Genética de poblaciones

Transcripción

1 Genética de poblaciones

2 Antecedentes Darwin-Wallace + redescubrimiento de la herencia de caracteres de Mendel = La variación genética es la base de la evolución. Enlace del concepto de genes y alelos con la teoría de la evolución

3 Antecedentes s. XX: G. Hardy, W. Weinberg, W. Castle, G. Yule: estudio de patrones de variación heredables, estructura genética Principios básicos de la Genética de Poblaciones

4 Antecedentes : R. Fisher y S. Wright: modelo matemático para describir la relación teórica entre frecuencias alélicas y genotípicas 1932: J. Haldane: causas del cambio de frecuencias genotípicas, interacción de la selección natural, mutación y migración

5 Acervo genético Conjunto de genes compartidos por los individuos de una población

6 Genética de poblaciones Objetivos: - conocer la dotación genética (acervo genético) de la población - predecir los cambios que puede sufrir el acervo genético y, consecuentemente, la población

7 Población mendeliana Grupo de individuos de reproducción sexual que comparten un conjunto de genes, viven en una misma área geográfica y se cruzan entre sí

8 Para describir una población real - se toma una muestra de la población, - se describe su composición genotípica, - su composición alélica o génica, - se evalúa la relación entre ambas

9 Composición genotípica de una población Frecuencias genotípicas: - proporciones (f) de los genotipos hallados - cálculo a partir de una muestra de la población f(aa) = n individuos AA n total de individuos f(aa) = f(aa) = n individuos Aa n total de individuos n individuos aa n total de individuos

10 Composición genotípica de una población Frecuencias genotípicas: AA =8/25=0,32 Aa=11/25=0,44 aa=6/25=0,24 Aa AA aa Aa Aa AA AA aa AA Aa aa Aa AA Aa AA Aa Aa aa aa Aa AA Aa AA Aa aa

11 Composición alélica de una población Individuos AA : sólo alelos A Individuos Aa : ½ alelos A, ½ alelos a Individuos aa : sólo alelos a

12 Composición alélica de una Frecuencias alélicas: población A=27/50=0,54 a=23/50=0,46 Aa AA aa Aa Aa AA AA aa AA Aa aa Aa AA Aa AA Aa Aa aa aa Aa AA Aa AA Aa aa

13 Composición alélica de una población Frecuencias alélicas o génicas: - proporciones (f) de los alelos hallados contando la cantidad de alelos en la muestra f(a) = 2 x n individuos AA + n individuos Aa 2 x n total de individuos f(a) = 2 x n individuos aa + n individuos Aa 2 x total de individuos

14 Composición alélica de una población Frecuencias alélicas o génicas: - proporciones (f) de los alelos hallados contando la cantidad de individuos (por genotipo) en la muestra f(a) = n individuos AA + ½ n individuos Aa n total de individuos f(a) = n individuos aa + ½ n individuos Aa n total de individuos

15 Composición alélica de una Frecuencias alélicas o génicas: - proporciones (f) de los alelos hallados a partir de las frecuencias genotípicas f(a) = f (AA) + ½ f (Aa) población f(a) = f (aa) + ½ f (Aa)

16 Ley de Hardy-Weinberg Godfrey H. Hardy Wilhelm Weinberg Modelo matemático que describe en forma simplificada la relación entre las frecuencias alélicas y las genotípicas en una población ideal.

17 Pero qué es una población ideal?

18 Supuestos de la ley de Hardy- Weinberg Una población ideal se asume: - infinitamente grande - con panmixia - no está sujeta a fuerzas evolutivas: mutación, migración,, deriva génica, selección

19 Supuestos de la ley de Hardy- Weinberg Válido únicamente para: - organismos diploides con reprod. sexual - igual distribución de alelos en machos y hembras - generaciones discretas

20 Supuestos de la ley de Hardy- Weinberg Los supuestos de la ley de Hardy- Weinberg se aplican a un locus a la vez.

21 Predicciones de la ley de Hardy-Weinberg Bajo esos supuestos: - las frecuencias alélicas y genotípicas de los genes de la población no cambian en el tiempo, la reproducción por sí sola no las altera - pueden predecirse las frecuencias genotípicas para un gen en la próxima generación en forma de una ecuación.

