07/10/2013. Diversos tipos: Sustitución: Ts = Pu x Pu ó Py x Py

Transcripción

1 MUTACIÓN Mutación es la base de la evolución, ya que es la 1ª fuente de variación : Mutación: aparecen nuevas variantes Transposición, migración y recombinación: generan nuevas combinaciones Selección, Deriva,... : Aumentan o disminuyen sus frecuencias Diversos tipos: Sustitución: Ts = Pu x Pu ó Py x Py En general, Ts > Tv, (En teoría: 1Ts:2Tv) Tv = Pu x Py ó Py x Pu En las reg. codificadoras: sinónimas ó silentes no cambia el AA no sinónima: errónea cambia el AA sin sen do produce un codón de terminación Indel ó Gaps: deleciones o inserciones. Si no son múltiplos de 3, cambian la pauta de lectura Reordenaciones: Inversiones Translocaciones, transposiciones Poliploidías: Aneuploidías (1 ó varios cromosomas) Euploidías (juegos de cromosomas) Tasa de mutación Fracción de gametos que sufren mutación por unidad de tiempo Longitud: genoma, cromosoma, locus, nucleótido, etc. Tiempo: absoluto (años), generacional (generaciones) Estimación de la tasa de mutación: 1) Dominantes ó indominantes: Contamos el nº de individuos (que suponemos heterocigóticos) donde aparece el alelo, cuyos padres no lo presentan, y dividimos por el número total de alelos analizados Diploides: u = x/2n Haploides u = x/n 2) Recesivos: Realizamos cruces entre homocigóticos dominantes y homocigóticos recesivos. En la descendencia esperamos que todos sean dominantes, si aparece algún recesivo se debe a una mutación en la formación del gameto del padre dominante. 1

2 Tasa de mutación: ejemplo 1) Color del pelaje en ratones (Recesivos) Hembras (7 recesivos) x machos salvajes y se estudia la F 1. Esperamos que toda sea salvaje. Nº de mutantes = nº mínimo de mutaciones surgidas/espermatogonia Spermatogonia Number of offspring 544,897 Number of mutations 32 Mutation/locus/gamete 0.84 x 10 5 Oocytes Number of offspring 98,828 Number of mutations 1 Mutation/locus/gamete 0.14 x 10 5 Media = 11'2 x 10 6 media de reversión = 2'5 x 10 6 Tasa de mutación: ejemplo 2) Hombre: hemoglobinas anormales: 1) se estudiaron personas 62 heterocigó cas 2) electroforesis sólo detecta 1/3 de las sustituciones de AA (62 x 3) / 2 x ) 3 x ) de 18 heteros analizados sólo 2 de ellos mostraron padres normales 3 x 10 4 x (1/9) = 3'3 x 10 5 (Tasa de mutación /hemoglobina) 4) Hemoglobina: cadena y cadena = = 287 AA (3'3 x 10 5 ) /287 = 1'1 x ) 25% de las mutaciones no producen cambio de AA (redundancia del código): (1'1 x 10 7 )/0'75 = 1'47 x 10 7 por codón 6) 3 bases por codón (1'47 x 10 7 )/3 = 5 x 10 8 (tasa de mutación/base) 7) Si se calcula que hay unas 50 divisiones celulares antes de la formación de los gametos 10 9 /par de bases/div. celular 2

3 Cómo modifica las frecuencias alélicas? 1) MODELO DIRECCIONAL = mutación en una sola dirección: A= reúne a todos los alelos salvajes a = reúne a todos los alelos mutantes u Si pasa suficiente tiempo y u es cte., A desaparecerá de la población A a Cuán rápidamente desaparece? p 1 =p 0 p 0 u = p 0 (1 u) p 2 = p 1 (1 u) p t = p 0 (1 u) t Despejando t podemos calcular el tiempo necesario para producir un determinado cambio : Ejemplo: u=10 5 e p = 0'01 1 0' generaciones 0'5 0' generaciones 0'1 0' generaciones A medida que A disminuye se tarda más tiempo para producir el mismo cambio en las frecuencias alélicas 3

4 Cómo modifica las frecuencias alélicas? 1) MODELO GENERAL = mutación en ambas direcciones: u u = tasa de mutación v = tasa de retromutación A a p 1 = p 0 p 0 u + q 0 v v Cuándo se alcanzará el equilibrio? p t+1 = p t p = q = 0 q = q t+1 q t = q t + up t q t v q t = up t vq t en el equilibrio up = vq q = u(1 q) vq = u q(u+v) relación lineal: máx. incremento= u (q=0) máx. decremento = v (p=0) Equilibrio: q = u/(u+v) p = v/(u+v) Tiempo que se tarda q 0 q t (u + v)t = ln[(q 0 q)/(q t q)] Cuál es el destino de una mutación? MUTACIÓN DERIVA Tamaño cte. descendencia distribución de Poisson con k = 2 Cuando una mutación surge, tiene una frecuencia muy baja y tiene una cierta probabilidad de perderse por generación = e 1 = 0'3679 Esta probabilidad va aumentando con las generaciones. 4

