Tema 17: Genética Poblaciones I - genetica.uab.catgenetica.uab.cat/base/documents/genetica_gen/Tema... · y genotípicas en una población mendeliana bajo una serie de supuestos

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Dr. Antonio Barbadilla

Tema 14: Genética Poblaciones I 1

Tema 14:

Genética de Poblaciones Población mendeliana

Equilibrio Hardy-Weinberg

http://biologia.uab.es/dgm/cv/barbadilla prados.asp



Tema 14: Genética de Poblaciones I: La revolución darwiniana, el equilibrio de Hardy-

Weinberg y sistemas de apareamiento

•La revolución darwiniana: el pensamiento poblacional •La variación genética y sus estimación •Población mendeliana •Apareamiento aleatorio y ley de Hardy-Weinberg •Apareamiento no aleatorio

•Apareamiento clasificado •Endogamia

Puntos principales a tratar:




EL PARADIGMA POBLACIONAL:

la variación en el seno de las poblaciones es la materia prima de la evolución




Evolución desde la perspectiva poblacional:

Es el cambio acumulativo en la

composición genética de las

poblaciones




Nada tiene sentido en evolución si no es a la luz de la genética de poblaciones Michael Lynch

Nada tiene sentido en biología si no es a la luz de la evolución Theodosious Dobzhansky




La problemática de la genética de poblaciones es la descripción

y explicación de la variación genética dentro y entre

poblaciones

Theodosious Dobzhansky




Población mendeliana:

Conjunto de individuos intercruzables que comparten un acervo genético común




•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

A a p = f(A) q = f(a)




La Genética de Poblaciones es una Teoría de Fuerzas

p = f(A)

Deriva genética

Selección natural

Mutación

Migración

Factores que cambian las frecuencias génicas en las poblaciones



1

3 2

•Polimorfismo proteico (alozímico) Electroforesis de proteínas en gel (Lewontin & Hubby 1966; Harris 1966)

•Polimorfismos en el nivel del DNA Microsatélites Secuencias de DNA

Antes de los 60: Polimorfismo morfológico e inmunológico (grupos sanguíneos: AB0, Rh, NM,... 40 en humanos)




Polimorfismos de DNA




Polimorfismos de DNA

Secuencia 11 acgtagcatcgtatgcgttagacgggggggtagcaccagtacag Secuencia 22 acgtagcatcgtatgcgttagacggggtggtagcaccagtacag Secuencia 33 acgtagcatcgtatgcgttagacggcggggtagcaccagtacag

Secuencia 4 acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacag Secuencia 5 acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacag Secuencia 6 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag Secuencia 7 7 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag Secuencia 88 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag Secuencia 9 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag

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

SNPs Single Nucleotide Polymorphism




Medidas de la diversidad genética Ejemplo: Estudio electroforético de la enzima glucosa fosfato isomerasa

en una población de ratones

Genotipo

F/F F/S S/S Total

N. individuos 4 7 5 16

N. alelos F 8 7 0 15

N. alelos S 0 7 10 17

N. alelos F + S 8 14 10 32

p ̂ = f(F) = 4 + (1/2) 7

16

= 0,469 p ̂ q ^ = 1 - = 0,531

•Frecuencia genotípica

•Frecuencia alélica o génica

•Heterocigosidad H ^

= 7/16 = 0,4375

f(FF) = 4 / 16 f(FS) = 7 /16 f(SS) = 5/16




Genotipo Frecuencias alélicas

Población MM MN NN p(M) p(N)

Esquimal 0,835 0,156 0,009 0,913 0,087

Aborigen Australia

0,024 0,304 0,672 0,176 0,824

Egipcia 0,278 0,489 0,233 0,523 0,477

Alemania 0,297 0,507 0,196 0,550 0,450

China 0,332 0,486 0,182 0,575 0,425

Nigeria 0,301 0,495 0,204 0,548 0,452

Frecuencias genotípicas y alélicas para el locus del grupo sanguíneo MN en varias poblaciones humanas




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

G.H. Hardy W. Weinberg




Esperma

Huevos

AA p2

Aa pq

Aa pq

aa q2

A p

a q

a q

A

p

Frecuencias alélicas

Los supuestos implican una unión aleatoria de los alelos para formar genotipos




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




Frecuencia cigotos (progenie)

Apareamiento Frecuencia

apareamiento

AA Aa aa

AA x AA P2 1 0 0

AA x Aa 2PQ ½ ½ 0

AA x aa 2PR 0 1 0

Aa x Aa Q2 ¼ ½ ¼

Aa x aa 2QR 0 ½ ½

aa x aa R2 0 0 1

Totales próxima generación P’ Q’ R’

P’ = P2 + 2PQ/2 + Q2/4 = (P + Q/2)2 = p2 igualmente se demuestra que Q’ = 2pq y R’ = q2

Demostración de la ley de Hardy-Weinberg

Frequencias genotípicas generación

inicial

P = f(AA) Q = f(Aa) R = f(aa)




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)

Fre

cuenc

ia

2pq (Aa)

p2 (AA) q2 (aa)

Gráfico de p2, 2pq y q2.




Genotipo

MM MN NN Total N. individuos 1787 3037 1305 6129 N. alelos M 3574 3037 0 6611 N. alelos N 0 3037 2610 5647 N. alelos M + N 3574 6074 2610 12258

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)

84,3

04887,0

2

..1;05,0

2

lg

X

esperadonúmero

esperado)númeroobservado(número 2




Generalización del Equilibrio de Hardy-Weinberg

A1 A2 A1 A1 A1 A2 A2A2

P2 2pq q2 p q

•Un gen ligado al X

•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

•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%




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




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



La Genética de Poblaciones es una Teoría de Fuerzas

p = f(A)

Deriva genética

Selección natural

Mutación

Migración

Factores que cambian las frecuencias génicas en las poblaciones



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p = f(A)

Deriva genética

Selección natural

Mutación

Migración

Efectos de las fuerzas evolutivas sobre la variación dentro y entre poblaciones

Fuerza Variación dentro

poblaciones

Variación entre

poblaciones

Endogamia o

deriva genética

- +

Mutación + -

Migración + -

Selección:

Direccional

Equilibradora

Incompatible

-

+

-

+/-

-

+




Links de interés

Conceptos fundamentales

Lecturas:

Web de genética de poblaciones (A. Barbadilla)

Calculadora de Hardy-Weinberg

¿Qué es la GP?

Genetic Drift

Natural Selection

Mutation

Migration

Factors changing gene frequencies in populations


http://bioinformatica.uab.es/base/base.asp?sitio=geneticapoblaciones&anar=concep&item=&imprimir=si

bioinformatica.uab.es/genpoblaciones/











http://www.oege.org/software/hwe-mr-calc.shtml






http://bioinformatica.uab.es/divulgacio/genpob.html

Documents

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