Tema 14 Gentica de Poblaciones Poblacin mendeliana Equilibrio

Tema 14 Genética de Poblaciones Población mendeliana Equilibrio Hardy-Weinberg Dr. Antonio Barbadilla Tema 14: Genética Poblaciones I 1

Tema 14: Genética de Poblaciones La revolución darwiniana, el equilibrio de Hardy. Weinberg y sistemas de apareamiento Puntos principales a tratar: • La genética de poblaciones: un teoría de fuerzas • La variación genética y sus estimación • Población mendeliana • Apareamiento aleatorio y ley de Hardy-Weinberg • Apareamiento no aleatorio • Apareamiento clasificado • Endogamia Dr. Antonio Barbadilla Tema 14: Genética Poblaciones I 2

EL PARADIGMA POBLACIONAL La variación en el seno de las poblaciones es la materia prima de la evolución. Dr. Antonio Barbadilla La variación es la única realidad de las especies

La Evolución es el proceso de conversión de la variación genética individual en variación genética entre especies 4 Dr. Antonio Barbadilla

Evolución: Descendencia con modificación -> Sustitución acumulativa de variantes genéticas Divergencia Nivel especie Polimorfismo Nivel población Tiempo Mutación Nivel individuo Dr. Antonio Barbadilla T A G C

Genética de poblaciones Divergencia Nivel especie Polimorfismo Nivel población Mutación Nivel individuo Dr. Antonio Barbadilla Genética de poblaciones

¿Cómo cambian las frecuencias alélicas en el tiempo? 1 Frecuencia alélica 0 Time Genética de poblaciones La cinemática y la dinámica de los cambios evolutivos en las poblaciones. Dr. Antonio Barbadilla Tema 14: Genética Poblaciones I 7

Genética de poblaciones Suministra la base teórica de la evolución 8 Dr. Antonio Barbadilla

Evolución y Genética de poblaciones Nada tiene sentido en biología si no es a la luz de la evolución Theodosious Dobzhansky Nada tiene sentido en evolución si no es a la luz de la genética de poblaciones Michael Lynch Dr. Antonio Barbadilla Tema 14: Genética Poblaciones I 9

Población mendeliana La población es el sustrato donde se ocurre la evolución Población mendeliana: conjunto de individuos intercruzables que comparten un acervo genético común (organismos diploides, reproducción sexual y herencia mendeliana) Dr. Antonio Barbadilla Tema 14: Genética Poblaciones I 10

• 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 con alelos A y a p = f(A) Dr. Antonio Barbadilla A a q = f(a)

Población mendeliana La población es el sustrato donde se ocurre la evolución Población mendeliana: conjunto de individuos intercruzables que comparten un acervo genético común (organismos diploides, reproducción sexual y herencia mendeliana) Alelo A Alelo a Dr. Antonio Barbadilla Tema 14: Genética Poblaciones I 12

La Genética de Poblaciones es una Teoría de Fuerzas Factores que cambian las frecuencias génicas en las poblaciones Migración Deriva genética p = f(A) Mutación Dr. Antonio Barbadilla Selección natural Tema 14: Genética Poblaciones I 13

La problemática de la genética de poblaciones es la descripción y explicación de la variación genética dentro y entre poblaciones Theodosious Dobzhansky (1900 -1975) Dr. Antonio Barbadilla Tema 14: Genética Poblaciones I 14

La lucha por la medida de la variación genética Antes de los 60: Polimorfismo morfológico e inmunológico (grupos sanguíneos: AB 0, Rh, NM, . . . 40 en humanos) 1 2 60 -70 80 -90 • Electropheretic • Polimorfismo variation proteico (alozímico) • Nucleotides sequences Electroforesis de proteínas en gel (Lewontin & Hubby 1966; Harris 1966) Dr. Antonio Barbadilla 3 2000 • Genomes • Polimorfismos en el nivel del DNA Microsatélites Secuencias de DNA Tema 14: Genética Poblaciones I 15

Polimorfismos de DNA Dr. Antonio Barbadilla Tema 14: Genética Poblaciones I 16

Polimorfismos de DNA SNPs Single Nucleotide Polymorphism AGAGTTCTGCTCG AGAGTTATGCGCG Secuencia 1 Secuencia 2 Secuencia 3 acgtagcatcgtatgcgttagacgggggggtagcaccagtacag acgtagcatcgtatgcgttagacggggtggtagcaccagtacag acgtagcatcgtatgcgttagacggcggggtagcaccagtacag Secuencia Secuencia acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacag acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag 4 5 6 7 8 9 Dr. Antonio Barbadilla Tema 14: Genética Poblaciones I 17