5 Si en una población de tamaño finito surge una mutante, su frecuencia inicial es 1/2N si se trata de un alelo neutro, su probabilidad de fijación es (1/2N), muy pequeña, y la de perderse (1 (1/2N)). Tasa de sustitución de mutaciones neutras Nº de mut. nuevas por generación = 2Nu Probabilidad de fijación de cada una = 1/2N K = tasa de sustitución = 2Nu. 1/2N = u Tiempo de fijación de mutaciones neutras El tiempo que implican estos dos procesos, pérdida y fijación, es muy diferente: Kimura y Otha (1971) lo estimaron Tiempo de fijación de mutaciones neutras T f = 4N ( [((1 q) /q). ln(1 q)] si q 0 1 q 1 y ln(1 q) = q T f = 4N e T p = 4N (q.ln q / (1 q)) si q = 1/2N y N e = N T p =2 ln(2n) Ej: N=500 T f /T p = 145 N=1000 T f /T p = 263 Si se trata de una ventajosa, el tiempo de fijación T fv = (2/s).ln(2N) [s = aumento en la eficacia] Como el proceso de fijación es muy largo, alelos o loci analizados en ese tiempo serán descritos como polimórficos, pero este polimorfismo sería efímero más que permanente. Neutralistas consideran ésta la explicación a los altos polimorfismos moleculares detectados. Cuántos alelos neutros pueden mantenerse en una población? 1 prot. 300 AA = 900 nucleótidos = alelos podemos suponer que cada mutación crea un alelo diferente a los anteriores. MODELO DE ALELOS INFINITOS, aplicado a una población finita (en una infinita, todos los alelos se mantendrían) El equilibrio ó estado estable se alcanzará cuando: el número de alelos creados por mutación = nº de alelos perdidos por deriva Como el modelo supone alelos, 2 alelos idén cos por naturaleza, también deben de serlo por descendencia homocigosidad = autocigosidad Homoc = F = prob. de que 2 alelos, elegidos al azar, sean iguales por descendencia, ya que cada evento mutacional origina un alelo diferente a todos los anteriores. Índice de fijación = F Sólo tendremos homocigóticos a causa de la consanguinidad de la fracción de alelos no mutantes, por ello: Para que 2 alelos idénticos por descendencia f t =[ 1/(2N) + (1 1/(2N)) f t 1 ] (1 ) 2 sean iguales por naturaleza, ninguno de ellos tiene que haber mutado en la última generación probabilidad (1 ) 2 En el equilibrio, F = F t = F t 1, sustituyendo tenemos: F = 1/ (4Nµ +1) Es decir, el nº de alelos neutrales se incrementa por mutación hasta que satisfaga F 5

6 En este modelo de alelos infinitos H = Heterocigosidad = 1 Homoc. = 1 F = 1/ (4Nµ +1) La heterocigosidad alcanzada depende tando de como de N Heterocigosidad 4N <0 25 4N >4 baja alta Valor de 4Nµ Homocigosidad Rango de 4N muy estrecho (0 25 4) en el que la variación es intermedia: Het. entre N 1 H = 0 5 4N >> 1 mut Heter. Ej.: N bacterias ó u microsatélites 4N << 1 der Heter Más que de equilibrio hablamos de estado estable se mantiene H, pero varían los alelos Podemos decir que, en el equilibrio, p i2 = 1/(4N + 1) Homocigosis = Autocigosis Problema: Hay numerosas distribuciones de alelos que dan la misma homocigosidad Ejemplo: 0'7;0'1;0'1;0'1 y 0'6;0'4 Hom = 0'52 Por ello vamos a asumir una población ideal (que tenga la misma heterocigosidad que la nuestra) en la que todos los alelos tengan la misma frecuencia. n e = nº de alelos p i =1/n e Homoc. = p i2 = n e (1/n e ) 2 = 1/n e Ejemplo: Hom = 0'52 n e = 1/Hom = 1'92 alelos En el equilibrio 1/n e = 1/ (4N + 1) n e = 4N + 1 n e = nº efectivo de alelos A medida que aumenta N aumenta n e Al aumentar N aumenta el número de alelos y el incremento es mayor para muestras mayores: 4N pequeñas, E(k) = 1 4N grandes, E(k) = N θ = 4Nµ 6

7 Esta fórmula de F puede variar para otros sistemas. Por ejemplo, en microsatélites o minisatélites aplicamos el modelo stepwise mutation model pero no 1 3 F = 1/(8N + 1) 1/2 Ejemplo: 4N = 1 H = % del valor obtenido bajo el modelo de alelos infinitos 7