Genética de poblaciones y evolución molecular del elefante marino

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Genética de poblaciones y evolución
molecular del elefante marino del norte
Alicia AbadíaAbadía-Cardoso, Kristy Deiner and Carlos Garza
Distribución
•En tierra durante las
temporadas de reporducción
y de muda
•Migración
Migración hacia el Pacífico
Norte y el Golfo de Alaska
Photo: T. Stenton
•California y Baja
j California
Distribución
Colonia
# individuos
Point Reyes e Islas Farallón
2,000
S. Allen (Pt. Reyes Bird Observatory, 2000)
Año Nuevo
6,000
R. Condit (2005, in prep.)
Piedras Blancas
15,000
http://sanctuarysimon.org (NOAA, 2008)
Isla San Miguél
21,886
M. Lowry (National Oceanographic Atmospheric Association, 2000)
Isla Santa Rosa
2,682
M. Lowry (National Oceanographic Atmospheric Association, 2000)
I l S Ni lá
Isla San Nicolás
18 023
18,023
M L
M. Lowry (National Oceanographic Atmospheric Association, 2000)
(N ti
lO
hi At
h i A
i ti
2000)
Islas Croronados
n/a
Referencia
Isla Guadalupe
14,965
J.P. Gallo‐Reynoso (Los pinnípedos de Isla Guadalupe, 2003)
Islas San Benito y Cedros
4,000
Com. Pers.
Historia
• Cacería comercial para obtención de
grasa
•Cuello de botella extremo
Crecimiento poblacional
•Crecimiento poblacional exponencial
•Actualmente alrededor de 200
200,000
000 individuos
Censos de Townsend 1912, Huey 1927, Bartholomew & Boolootian
1960, Stewart et al. 1994, Marine Mammal Center 2005.
Variabilidad genética
Acinonyx jubatus
Enhydra lutris
Muchas especies de mamíferos han sufrido cuellos
Monachus schauinsland
de botella extremos
Monachus monachus
Antecedentes
Trabajos previos:
Bonnell and Selander,, 1974
Hoelzel et al, 1993
Garza, 1998
Weber et al, 2000
Hoelzel et al, 2002
Alozimas – No variación
mtDNA – 2 haplotipos
MHC – ambiguo
Abadía, 2005
Microsatelites: Marcadores neutrales. Secuencias simples
repetidas en tandem. Mutaciones por “slipped-strand mispairing”.
Motivación
• Los microsatélites son muy
y útiles p
porque
q son
altamente polimórficos, tienen una gran resolución y
son muy informativos.
• El elefante
f
marino del norte tiene una historia
demográfica muy particular, que hace a esta especie un
excelente sujeto
j
de estudio para
p
contestar preguntas
p g
sobre evolución molecular.
Objetivos
1. Evaluar el efecto del cuello de botella demográfico en la variabilidad
genética de la especie utilizando un gran número de marcadores
microsatelitales y compararlo con otros pinnípedos.
2 Evaluar si existen diferencias significativas entre colonias de
2.
elefantes marinos a lo largo de toda su distribución.
3 Evaluar si algo del polimorfismo observado sobrevivió al cuello de
3.
botella utilizando las secuencias de estos marcadores.
4 Estimar
4.
E ti
la
l tasa
t
de
d mutación
t ió de
d los
l microsatélites
i
télit en ell elefante
l f t
marino del norte utilizando métodos clásicos para bacterias.
Área de estudio
n= 269
Marine Mammal Center
n= 96
Piedras Blancas
Isla San Miguél
Isla San Nicolás
n= 105
n
USA
n= 82
Mexico
Isla Guadalupe
n= 173
n= 112
Islas San Benito y Cedros
N
Total = 837 individuos
Análisis de datos
21 loci microsatelitales polimórficos
Variabilidad genética:
• Heterocigocidad (H)
• Prueba de exactitud para desviaciones del equilibrio
Hardy-Weinberg (HW)
• Prueba de diferenciación de poblaciones (Raymond &
Rousset, 1995)
poblacional ((FST)
• Análisis de estructura p
Programas:
g
•GenePop
•Genetix
Análisis de datos
Evolución molecular:
1. SecuenciasObtuvimos las secuencias de todos los alelos de los loci variables para
determinar
dete
a s
si estos sobrevivieron
sob e
e o al
a cuello
cue o de botella
bote a o su
surgieron
g e o después por
po
mutación.
2. Tasa de mutación (µ)a) Método de Luria/Delbruck: para calcular la tasa de ocurrencia de eventos raros
en una población en crecimiento exponencial.
