Tema 1. La variabilidad genética: Origen y detección

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1 Tema 1. La variabilidad genética: Origen y detección La genética evolutiva estudia básicamente a las poblaciones, sus características específicas, sus interacciones y sus modificaciones en el tiempo. POBLACIÓN: qué individuos la forman? Ente cambiante: desplazamientos, muertes, nacimientos Rango de distribución Qué es? Fósiles (tiempo), Asexuados: colonias y cepas (no hay intercambio génico recíproco) Sexuados Población: genéticamente definida, es un grupo espacial y temporal de individuos conespecíficos que se reproducen por intracruzamientos. Lo que la define es el intercambio de genes entre sus miembros ACERVO ó POOL GÉNICO. Cómo caracterizarla? cómo definirla genéticamente? Generalmente en términos de frec. alélicas ógénicas, genotípicas y/o fenotípicas, es decir, hemos de conocer la variabilidad existente en una población para poder definirla. Cómo medir la variación?: Usamos marcadores genéticos Medición de la variación Técnicas de detección 1. Morfológicas: poca variación diferencias espaciales y temporales Problemas: son hereditarias?, o fenocopias?. Genes mendelianos (29'4%): eran hereditarias aproximadamente el 30% Efecto de la dominancia. Dependiente del experimentador Pregunta: Es, por lo tanto, cierta esta escasa variación? 2. Letales y otros modificadores de la viabilidad: Se puede hacer cromosomas o segmentos cromosómicos homocigóticos estudiar el alelo que porta Resultados: Se observó un 0'2% de variación, y comparando con individuos heterocigóticos salvajes, se comprobó que se debía a muchos loci (pruebas de alelismo) 3. Estudios citológicos: a) cariotipos: muy poca variación b) Inversiones: variabilidad espacial y temporal (al ser sucesos únicos se pueden considerar alelos de un locus génico). También se observaron clinas Cómo interpretar estos resultados? Si las distintas inversiones portan diferentes alelos para sus loci, la variabilidad sería alta, pero si portan los mismos alelos, la variabilidad sería baja. AR ST 1

2 HIPÓTESIS Si pudiésemos examinar el genotipo diploide de un individuo típico, escogido de una población que se reproduce sexualmente, en qué proporción de sus loci sería heterocigótico? o dicho de otra manera, qué heterocigosidad media (H) esperamos en una población? CLÁSICA EQUILIBRADA Loci Monomórficos (H 0'1%) Polimórficos (H alta) La > parte de la Entre poblaciones Intrapoblacional diversidad Sel. Natural Purificadora (elimina Equilibradora deletéreos) Cambios Pocos, neutros ( 10 7 ) Selectivos y acumulación de neutros Especiación difícil Condic. ecológicas y biogeográficas adecuadas Escuela (Técnica) Müller(letales equilibrados) Dobzhanski (polimorfismos cromosómicos) Filosofía Estamos en la cima Progresamos Medición de la variación Técnicas de detección 4. Selección artificial: todo es seleccionable mucha variación en muchos o en pocos loci? Experimentos con DDT: DL50 1ª prueba indirecta a favor de la equilibrada. 5. Métodos inmunológicos: Reacción Ag Ac Ventajas: Se analizan diversas proteínas Inconveniente: Su detección depende de su variación. Sólo se detectan loci con al menos dos alelos H = %LP = 28 3 sobreestima 2

3 REQUISITOS a) Detección fenotípica de las sustituciones alélicas en los individuos, es decir, 1) diferenciar homo de hetero cigóticos 2) detectar fenotípicamente todas las sustituciones alélicas b) Distinción entre loci: sustituciones alélicas de un locus deben distinguirse de las sustituciones en otro locus c) Muestra representativa: los loci estudiados deben ser un conjunto de genes al azar respecto a sus efectos fisiológicos y a la cantidad de variación genética. Visibles y letales y citológicos, cumplen a1 y b Grupos sanguíneos: a y b C es un problema SOLUCIÓN: Genética Molecular Existe una relación directa entre ADN y proteínas: ADN ARNm proteínas Secuenciación de proteínas: 1 sustitución es detectable Cada sustitución es diferente (excepto casos de redundancia) Distintos loci codifican diferentes proteínas Variedad de efectos Proteínas variables e invariables TÉCNICA DE ELECTROFORESIS 15 neutrales Las proteínas están formadas por 20 AA 2 ácidos: Glu y Asp 3 básicos: Arg, Lys e His. Según su tamaño, forma y carga, migran a diferente velocidad en un gel: Aloenzimas: distintas formas de la enzima codificadas por alelos del mismo gen Isoenzimas: distintas formas de la enzima codificadas por alelos de diferentes genes. AA BB CB BB AA BB BM BM AB MM AA AB AB AA AB AA AB AA AB AA Amy = Amilasa Acph = Fosfatasa ácida Adh = Alcohol deshidrogenasa VENTAJAS: es posible examinar muchos loci prácticamente puede examinarse cualquier organismo Los loci generalmente son codominantes, por lo que se diferencian los homos de los heteros (Excepción: alelos silentes) Se examina la variación muy cerca del ADN Da buenos marcadores para clasificación, ecología poblacional, sistemas de apareamientos, etc. Estudia loci polimórficos y monomórficos PROBLEMAS: Sólo regiones que codifican proteínas Alguna variación genética permanece oculta Esta variación puede ser adaptativamente poco importante Algunas variantes se presentan sólo en algunos tejidos u órganos A menudo es necesario sacrificar al individuo para conocer su genotipo 3

