Genetica y selección natural - Universidad Nacional de Colombia

Genética y Selección Natural
Néstor Javier Mancera Rodríguez
Curso: Vida Silvestre
Código: 3000431-1
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
SEDE MEDELLÍN
FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS FORESTALES
Darwin luego de 5 años observando, encontró evidencia de
cambios aparentes en especies vivientes
Darwin (y Wallace)
Dieron origen a la idea de Evolución Biológica por medio de la
operación de Selección Natural
‰
Hay reproducción sexual
‰
Hay herencia
‰
Hay competencia intra-específica
‰
Los individuos que superviven y/o reproducen mejor
(gracias a sus genes) tienen más contribución a la
generación siguiente
La selección natural ocurre debido a lo
siguiente
Existe variabilidad fenotípica entre individuos.
Esta variabilidad tiene una base genética, es decir al menos en
parte se hereda.
Esta variabilidad fenotípica está relacionada con la capacidad
de supervivencia y el éxito reproductivo de los individuos.
“Pensamiento poblacional.” El gradualismo y el seleccionismo
implican que toda la diversidad biológica es producto de
procesos poblacionales.
Tomado de: evolucion.fcien.edu.uy/Diapositivas/Expansion2006.pdf
MENDEL,
la
naturaleza
particulada
de
los
factores
hereditarios y la segregación
1822-1884
Tomado de: evolucion.fcien.edu.uy/Diapositivas/Expansion2006.pdf
Variación fenótípica: efectos genéticos y efectos ambientales
Tomado de: evolucion.fcien.edu.uy/Diapositivas/Expansion2006.pdf
Yule en
1902
demostró
formalmente que la variación
continua puede ser explicada por factores mendelianos
Johannsen produjo líneas puras de judías princesa y mostró
que parte de la variabilidad en la altura tenía base hereditaria
Yule en 1906 propuso el modelo de varios loci actuando en
forma aditiva y demostró formalmente que la variación
continua puede ser explicada por factores mendelianos.
Tomado de: evolucion.fcien.edu.uy/Diapositivas/Expansion2006.pdf
El modelo multi-loci de alelos aditivos de Yule
Demostrado experimentalmente para el carácter color de
grano en el trigo por Nilsson-Ehle
3 loci, 2 alelos cada locus. Cada alelo “grande” aporta un
grado al color, de forma tal que AABBCC es rojo y aabbcc es
blanco
Tomado de: evolucion.fcien.edu.uy/Diapositivas/Expansion2006.pdf
Tomado de: evolucion.fcien.edu.uy/Diapositivas/Expansion2006.pdf
Un Locus
Aa x Aa
2 Loci
AaBb x AaBb
3 Loci
AaBbCc x AaBbCc
Tomado de: evolucion.fcien.edu.uy/Diapositivas/Expansion2006.pdf
La problemática de la genética de
poblaciones
es
la
descripción
y
explicación de la variación genética
dentro y entre poblaciones
Theodosious Dobzhansky
Tomado de: bioinformatica.uab.es/diaposcurso/tema17/tema17.ppt
Ley de Hardy-Weinberg (1908)
Ley del equilibrio de Hardy-Weinberg
Considera
como
se
relacionan
las
frecuencias
alélicas
y
genotípicas en una población bajo una serie de supuestos ideales
Generaciones discretas y no solapantes
•Apareamiento aleatorio
•Tamaño de población infinito
•No
mutación,
no
migración,
ni
deriva
genética
entre
poblaciones
•No diferencias en eficacia biológica (selectivas) entre los
distintos genotipos
Tomado de: bioinformatica.uab.es/diaposcurso/tema17/tema17.ppt
Ley del equilibrio de Hardy-Weinberg
“En
una
población
grande
que
se
encuentre
en
apareamiento al azar, las frecuencias génicas y genotípicas
permanecerán
siguiente,
constantes
mientras
no
de
haya
migración, ni deriva genética”
una
generación
selección,
a
la
mutación,
Ley del equilibrio de Hardy-Weinberg