Electroforesis de proteínas en gel para estudiar la variación proteica en poblaciones naturales de especies Gel electroforético que muestra las diferentes mobilidades de los tres genotipos que resultan de los alelos A y S de la hemoglobina Dr. Antonio Barbadilla Tema 14: Genética Poblaciones I 18

Gen monomórfico Gene polimórfico (polimorfismo alozímico) F (Alelo migración rápida, Fast) S (Alelo migración lenta, Slow) Dr. Antonio Barbadilla Tema 14: Genética Poblaciones I 19

Medidas de la diversidad genética Población hipotética N = 10 individuos, 20 copias génicas Alelo A • Frecuencia alélica Alelo a f(A) = NA/2 N f(a) = Na /2 N f(A) = 7/20 f(a) = 13/20 • Frecuencia genotípica f(AA) = NAA/N f(Aa) = NAa /N f(aa) = Naa/N f(AA) = 1/10 f(Aa) = 5 /10 f(aa) = 4/10 • Heterocigosidad observada f(Aa) = NAa /N f(Aa) = 5 /10 Dr. Antonio Barbadilla Tema 14: Genética Poblaciones I

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 f(SS) = 5/16 • Frecuencia alélica o génica 4 + (1/2) 7 p^ = f(F) = = 0, 469 Dr. Antonio Barbadilla • Heterocigosidad 16 q^ = 1 - p^ = 0, 531 ^ H = 7/16 = 0, 4375 Tema 14: Genética Poblaciones I 21

Frecuencias genotípicas y alélicas para el locus del grupo sanguíneo MN en varias poblaciones humanas Dr. Antonio Barbadilla Tema 14: Genética Poblaciones I 22

Dinámica de la variación genética en las poblaciones Ley de equilibrio de Hardy-Weinberg El estado de fuerzas cero Dr. Antonio Barbadilla Tema 14: Genética Poblaciones I 23

Factores que cambian las frecuencias génicas en las poblaciones Migración Deriva genética p = f(A) Mutación Dr. Antonio Barbadilla Selección natural 24

Ley del equilibrio de Hardy-Weinberg Ningún factor (fuerza) actúa sobre las frecuencias alélicas o genotípicas en la población El estado de fuerzas cero p = f(A) Dr. Antonio Barbadilla Tema 14: Genética Poblaciones I 25

Supuestos ley del equilibrio de Hardy-Weinberg (1908) Relaciona las frecuencias alélicas y genotípicas en una población mendeliana bajo una serie de supuestos ideales G. H. Hardy W. Weinberg (1877 – 1947) (1862 – 1937) 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 14: Genética Poblaciones I 26

Apareamiento al azar X AA x Aa Dr. Antonio Barbadilla Tema 14: Genética Poblaciones I 27

Los supuestos HW implican una unión aleatoria de los alelos para formar genotipos de la siguiente generación Esperma A p A Frecuencias alélicas p a q AA p 2 Aa pq aa q 2 q a Huevos Dr. Antonio Barbadilla Tema 14: Genética Poblaciones I 28

Demostración de la ley de Hardy-Weinberg Frecuencias genotípicas generación inicial Apareamiento al azar aa Primer ley de Mendel P = f(AA) Q = f(Aa) R = f(aa) Frecuencias genotípicas siguiente generación P’ Q’ R’ Dr. Antonio Barbadilla P’ = P 2 + 2 PQ/2 + Q 2/4 = (P + Q/2)2 = p 2 2 Igualmente se demuestra que Q’ = 2 pq y R’ = q Tema 14: Genética Poblaciones I 29

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 14: Genética Poblaciones I 30

0 0, 1 0, 2 0, 3 0, 4 0, 5 0, 6 0, 7 0, 8 0, 9 1, 0 Frecuencia Gráfico de p 2, 2 pq y q 2 (aa) p 2 (AA) 2 pq (Aa) 0 0, 1 0, 2 0, 3 0, 4 0, 5 0, 6 0, 7 0, 8 0, 9 1, 0 p = f(A) Dr. Antonio Barbadilla Tema 14: Genética Poblaciones I 31

Desviaciones del apareamiento aleatorio Apareamiento aleatorio 35 Dr. Antonio Barbadilla

Desviaciones del apareamiento aleatorio 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 Dr. Antonio Barbadilla Tema 14: Genética Poblaciones I 36

Consecuencias de las desviaciones del apareamiento aleatorio • Desviación de las frecuencias genotípicas de las esperadas por Hardy-Weinberg • Mayor homocigosidad: apareamiento clasificado positivo y endogamia • Mayor heterocigosidad: apareamiento clasificado negativo • No cambio en las frecuencias alélicas Dr. Antonio Barbadilla Tema 14: Genética Poblaciones I 37

