2: manchas verde pálido A2A2: manchas amarillas FENOTIPOS Sin manchas : 400 Con manchas verde pálido: 3200 Con manchas amarillas: 6400 TOTAL 10.000 plantas

  5. POBLACIÓN MENDELIANA FENOTIPOS Sin manchas : 400 Con manchas verde pálido: 3200 Con manchas amarillas: 6400 TOTAL 10.000 plantas CARACTERIZAR LA POBLACIÓN Frecuencias genotípicas D (A1A1) H (A1A2) R (A2A2)  Frecuencias génicas o alélicas p (A1) q (A2)

  6. POBLACIÓN MENDELIANA FENOTIPOS Sin manchas : 400 Con manchas verde pálido: 3200 Con manchas amarillas: 6400 TOTAL 10.000 plantas CARACTERIZAR LA POBLACIÓN Frecuencias genotípicas D (A1A1) = 400/10000= 0,04 H (A1A2)= 0,32 R (A2A2)= 0,64  Frecuencias génicas o alélicas ?? p (A1) q (A2)

  7. POBLACIÓN MENDELIANA CARACTERIZAR LA POBLACIÓN FENOTIPOS Sin manchas : 400 Con manchas verde pálido: 3200 Con manchas amarillas: 6400 TOTAL 10.000 plantas Frecuencias genotípicas D (A1A1) = 400/10000= 0,04 H (A1A2)= 0,32 R (A2A2)= 0,64  Frecuencias génicas o alélicas p (A1)= 400x2 + 3200/20000 = 4000/20000 = 0,2  Frecuencias génicas o alélicas q (A2)= 6400x2 + 3200/20000 = 1600/20000 = 0,8

  8. POBLACIÓN MENDELIANA POBLACIÓN DE MAÍZ (Zea mays)  Frecuencias genotípicas D (A1A1) = 0,04 H (A1A2)= 0,32 R (A2A2)= 0,64  Frecuencias génicas o alélicas p (A1)= 0,2 q (A2)= 0,8

  9. POBLACIÓN MENDELIANA Constitución o Estructura Genética de una población: FRECUENCIAS GENOTÍPICAS A1 A1 A1 A2 A2 A2 POOL O POZA DE GENES D H R FRECUENCIAS GÉNICAS A1 A2 p q

  10. Ejemplo 900 plantas de flores rojas 4200 plantas de flores rosadas 4900 plantas de flores blancas Carácter color de flor: RR flor roja Rr flor rosada Rr flor blanca Población con 10.000 individuos D = 900/10.000 = 0,09 H = 4.200/10.000 = 0,42 R = 4.900/10.000 = 0,49 p = (900x2) + 4.200/20.000 = 0,3 q = (4.900x2) + 4.200/20.000 = 0,7

  11. p q pq p2 p pq q2 q Relación entre las frecuencias génicas y genotípicas en una misma generación p = D + ½ H q = R + ½ H (p + q)² = p² + 2 p q + q² = 1

  12. EQUILIBRIO HARDY WEINBERG. En poblaciones grandes con apareamiento al azar (panmixia), las frecuencias génicas y genotípicas permanecen invariables de generación en generación en ausencia de migración, mutación y selección. La relación entre frecuencias génicas y genotípicas se obtiene de una combinación al azar de los alelos, • Tamaño • Panmixia • Ausencia de procesos sistemáticos: migración, mutación y selección

  13. p1 = po² + ½ . 2 po qo p1 = po² + po qo p1 = po (po + qo) pl = po . 1 p1 = po Si este equilibrio se altera basta una sola generación de apareamiento al azar para que se restablezca.

  14. Dominancia completa A1 A1 flor roja A1 A2 A2 A2 flor blanca P2 + 2pq= D + H q2 = R q=  R Estimación de frecuencias génicas Dominancia incompleta o codominancia RR flor roja Rr flor rosada Rr flor blanca P2 = D 2pq = H q2 = R p = D + ½ H q = R + ½ H

  15. p q r P2 2pq 2pr q2 2qr r2 0,32 0,48 r= r2 0,20 Estimación de frecuencias génicas A1: pelaje negro A2: pelaje marrón A3: pelaje gris Alelos múltiples A1 > A2 > A3 A1 A1 A1 A2 A1 A3 A2 A2 A2 A3 A3 A3 Se despeja q r = 0,447 r2 => r2 +2qr + q2 = ( r + q)2 0,20+0,48= ( 0,447 + q)2 q = 0,378 p = 0,175 p= 1 - ( r + q) p= 1 - ( 0,447 + 0,378)