La frecuencia génica de los parentales al cuadrado,
determina la frecuencia genotípica de
los homocigotos
respectivos en la descendencia, y
Dos veces el producto de la frecuencias génicas de los
parentales determina la frecuencia genotípicas de los
heterocigotos en la descendencia”
p y q
⇒ p + 2 pq + q
2
2
Los supuestos implican una unión aleatoria de los alelos
para formar genotipos
p
A
Frecuencia
s
alélicas
A
Esperma
p
a
q
AA
p2
Aa
pq
Aa
pq
aa
q2
q
a
Huevos
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Ley de Hardy-Weinberg
Frecuencia cigotos (progenie)
Apaream iento
P = f(AA)
Q = f(Aa)
R = f(aa)
Frecuencia
apareamiento
AA
Aa
aa
AA x AA
P2
1
0
0
A A x Aa
2PQ
½
½
0
A A x aa
2PR
0
1
0
A a x Aa
Q2
¼
½
¼
A a x aa
2Q R
0
½
½
aa x aa
R2
0
0
1
P’
Q’
Totales próxima generación
R’
P’ = P2 + 2PQ/2 + Q2/4 = (P + Q/2)2 = p2
igualmente se demuestra que Q’ = 2pq y R’ = q2
Tomado de: bioinformatica.uab.es/diaposcurso/tema17/tema17.ppt
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
Frecuencia
Gráfico de p2, 2pq y q2.
q2 (aa)
p2 (AA)
2pq (Aa)
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
p
Tomado de: bioinformatica.uab.es/diaposcurso/tema17/tema17.ppt
MM
MN
NN
Total
Número observado
1787
3037
1305
6129
Frec. genot. observada
0,292
0,496
0,213
1
Frec. de M
0,539
Frec. de N
0,461
Frec. genot. esperada
0,291
0,497
0,212
1
p2
2pq
q2
1782,7
3045,5
1300,7
Número esperado
(número observado − número esperado) 2
X =Σ
= 0,04887
número esperado
2
χ 02,05;1g .l . = 3,84
6129
Consecuencias de las desviaciones del apareamiento
aleatorio
Desviación de las frecuencias genotípicas de las esperadas por
Hardy-Weinberg
Mayor homozigosidad: apareamiento clasificado positivo y
endogamia
Mayor heterozigosidad: apareamiento clasificado negativo
No cambio en las frecuencias alélicas
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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
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Coeficiente de Consanguinidad (F): probabilidad de que dos
alelos de un individuo sean idénticos
F = 0, sin consanguinidad
F = 1, consanguinidad completa
Si F = 1,
2pq - 2pq = 0
Desaparecen los heterocigotos de la población
Tomado de: weblogs.udp.cl/esteban.araneda/archivos/(9293)clase_poblaciones.ppt
La reducción de la heterocigocidad depende del tamaño
efectivo
de
la
población,
mientras
mayor
sea,
más
generaciones demorará la pérdida de heterocigotos.
La consanguinidad puede traer importantes efectos deletéreos,
porque hay mayor probabilidad de individuos homocigotos que
presenten alteraciones genéticas
La consanguinidad contribuye a la variación genética entre las
poblaciones, haciéndolas homocigotas para alelos al azar.
Tomado de: weblogs.udp.cl/esteban.araneda/archivos/(9293)clase_poblaciones.ppt
Población mendeliana
Conjunto de individuos intercruzables que comparten un acervo
genético común (con reproducción real o potencial entre ellos)
Tomado de: bioinformatica.uab.es/diaposcurso/tema17/tema17.ppt
Población mendeliana
Pool Génico: Suma total de genes de los gametos de una
población
Polimorfismo: Variación genética reflejada a distintos niveles
fenotípicos
(morfológico,
fisiológico,
cromosómico,
inmunológico, proteínico, secuencias de DNA), dentro de una
población o entre poblaciones.
Polimorfismo
Balanceado
(equilibrio
estable),
permite
la
mantención de la variabilidad genética en la población.
Polimorfismo Inestable : Si cualquier alteración de las
frecuencias en equilibrio da lugar a que uno de los alelos se
fije en la población.