22 Ley de Hardy-Weinberg Para un gen bialélico: A=p, a=q Distribución de frecuencias genotípicas en la próxima generación p q p p 2 pq q pq q 2

23 Distribución de frecuencias genotípicas (H-W) Distribución de fr. genotípicas en la próxima generación: p 2 + 2pq + q 2

24 Cálculo de frecuencias genotípicas de la siguiente generación Gametas que darán la siguiente generación: A=0,5 a=0,5 f(a) = p = 0,5 f(a) = q = 0,5 A=0,5 0,25 0,25 a=0,5 0,25 0,25

25 Ley de Hardy-Weinberg Partiendo de: fa=p = 0,5 fa=q = 0,5 En la sig. generación espero tener: f(aa) = p 2 = 0,25 f(aa) = 2pq = 0,50 f(aa) = q 2 = 0,25 0,5 0,5 0,5 0,25 0,25 0,5 0,25 0,25

26 En el equilibrio H-W Relación entre las frecuencias alélicas y genotípicas

27 Ejemplo: 3 poblaciones diferentes AA Aa aa P P P

28 AA Aa aa P P P Cálculo de frecuencias alélicas AA Aa aa A=(2x40+40)/2x100=0,6 a= (2x20+40)/2x100=0,4

29 AA Aa aa P P P Cálculo de frecuencias alélicas AA Aa aa A=(2x50+20)/2x100=0,6 a= (2x30+20)/2x100=0,4

30 AA Aa aa P P P Cálculo de frecuencias alélicas AA Aa aa A=(2x60+0)/2x100=0,6 a= (2x40+0)/2x100=0,4

31 Cálculo de frecuencias genotípicas AA Aa aa P P P observadas AA Aa aa total P f 0,4 0,4 0,2

32 Cálculo de frecuencias genotípicas AA Aa aa P P P observadas AA Aa aa total P f 0,5 0,2 0,3

33 Cálculo de frecuencias genotípicas AA Aa aa P P P observadas AA Aa aa total P f 0,6 0 0,4

34 Frecuencias genotípicas observadas AA Aa aa P P P AA Aa aa P1 0,4 0,4 0,2 P2 0,5 0,2 0,3 P3 0,6 0 0,4

35 Frecuencias genotípicas esperadas en el equilibrio H-W f (AA) = p 2 f (Aa) = 2pq f (aa) = q 2

36 Frecuencias genotípicas esperadas en el equilibrio H-W f (AA) = 0,6 x 0,6 = 0,36 f (Aa) =2 x 0,4 x 0,6 = 0,48 f (aa) = 0,4 x 0,4 = 0,16

37 Cálculo de ajuste al equilibrio de H-W

38 Cálculo de ajuste al equilibrio de H-W P1 Obs Esp (O-E) 2 / E AA 40 0,36x100=36 0,4444 Aa 40 0,48x100=48 1,3333 aa 20 0,16x100=16 1, ,7777 Grados de libertad: n de genotipos n de alelos Valor de tabla (1 g.l.): 3,84

39 Cálculo de ajuste al equilibrio de H-W P2 Obs Esp (O-E) 2 / E AA 50 0,36x100=36 5,4444 Aa 20 0,48x100=48 16,3333 aa 30 0,16x100=16 12, ,0277 Grados de libertad: n de genotipos n de alelos Valor de tabla (1 g.l.): 3,84

40 Cálculo de ajuste al equilibrio de H-W P3 Obs Esp (O-E) 2 / E AA 60 0,36x100=36 16,0000 Aa 0 0,48x100=48 48,0000 aa 40 0,16x100=16 36, Grados de libertad: n de genotipos n de alelos Valor de tabla (1 g.l.): 3,84

41 Modelo o ley de H-W Establece la relación entre fr. alélicas y fr. Genotípicas. Estas frecuencias no cambian con el tiempo bajo los supuestos antes mencionados. Si cambian (porque no se mantienen las condiciones del equilibrio), en una generación de apareamiento al azar se restablece el equilibrio (se restablece el ajuste al modelo)

42 Alelos múltiples Ej. grupos sanguíneos del sistema ABO f (I A ) = p f (I B ) = q f (i) = r

43 Alelos múltiples Cálculo de frecuencias genotípicas: trinomio cuadrado (p + q + r) 2 = p 2 + q 2 + r 2 + 2pq + 2pr + 2qr

44 Genes ligados al cromosoma X

45 Los machos reciben 1 cr. X de las hembras de la generación n-1 anterior. Frec. alélicas = frec. hembras generación Las hembras reciben 1 cr. X de los machos y 1 cr. X de las hembras. Frec. alélicas = media de las frecuencias de los 2 sexos en la generación previa. Genes ligados al cr. X

46 Cálculo de frecuencias alélicas de loci ligados al X Individuo genotipo/haplotipo 1 Aa f (A)=7/16=0, a f (a)=9/16=0, Aa 4 A 5 aa 6 AA 7 a 8 aa 9 Aa 10 A

47 Cálculo de frecuencias genotípicas Hembras genotipo f (AA) f (Aa) f(aa) 1 Aa 2/6 2/6 2/6 3 Aa 0,33 0,33 0,33 5 aa 6 AA 8 aa 9 Aa

48 Cálculo de frecuencias haplotípicas Individuo genotipo/haplotipo f (A) f (a) 2 a =0,5 =0,5 4 A 7 a 10 A

49 Eq. de Hardy-Weinberg Para un locus ligado al sexo, el equilibrio de Hardy Weinberg se calcula utilizando los datos genotípicos femeninos

50 Eq. de Hardy-Weinberg Para un locus ligado al sexo, el equilibrio de Hardy Weinberg se alcanza después de varias generaciones, mientras que se alcanza tras una generación si el locus es autosómico

51 Alteraciones del equilibrio H-W

52 No cumplimiento de la panmixia

53 Panmixia = apareamiento al azar Todo individuo de la población tiene igual probabilidad de aparearse con cualquier otro individuo.