  16. p q r P2 2pq 2pr q2 2qr r2 p = 0,175 0,32 q = 0,378 0,48 r = 0,447 Frecuencias fenotípicas Frecuencias genotípicas 0,20 Animales pelaje negro: 0,32 Animales pelaje marrón: 0,48 Animales pelaje gris: 0,20 Se pueden ESTIMAR conociendo las frecuencias génicas Estimación de frecuencias génicas Alelos múltiples A1 > A2 > A3 A1 A1 A1 A2 A1 A3 A2 A2 A2 A3 A3 A3 Frecuencias génicas o alélicas

  17. Estimación de frecuencias génicas Caracteres ligados al sexo N1 N1 pelaje negro N1 N2 para pelaje marrón N2N2 pelaje blanco Hembras Dh = N1 N1 Hh = N1 N2 Rh = N2N2 ph = D + ½ H qh = R + ½ H Machos Dh = N1 Rh = N2

  18. Caracteres ligados al sexo Hembras Dh = N1 N1 Hh = N1 N2 Rh = N2N2 ph = D + ½ H qh = R + ½ H En la población Machos Dm = N1 Rm = N2 N1 = p = 2/3 ph + 1/3 pm pm = Dm qm = Rm N2 = q = 2/3 qh + 1/3 qm

  19. Frecuencias de los cruzamientos en la población 2 (D+1/2H)(R+1/2H) 2pq (D+1/2H)2 (R+1/2H) 2 p 2 q 2

  20. PROCESOS QUE ALTERAN EL EQUILIBRIO EN LAS POBLACIONES Procesos sistemáticos Migración Mutación Selección Procesos dispersivos Deriva génica Consanguinidad

  21. PROCESOS QUE ALTERAN EL EQUILIBRIO EN LAS POBLACIONES Procesos sistemáticos Migración Mutación Selección Procesos dispersivos Deriva génica Consanguinidad

  22. Procesos sistemáticos qm pm Tasa de migración Migración m 1-m qo q1 = m.qm + (1‑m).qo po q1= m.(qm ‑ qo) + qo  q = q1 ‑ qo  q = m.(qm‑qo)

  23. Procesos sistemáticos Tasa de migración Migración m = 0,15 qm = 0, 80 1-m pm = 0, 20 qo = 0, 50 q1= m.(qm ‑ qo) + qo Po = 0, 50 q1= 0,15.(0,80‑ 0,50) + 0,50 q1= 0, 545  q = q1 ‑ qo = m.(qm‑qo)  q = 0,15.(0,80‑0,50) = 0,045

  24. PROCESOS QUE ALTERAN EL EQUILIBRIO EN LAS POBLACIONES Procesos sistemáticos Migración Mutación Selección Procesos dispersivos Deriva génica Consanguinidad

  25. Procesos sistemáticos A a Mutación  No Recurrentes  Recurrentes Tasa de mutación   Irreversibles p q  Reversibles v Tasa de retromutación

  26. Procesos sistemáticos A a Mutación  Recurrentes  Irreversibles  Tasa de mutación p. p q q = p.u pn = po (1‑u)n  p = p1 ‑ po  p = (po ‑ u.po) ‑ po  p = ‑u.po qn = 1‑(1‑u)n (1‑qo)

  27. Procesos sistemáticos A a v Tasa de retromutación p = v/ u+v q = u/ u+v Mutación  Recurrentes  Reversibles  Tasa de mutación p. q.v p q • p = q.v ‑ p.u q = p.u ‑ q.v u(1‑q) = v.q u ‑ u.q = v.q u = v.q + u.q u = q.(v+u) • p = 0 q = 0 u.p = v.q

  28. Procesos sistemáticos  / q = v/ 1 - q x / q – q =  / q q Mutación  Recurrentes  Reversibles  q = x q 0 1 v

  29. Procesos sistemáticos Mutación  Recurrentes  Reversibles Conclusiones Los cambios de frecuencias génicas solo son importantes a escala evolutiva. Tasas de mutación normales (10‑4 a 10‑8) • La retromutación (mutación de mutado a salvaje) es menos frecuente que la mutación de salvaje a mutado. • El aumento de la tasa de mutación no hace variar las frecuencias génicas una vez alcanzado el equilibrio, ya que ambas frecuencias de mutación, u y v, cambian proporcionalmente.