Población mendeliana
Frecuencia
Fenotípica:
Proporción
de
los
diferentes
Proporción
de
los
diferentes
fenotipos en una población
Frecuencia
Genotípica:
genotipos en una población
Frecuencia Génica o Alélica: Proporción de los diferentes
alelos de un gen en una población (haplotipo).
Factores que cambian las frecuencias génicas en las
poblaciones
Deriva genética
Migración
p = f(A)
Selección natural
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Mutación
Lo único que se trasmite a la descendencia son genes
Genotipo
Siguiente
generación
Fenotipo
Expresión génica,
desarrollo
Transmisión
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Evolución desde la perspectiva poblacional:
Es
el
cambio
acumulativo
en
la
composición
genética de las poblaciones.
Ritmo de la evolución: el gradualismo.
Mecanismos de la evolución: la selección natural.
modificado de: bioinformatica.uab.es/diaposcurso/tema17/tema17.ppt
Polimorfismos de DNA
Tomado de: bioinformatica.uab.es/diaposcurso/tema17/tema17.ppt
Heterocigocidad: Medida de la variación genética de un locus
en una población, esta dada por la frecuencia total de
heterocigotos para el locus. Si la frecuencia de uno de los
alelos es muy alta y la otra muy baja, habrán
pocos heterocigotos porque la mayoría serán homocigotos
para el alelo más frecuente.
Generalización del Equilibrio de Hardy-Weinberg
Dominancia: Ventaja reproductiva del heterocigoto, lo que
permite que ambos alelos permanezcan en equilibrio en la
población.
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%.
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
Tomado de: bioinformatica.uab.es/diaposcurso/tema17/tema17.ppt
Selección Natural
La fuerza creativa que lleva al proceso de adaptación de los
organismos a compaginar cambios en su entorno físico y
biológico
Darwin planteó que la evolución consiste de dos procesos: la
diversidad de los organismos y la adaptación de ellos.
Organismos
con
fenotipos
mas
adecuados
al
ambiente
sobrevivirán y se reproducirán mas exitosamente, a este
proceso lo denominó SELECCIÓN NATURAL.
Por lo tanto, el alelo que sea más exitoso reproductivamente
tendrá una frecuencia mayor en la población.
Tomado de: weblogs.udp.cl/esteban.araneda/archivos/(9293)clase_poblaciones.ppt
La “meta” del organismo es dejar la mayor cantidad de
progenie posible
Lucha
por
la
existencia:
sobrevivir,
encontrar
pareja,
reproducirse, la progenie debe dispersarse, algunos sobrevivir
para sobrevivir debe:
- Ser exitoso en su entorno físico,
- Competir con individuos de la misma y otras especies
(puede incluir selección sexual)
- Evitar ser comido
- Sobrevivir ataques por parásitos y patógenos.
Tomado de: http://www.upch.edu.pe/facien/dcbf/bio1/ppt/AV-seleccion-natural-Bio1.ppt
La selección natural ocurre debido a lo
siguiente
Existe variabilidad fenotípica entre individuos.
Esta variabilidad tiene una base genética, es decir al menos en
parte se hereda.
Esta variabilidad fenotípica está relacionada con la capacidad
de supervivencia y el éxito reproductivo de los individuos.
“Pensamiento poblacional.” El gradualismo y el seleccionismo
implican que toda la diversidad biológica es producto de
procesos poblacionales.
Tomado de: evolucion.fcien.edu.uy/Diapositivas/Expansion2006.pdf
Como funciona la selección natural?
Descendencia con modificación
El genotipo provee la parte heredable,
Pero la selección actúa sobre el fenotipo (forma visible), esto
incluye desarrollo, morfología, comportamiento.
Tomado de: http://www.upch.edu.pe/facien/dcbf/bio1/ppt/AV-seleccion-natural-Bio1.ppt
Existen caracteres beneficiosos en el fenotipo que confieran
alguna ventaja (en alguna manera, aunque ínfima) en la
sobrevivencia y/o la reproducción.
Estos caracteres beneficiosos son heredables.