54 Alteraciones del estado panmíctico Apareamiento clasificado = selección de pareja - Clasificado positivo: entre individuos más parecidos que la media poblacional - Clasificado negativo: entre individuos más diferentes que la media poblacional.

55 Alteraciones del estado panmíctico Endogamia = apareamiento entre individuos emparentados (= individuos con un ancestro común)

56 Endogamia Causas: - apareamientos dirigidos o clasificados: criadores de animales domésticos - tamaño poblacional pequeño: inevitable que los individuos que se aparean estén emparentados

57 Consanguinidad en un individuo F Individuo no consanguíneo Individuo consanguíneo

58 Consanguinidad de un individuo Coeficiente de consanguinidad = probabilidad de que un indiv. sea homocigota idéntico para un locus dado (= que ambos alelos sean idénticos por ascendencia, por duplicación meiótica)

59 Consanguinidad en un individuo F ( X ) = Σ (1/2) n (1+F Ant ) Σ: sumatoria de todos los caminos que conectan a los padres de X a través de antepasados comunes n: número de individuos en el camino F Ant : coef. de consanguinidad del antepasado común

60 Consanguinidad en un individuo F ( X ) = Σ (1/2) n (1+F Ant ) Camino: F B G F (J) = (1/2) 3 * (1+0) = 1/8

61 Cálculo de endogamia en la población F = (2pq H) 2pq a menor Het. obs., mayor valor de F H= 2pq (1 F) F= 1 ( H ) 2pq

62 Cálculo de frecuencias genotípicas en una población endogámica f (AA) = p 2 + Fpq f (Aa) = 2pq 2Fpq f (aa)= q 2 + Fpq a mayor valor de F, menor frec. de heterocigotas y mayor frec. de genotipos homocigotas

63 Endogamia Efecto: - aumento de la homocigosis en todo el genoma por consanguinidad: plantas autógamas, especies en reducción numérica, matrimonios entre primos. - aumenta la probabilidad de que dos alelos deletéreos se combinen.

64 Endogamia Efecto: - depresión endogámica: efecto negativo en caracteres reproductivos y de producción: importancia en especies en peligro y en mejoramiento animal. - población humana: aumento de la tasa de mortalidad infantil: 40% más en hijos de primos hermanos.

65 Depresión por endogamia

66 Endogamia Plantas autógamas: - Se pierde la mitad de la heterocigosis en cada generación G1 1/4 AA 1/2 Aa 1/4 aa G2 1/4 +1/8 AA 1/4 Aa ¼+1/8 aa G3 3/8+1/16 AA 1/8 Aa 3/8+1/16 aa Gn 1-(1/2) n (1/2) n 1-(1/2) n 2 2

67 Algunas técnicas de reproducción asistida pueden generar con el tiempo, mayor endogamia y reducción del fitness Población humana

68 Reducción numérica en los nativos americanos Nativos Americanos: - matanza durante la colonización: entre 40 y 100 millones de amerindios asesinados en todo el continente

69 Reducción numérica en los nativos americanos - muerte por enfermedades introducidas desde Europa: viruela, tifus, paludismo, varicela, tos convulsa, sífilis, escarlatina, poliomielitis, etc...

70 Nativos americanos del Gran Chaco - colonización: años a.p familias lingüísticas, hábito cazador-recolectorpescador

71 Pérdida de variación genética - fijación alélica -variación intrapoblacional mucho menor - gran variación entre etnias, debido a gran reducción numérica y aislamiento genético

72 Reducción numérica + aislamiento genético = Deriva genética - pérdida de variabilidad, aumento de homocigosis - divergencia observada en marcadores autosómicos y de cromosoma X

73 Deriva genética Cambio en las frecuencias alélicas de la población por error de muestreo gamético Una fracción no representativa del pool de alelos se transmite a la siguiente generación

74 El cambio es aleatorio Deriva genética

75 Deriva genética Efecto: - pérdida de variación intra poblacional - pérdida de algunos alelos - fijación de algunos alelos - reducción de la heterocigosis - aumento de la diferenciación entre poblaciones

76 Deriva genética El error de muestreo gamético produce diferenciación entre las poblaciones