Links de interés q Lecturas: ¿Qué es la GP? q Web de genética de poblaciones (A. Barbadilla) q scienceprimer. com/hardy-weinberg-equilibrium-calculator q Otros ensayos y artículos de divulgación (A. Barbadilla) Factors changing gene frequencies in populations Migration Genetic Drift p = f(A) Mutation Natural Selection Dr. Antonio Barbadilla

Ejercicios de aplicación del Equilibrio de Hardy-Weinberg Frecuencias alélicas f(A) = p f(a) = q p + q = 1 Frecuencias genotípicas en equilibrio f(AA) = p 2 f(Aa) = 2 pq f(aa) = q 2 Dr. Antonio Barbadilla Tema 14: Genética Poblaciones I 41

(Pob 029) En una población que esta en equilibrio de Hardy-Weinberg, la frecuencia del alelo A es de 0, 7 y la del alelo a es de 0, 3. ¿Qué porcentaje de la población será homocigótica? Frecuencias genotípicas en equilibrio f(AA) = p 2 f(Aa) = 2 pq f(aa) = q 2 p = f(A) = 0, 7; q=f(a) =0, 3 f(Aa) = 2 p q = 2 x 0, 7 x 0, 3 = 0, 42 f(homocigotos) = 1 – f(Aa) = 0, 58 Dr. Antonio Barbadilla Tema 14: Genética Poblaciones I 42

Aproximadamente el 70% de los norteamericanos blancos perciben el gusto de la sustancia química feniltiocarbamida, y el resto no es capaz de percibirla. La capacidad para percibir el sabor de esta substancia química está determinada por el alelo T, mientras que la incapacidad para percibirlo se determina por el alelo recesivo t. Si suponemos que la población está en equilibrio de Hardy-Weinberg, ¿cuáles serían las frecuencias genotípicas y alélicas en esta población? Solución Frecuencias genotípicas en equilibrio f(AA) = p 2 f(Aa) = 2 pq f(aa) = q 2 Dr. Antonio Barbadilla Si el 70% puede percibir este producto químico (T/T y T/t), entonces el 30% no lo perciben (t/t). La frecuencia de los homocigotos recesivos es q 2. Para obtener q, simplemente se calcula la raíz cuadrada de 0, 30: q = √ 0, 30 = 0, 55 Como p + q = 1, podemos escribir: p = 1 – q = 1 – 0, 55 = 0, 45 Ahora podemos calcular: p 2 = (0, 45)2 = 0, 20, la frecuencia de T/T 2 pq = 2 × 0, 45 × 0, 55 = 0, 50, la frecuencia de T/t q 2 = 0, 3, la frecuencia de t/t Tema 14: Genética Poblaciones I 43

(Pob 005) La fenilcetonuria (PKU) tiene herencia autosómica recesiva. En una población humana se encuentra una persona con PKU (homocigótica recesiva) por cada 10. 000 individuos analizados. Suponiendo que esta población está en equilibrio de Hardy-Weinberg para este locus, ¿cuáles son las frecuencias alélicas de dicho locus? ¿Y la de los indivudos portadores? Frecuencias genotípicas en equilibrio f(AA) = p 2 f(Aa) = 2 pq f(aa) = q 2 Solución PKU = 1/10000 = f(aa) = q 2 (a) q = √ 0, 0001 = 0, 01 p = 1 -q = 0, 99 (b) f(Aa) = 2 pq = 2 x 0, 99 x 0, 01 = 0, 0198 Dr. Antonio Barbadilla Tema 14: Genética Poblaciones I 44

(Pob 033) En la especie humana, una enfermedad genética está determinada por un gen autosómico dominante. En una población se encuentra que el porcentaje de personas afectadas por la enfermedad es del 19%. Si la población está en equilibrio de Hardy-Weinberg, ¿cuál es la probabilidad de que una pareja escogida al azar esté formada por dos individuos afectados y tenga un hijo normal? Solución Frecuencias genotípicas en equilibrio f(AA) = p 2 f(Aa) = 2 pq f(aa) = q 2 =1 -0, 19 q = √ 0, 81 = 0, 9 p = 1 -q = 0, 1 Si ambos padres están afectados tienen que se Aa para tener un hijo no afectado Prob(Aax. Aa) = 2 pq x 2 pq = (2 x 0, 1 x 0, 9)2 = (0, 18)2 Prob(normal/Aax. Aa) = ¼ Prob(normal) = (0, 18)2 x ¼ = 0, 0081 Dr. Antonio Barbadilla Tema 14: Genética Poblaciones I 45

Dr. Antonio Barbadilla Tema 14: Genética Poblaciones I 46