Método P0 de Luria and Delbruck (1943):
π = 1-e-gµ
π = (proporción de los cromosomas que tienen la nueva mutación; menos de 5%)
g = (número de generaciones desde el cuello de botella)
Resultados-- Variabidad genética
Resultados
21 loci microsatelitales polimórficos, con 2 a 7 alelos presentes y un
promédio de 3.09 alelos por locus.
n
No. loci
polimorficos*
No loci/
n
Promedio de
alelos por
locus
Elefante marino del norte1
837
21
0.025
3.09
Foca monje del Mediterráneo3
98
15
0.153
2.32
Foca monje de Hawaii2
5
3
06
0.6
2 66
2.66
Elefante marino del sur2
6
17
2.833
3.65
Foca gris2
48
18
0.375
5.11
Foca de puerto2
48
15
0.312
5.93
Especies
estudio; 2Gemmell et al, 1997; 3Pastor et al, 2007;
*Solo loci polimórficos
1Este
Resultados-- Variabidad genética
Resultados
Colonias
n
HE
HO
Allelos por
locus
Marine Mammal Center
MMC
269
0.3885
0.3466
2.64
Isla San Miguél
SMI
105
0.3756
0.3529
2.41
Isla San Nicolás
SNI
82
0.3756
0.3486
2.50
Piedras Blancas
PB
96
0.3837
0.3506
2.55
Isla Guadalupe
IG
173
0.3898
0.3487
2.45
Islas San Benito y Cedros
SBC
112
0 3963
0.3963
0 3588
0.3588
2 64
2.64
837
0.3869
0.3505
3.09
Total/Promedio
Resultados-- Variabidad genética
Resultados
El estimador FST y la prueba de diferenciación no
mostraron valores significativos
g
de p
FST
PB
SMI
SNI
IG
SBC
MMC
-0.00034
0 00034
0 00224
0.00224
0 00343
0.00343
-0.00024
0 00024
-0.00025
0 00025
To do Genetic differentiation among
0.00107 0.00496 -0.00024 -0.00086
pairwise populations using
SMI microsatellite data (FST0.00281
0) 00281 0.00282
0 00282 0.00269
0 00269
PB
SNI
IG
0.00127
0.00210
-0.00119
0.00119
No se encontró estructura poblacional
Resultados-- Evolución molecular
Resultados
Análisis de secuencias
Secuencias de tres alelos del microsatélite PVC74
209BP
215BP
221BP
#1
209BP
215BP
221BP
#81
209BP
215BP
221BP
#161
CCATCTGTGTCCTCTGATATCTGTGTTTTAAGGTTTTATATATATATATATATATATATATATATATATATATATACACA
CCATCTGTGTCCTCTGATATCTGTGTTTTAAGGTTTTATATATATATATATATATATATATATATATATA::::::CACA
CCATCTGTGTCCTCTGATATCTGTGTTTTAAGGTTTTATATATATATATATATATATATATATATATATATATATACACA
................................................................................
******
CATACACACACATATACACACACATATATACACACACACACACACACACACA::::::::::TATATATATATATA::CA
CATACACACACATATACACACACATATATACACACACACAAACACACACACACACACACACATATATATATATATATACA
CATACACACACATATACACACACATATATACACACACACACACACACACACACACACACACATATATATATATATATACA
................................................................................
*
**********
**
CACACACACACATATATATAT::AACCCTGAAATATCCTAATATCTCAGACATGGAATATCAG
CACACACAC::ATATATATATATAACCCTGAAATATCCTAATATCTCAGACATGGAATATCAG
CACACACAC::ATATATATATATAACCCTGAAATATCCTAATATCTCAGACATGGAATATCAG
...............................................................
**
**
23 variable sites
Resultados-- Evolución molecular
Resultados
Tasa de mutación
Mét d P0 de
Método
d L
Luria
i yD
Delbruck
lb k (1943)
(1943)π = 1-e-gµ
π = 0.003
g = 12.75
µ = 2.26 x 10-4/locus/generación
Tasa de mutación
(µ)
Referencia
Elefante marino del norte
2.26 x 10-4
Este estudio
Humano
5.6 x 10-4
Weber & Wong, 1995
Humano
3 x 10-3 - 6 x 10-4
Ellegren, 2000
Puerco
6 x 10-5
Ellegren, 1995
Borrego
1.1 x 10-4
Crawford and Cuthbertson, 1996
R tó
Ratón
10-22 - 10-44
D ll
Dallas,
1992
Especies
Conclusiones
1. Algo de la variabilidad genética sobrevivió al cuello de botella, pero
esta variabilidad es muy baja comparada con otros pinnípedos.
2. No se encontró estructura p
poblacional a lo largo
g de la distribución
de la especie.
3 Utilizando las secuencias de los alelos pudimos identificar
3.
mutaciones ocurridas después del cuello de botella.
4. La tasa de mutación de los microsatélites se encontró en el rango
de otros mamíferos. En esta especie el valor fue µ=2.26x104/locus/generation.
Conclusiones
Agradecimientos
Frances GullandGulland- MMC
Brian HatfieldHatfield- USGS
Brent StewartStewart- HSWRI
Dan CrockerCrocker- SSU
Nelson FreimerFreimer- UCLA
Yolanda SchrammSchramm- UABC
Horacio de la CuevaCueva- CICESE
Rodrigo BeasBeas- UCSC
Guadalupe Espinoza
Concepción García
García-- CICESE
Sociedad Cooperati
Cooperativa
a de PP
PP-- Isla de Cedros
Sociedad Cooperativa de I. Guadalupe
Molecular ecology teamteam- NOAA/NMFS Santa Cruz
¿PREGUNTAS???
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