Gentica de Poblaciones I La revolucin Darwiniana Dr

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

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 2 Dr. Antonio Barbadilla

in Biologyenmakes Nada. Nothing tiene sentido biología sense of si no es aexcept la luz indethe la light evolución evolution Theodosius Dobzhansky Dr. Antonio Barbadilla Tema 17: Genética Poblaciones I 3

EL PARADIGMA POBLACIONAL: la variación en el seno de las poblaciones es la materia prima de la evolución Dr. Antonio Barbadilla Tema 17: Genética Poblaciones I 5

Lo único que se trasmite a la descendencia son genes Genotipo Siguiente generación Fenotipo Expresión génica, desarrollo Transmisión Dr. Antonio Barbadilla Tema 17: Genética Poblaciones I 6

Evolución desde la perspectiva poblacional: Es el cambio acumulativo en la composición genética de las poblaciones Dr. Antonio Barbadilla Tema 17: Genética Poblaciones I 7

Población mendeliana: Conjunto de individuos intercruzables que comparten un acervo genético común Dr. Antonio Barbadilla 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 Dr. Antonio Barbadilla Tema 17: Genética Poblaciones I 9

• Variación genética o polimorfismo genético: 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 p = f(A) A a q = f(a) Dr. Antonio Barbadilla Tema 17: Genética Poblaciones I 10

La Genética de Poblaciones es una Teoría de Fuerzas Factores que cambian las frecuencias génicas en las poblaciones Deriva genética Migración p = f(A) Mutación Dr. Antonio Barbadilla Selección natural Tema 17: Genética Poblaciones I 11

El problema empírico: la lucha por la medida de la variación genética Variación fenotípica cuantitativa: morfológica, fisiológica, conductual Genética Cuantitativa Continua y discreta -> Experimentos de selección, endogamia X Dr. Antonio Barbadilla X Conclusión: 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: AB 0, Rh, NM, . . . 40 en humanos) • Polimorfismo cromosómico (inversiones paracéntricas en Drosophila, reordenaciones) Dr. Antonio Barbadilla Tema 17: Genética Poblaciones I 13

Caracol de huerta europeo Cepaea nemoralis Dr. Antonio Barbadilla Tema 17: Genética Poblaciones I 14

Geómetra del abedul Biston betularia Dr. Antonio Barbadilla Tema 17: Genética Poblaciones I 15

Cromosomas politénicos de Drosophila Dr. Antonio Barbadilla Tema 17: Genética Poblaciones I 16

Teorías de la variación en los 60 Teoría clásica Teoría equilibradora • Ausencia de variación • Variación ubicua • Selección purificadora • Selección equilibradora • Genotipo salvaje es óptimo • No existe un genotipo salvaje • Muller (laboratorio) • Dobzhansky (naturalista) • Eugenesia Dr. Antonio Barbadilla • ¡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) Dr. Antonio Barbadilla • 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 Tema 17: Genética Poblaciones I 18 • Secuencias de DNA

Polimorfismos de DNA Dr. Antonio Barbadilla Tema 17: Genética Poblaciones I 19

Polimorfismos de DNA SNPs Single Nucleotide Polymorphism AGAGTTCTGCTCG AGGGTTATGCGCG Secuencia 11 acgtagcatcgtatgcgttagacgggggggtagcaccagtacag Secuencia 22 acgtagcatcgtatgcgttagacggggtggtagcaccagtacag Secuencia 33 acgtagcatcgtatgcgttagacggcggggtagcaccagtacag Secuencia 4 acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacag Secuencia 5 Dr. Antonio Barbadilla acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacag Tema 17: Genética Poblaciones I 20

Medidas de la diversidad genética Ejemplo: Estudio electroforético de la enzima glucosa fosfato isomerasa en una población de ratones • Frecuencia genotípica f(FF) = 4 / 16 f(FS) = 7 /16 • Frecuencia alélica o génica 4 + (1/2) 7 ^ = f(F) = p = 0, 469 • Heterocigosidad Dr. Antonio Barbadilla f(SS) = 5/16 ^=1 - p ^ = 0, 531 q 16 ^ 17: Genética Poblaciones I H Tema = 7/16 = 0, 4375 21

Frecuencias genotípicas y alélicas para el locus del grupo sanguíneo MN en varias poblaciones humanas Dr. Antonio Barbadilla 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 Dr. Antonio Barbadilla Tema 17: Genética Poblaciones I 23

Patrones de variación electroforética Dr. Antonio Barbadilla 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 Dr. Antonio Barbadilla Tema 17: Genética Poblaciones I 25

Los supuestos implican una unión aleatoria de los alelos para formar genotipos Esperma p A Frecuencias alélicas A p a q AA p 2 Aa pq aa q 2 q a Huevos Dr. Antonio Barbadilla 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 Dr. Antonio Barbadilla Tema 17: Genética Poblaciones I 27

Demostración de la ley de Hardy-Weinberg P = f(AA) Q = f(Aa) R = f(aa) Totales próxima generación P’ P’ = P 2 + 2 PQ/2 + Q 2/4 = (P + Q/2)2 = p 2 igualmente se demuestra que Q’ = 2 pq y R’ = q 2 Q’ R’ Dr. Antonio Barbadilla Tema 17: Genética Poblaciones I 28

Gráfico de p 2, 2 pq y q 2. Dr. Antonio Barbadilla 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 Número esperada (Frecuencia X 6129) p 2 = 0, 2908 2 pq = 0, 4969 q 2 = 0, 2122 1782, 7 3045, 6 1300, 7 1, 000 6129 Dr. Antonio Barbadilla Tema 17: Genética Poblaciones I 30

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 = p 2 + 2 pq + 2 pr + q 2 + 2 qr + r 2 • Un gen ligado al X A 1 A 1 A 2 A 2 A 1 A 2 P 2 2 pq q 2 p q Dr. Antonio Barbadilla 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 Tema 17: Genética Poblaciones I 32 genoma Dr. Antonio Barbadilla

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 Dr. Antonio Barbadilla 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? Dr. Antonio Barbadilla Tema 17: Genética Poblaciones I 34

Links de interés q Web de genética de poblaciones (A. Barbadilla) q Ensayos de evolución (A. Barbadilla) q Evo. Tutor: Learning through interactive simulation (on line y off line) Sitio excelente para aprender los procesos genético poblacionales mediante simulación q Calculadora de Hardy-Weinberg Dr. Antonio Barbadilla Tema 17: Genética Poblaciones I 35