4 TÉCNICA DE ELECTROFORESIS Monomórficos: una sóla banda por individuo la misma banda en todos los individuos suponemos que todos tienen el mismo genotipo: haploides: A diploides: AA es decir, hemicigotos u homocigóticos %LP = 28 2 Het. Med. = Enzimas G.S. %LP = H.M. = Distintas especies: Entre 5 14% 1 er apoyo claro a la hipótesis equilibrada ADN Genes estructurales, reguladores y otras secuencias: intrones, reg 5 y 3, 3ª posición sinónimos, a) Hibridación ADN ADN: Relación entre Tm y semejanza de las moléculas Curvas de reasociación: Homoduplex: mismo individuos o especie Heteroduplex: distintos individuos o especies Emeu 85 homoduplex Casuario 82 Ñandú 76 heteroduplex Avestruz 75,5 Gallo Avestruz Ñandú Tm eme cas ñan Ave eme* Dist=p Tm = 1ºC p = 0 01 (0 7% 1 7%) Dificultades: errores grandes muchas pruebas Influencia de otros factores: contenido en GC tamaño de los fragmentos de ADN tamaño del genoma 4

5 9 ADN a) RFLPs: Restriction fragments length polymorphism 16 7 circular Tiene 2 dianas que se encuentran separadas por 7 Kb Tiene 1 diana que lo lineariza ,6 3,9 3,1 2,9 1, origen 16 origen 1º) Clasificar los modelos de bandas 2º) Si los DNAs eran del mismo tamaño, comprobar si hay bandas enmascaradas lineal 1 diana 0 dianas Enzimas de restricción tipo II: reconocen una sola diana repetitividad Haplotipo (HT): combinación única de marcadores genéticos presentes en un cromosoma Como sólo sabemos los fragmentos, pero sin ordenar, no podemos construir el mapa. Necesitamos: Hibridar con sondas Hacer dobles digestos Hacer digestiones parciales Haplotipo A: 12'6 3'1 1 =16 7 Haplotipo B: 8 4'6 3'1 1 =16 7 Haplotipo C: 5'1 2'9 4'6 3'1 1 =16 7 Haplotipo D: 5'1 2'9 3'9 0'7 3'1 1 =16 7 Haplotipo E: 5'1 2'9 1'5 (3'1) 3'1 1 =13 6 (falta 3 1) MAPA: (5'1) (2'9) (1'5) (2'4) (0'7) (3'1) (1) a b c d e g h a A(a,g,h) B (a,c,g,h) C (a,b,c,g,h) D (a,b,c,e,g,h) E (a,b,c,d,g,h) 1 = presencia y 0 = ausencia: Haplotipo A : Haplotipo B : Haplotipo C : Haplotipo D : Haplotipo E : Ej: ADN genómico: = segmento que reconoce la sonda a) 1 diana polimórfica b) 1 monomórfica y otra polimórfica Filtro Origen La suma de las bandas de los homocigóticos es la mitad de la de los heterocigóticos Aparece una banda común a todos los individuos VNTR = nº variable de repeticiones en tandem RAPDs y AFLPs = polimorfismos de ADN amplificados al azar. No sirven para estimar las frec. Alélicas no sirven para estimar migración u otros parámetros poblacionales. Si sirven para cuantificar variabilidad. microsatélites: repeticiones de 2 a 6 pb. SNPs: se analiza un solo nucleótido. Se comportan como genes mendelianos. 5

6 SECUENCIACIÓN Sec. 1 AATTCGCGGTACCGTGTGCA Sec. 1 AATTCGCGGTACCGTGTGCA Sec. 1 TGGC Sec. 2 AATCCGCGATACCGTGTGCA Sec. 2...C...A... Sec. 2 CA.. Sec. 3 AATCCGCGGTACCGTGTGTA Sec. 3...C...T. Sec. 3 C..T Sec. 4 AATTCGCGATACCGTGTGTA Sec. 4...A...T. Sec. 4.A.T Sec. 5 AATTCGCGATACCGTGTGTA Sec. 5...A...T. Sec. 5.A.T Sec. 6 AATTCGCGGTACCGTGTGCA Sec Sec Sec. 7 AATTCGCGGTACCGTTTGCA Sec. 7...T... Sec. 7..T. Sec. 8 AATTCGCGGTACCGTGTGCA Sec Sec HT pob. N 8 Haplotipo A (0000) = ref. (sec 1, 6 y 8) = 3 A 0'375 Haplotipo B (1100) = 4, 9 (sec 2) = 1 B 0'125 Haplotipo C (1001) = 4, 19 (sec 3) = 1 C 0'125 Haplotipo D (0101) = 9, 19 (sec 4 y 5) = 2 D 0'250 Haplotipo E (0010) = 16T (sec 7) = 1 E N = sample = 8 No confundir Nº de HT con nº de secuencias (=N) 6