  30. PROCESOS QUE ALTERAN EL EQUILIBRIO EN LAS POBLACIONES Procesos sistemáticos Migración Mutación Selección Procesos dispersivos Deriva génica Consanguinidad

  31. Procesos sistemáticos Selección Valor adaptativo, valor selectivo o eficacia biológica de un individuo es la proporción relativa de descendientes con que contribuye a la generación siguiente W Coeficiente de selección es la reducción proporcional en la contribución genética de cierto genotipo, en comparación con otro genotipo que se toma como patrón y que es el más favorecido por la selección. S = 1-W

  32. Procesos sistemáticos Selección A1 A1 A1 A2 A2 A2 Semillas/ planta 1300 1100 900 1 0,846 0,692 W 0 0,154 0,308 S = 1-W

  33. Procesos sistemáticos Selección MODELO GENERAL DE SELECCION

  34. Procesos sistemáticos Selección MODELO GENERAL DE SELECCION

  35. Procesos sistemáticos W Selección MODELO GENERAL DE SELECCION

  36. Procesos sistemáticos W W W W Selección MODELO GENERAL DE SELECCION

  37. W W W W q²W2 + ½ 2pqW1 q1= W MODELO GENERAL DE SELECCION La selección provoca un cambio en la frecuencia génica: q = q1 ‑ qo q1 = R1 + ½ H1

  38. W W W W q²W2 + ½ 2pqW1 W MODELO GENERAL DE SELECCION La selección provoca un cambio en la frecuencia génica: q = q1 ‑ qo q = ‑ qo

  39. W W W W [p (W1 - W0) + q (W2 - W1)] q = pq W MODELO GENERAL DE SELECCION La selección provoca un cambio en la frecuencia génica: q = q1 ‑ qo

  40. Procesos sistemáticos [p (W1 - W0) + q (W2 - W1)] q = pq W Selección MODELO GENERAL DE SELECCION De esta ecuación podemos deducir que: El cambio de la frecuencia génica es directamente proporcional a p y q. Será máximo cuando p = q = 0,5 y será nulo cuando q = 0 ó q = 1 __ q es inversamente proporcional a W q es directamente proporcional a la expresión: p (W1 ‑ Wo) + q (W2 ‑ W1) que es el efecto medio de la sustitución de un gen. Cuando un alelo está fijado o cuando Wo = W1 = W2 no habrá modificación de las frecuencias génicas a través de las generaciones.

  41. Procesos sistemáticos Dominancia completa A1A2A2A2 A1A1 W = 1‑S W = 1 Sin dominancia A2A2 A1A2 A1A1 W =1‑S W = 1‑½S W = 1 Sobredominancia A2A2 A1A1 A1A2W2 =1‑ S2 W1 =1‑S1 W = 1 Selección Según la aptitud tenemos tres tipos de dominancia:  Aptitud  

  42. Dominancia completa A1A2A2A2 A1A1 W = 1‑S W = 1 Selección a) Selección a favor del dominante (contra A2A2) b) Selección a favor del recesivo (contra A1)

  43. Selección Dominancia completa a) Selección a favor del dominante (contra A2A2)

  44. Selección Dominancia completa a) Selección a favor del dominante (contra A2A2)

  45. Selección Dominancia completa a) Selección a favor del dominante (contra A2A2) 1‑Sq² 1‑Sq² 1‑Sq²

  46. q² (1-S)+ ½ 2pq q1= 1‑Sq² Selección Dominancia completa a) Selección a favor del dominante (contra A2A2) 1‑Sq² 1‑Sq² 1‑Sq² La selección provoca un cambio en la frecuencia génica: q = q1‑ qo q1 = R1 + ½ H1

  47. ‑Sq²(1‑q) q = ‑Sq²p q = q² (1-S)+ ½ 2pq = q² (1-S)+ ½ 2pq q1= 1‑Sq² 1‑Sq² 1‑Sq² 1‑Sq² Selección Dominancia completa a) Selección a favor del dominante (contra A2A2) q =q1‑ qo ‑ qo

  48. q q1= q q2= q qn= q² q = - 1 1 n= - q² (1-S)+ ½ 2pq q1= 1+ q 1+ 2q 1+ nq 1+ q q qn 1‑Sq² Selección Dominancia completa  Eliminación completa de recesivos S= 1

  49. Dominancia completa A1A2A2A2 A1A1 W = 1‑S W = 1 Selección a) Selección a favor del dominante (contra A2A2) b) Selección a favor del recesivo (contra A1)