Los menos beneficiosos disminuirán en frecuencia en la
siguiente generación.
Ni
Darwin,
ni
Wallace
entendían
el
mecanismo
de
heredabilidad (genética Mendeliana, etc.).
La importancia radicaba en la heredabilidad de caracteres no
en el mecanismo de heredabilidad
Tomado de: http://www.upch.edu.pe/facien/dcbf/bio1/ppt/AV-seleccion-natural-Bio1.ppt
El entorno es crucial para la selección natural
Los límites del entorno son los que determinan que caracteres
son los beneficiosos
Los cambios en el entorno tanto en espacio como tiempo
traen consigo cambios en los caracteres de los organismos
En el espacio, dentro de una especie: gradientes
Tomado de: http://www.upch.edu.pe/facien/dcbf/bio1/ppt/AV-seleccion-natural-Bio1.ppt
En
el
tiempo,
dentro
de
un
linaje:
evolución,
cambio
morfológico.
El entorno incluye otros organismos:
Un nuevo competidor, depredador, patógeno, constituyen
nuevos factores del entorno para ser tomados en cuenta
Tomado de: http://www.upch.edu.pe/facien/dcbf/bio1/ppt/AV-seleccion-natural-Bio1.ppt
La selección natural no puede predecir el futuro.
Solo puede mejorar la estructura en el contexto de
su utilidad actual
Tomado de: http://www.upch.edu.pe/facien/dcbf/bio1/ppt/AV-seleccion-natural-Bio1.ppt
Tipos de selección
1.
Selección Céntripeta o estabilizante: un fenotipo intermedio es favorecido
sobre los extremos
2.
Selección direccional: un fenotipo extremo es favorecido y la curva de
distribución de fenotipos se mueve en esa dirección (no mantiene la
variabilidad genética)
3.
Selección Cíclica: Selección en una dirección en una generación o estación y
en sentido contrario en la siguiente, ayuda a mantener las diferencias
genéticas en una población
4.
Selección disruptiva: dos o mas fenotipos son favorecidos sobre el
intermedio.
1
2
3
Tomado de: weblogs.udp.cl/esteban.araneda/archivos/(9293)clase_poblaciones.ppt
4
formas de selección natural
„
Selección estabilizante
„
Selección direccional
„
Selección disruptiva
La variación genética dentro y entre las poblaciones es el
resultado de las inter-relaciones entre las distintas fuerzas
evolutivas.
Fuerza
Variación dentro
de Poblaciones
Variación entre
Poblaciones
Consanguinidad
o Deriva Génica
_
+
Mutaciones
+
_
Migraciones
+
_
Selección:
Direccional
_
+/-
Balanceada
+
_
Líneas azules, tendencia a aumentar la variación dentro de la población
Líneas rojas, tendencia a disminuir la variación dentro de la población
Tomado de: weblogs.udp.cl/esteban.araneda/archivos/(9293)clase_poblaciones.ppt
¿Evidencia para selección direccional?
„
El estudio de caso clásico
es
de
las
polillas
de
pimiento de Inglaterra
„
La
forma
aumentó
en
en el siglo 19
melanística
abundancia
Especie (en organismos con reproducción sexuada): Presentan aislamiento
reproductivo que puede darse a distintos niveles:
Mecanismos pre-cigóticos:
9 Geográficos o ecológicos: Las poblaciones ocupan hábitats diferentes
9 Estacionales o temporales: La madurez sexual se produce en épocas
diferentes
9 Etológicos: Diferentes comportamientos de apareamiento
9 Mecánicos: Incapacidad anatómica de copular
9 Fisiológicos: Los gametos no sobreviven en tractos reproductivos extraños,
no hay fecundación
Mecanismos pos-cigóticos:
9 Inviabilidad o debilidad de los híbridos: Incapacidad de que ocurra
desarrollo embrionario normal
9 Híbridos estériles: Los híbridos producidos no pueden dejar descendencia
Tomado de: weblogs.udp.cl/esteban.araneda/archivos/(9293)clase_poblaciones.ppt