Genética de poblaciones II

Genética de poblaciones II
Selección y mutación
FACTORES QUE AFECTAN EL
EQUILIBRIO DE HARDY-WEIMBERG
•Selección
•Mutación
•Deriva génica
•Migración
•Consanguinidad
Ver el siguiente video
• https://www.youtube.com/watch?v=ook_FIEdQOs
• https://www.youtube.com/watch?v=f98iDaryPj0
SELECCIÓN
• Individuos con un genotipo dado
sobreviven hasta la edad reproductiva
a una taza superior comparado con
individuos de otros fenotipos.
• Individuos con un fenotipo concreto
produce mas descendientes que los
otros individuos de fenotipo diferente.
Éxito reproductivo
Variaciones heredables
Diferencia entre genotipos y eficacia
Lucha por la sobrevivencia
aa
AA ò Aa
SELECCIÓN
Biston betularia
https://www.youtube.com/watch
?v=CrEnWKbqO6E
¿La selección podrá cambiar las frecuencias de
los alelos del conjunto de genes de una
generación a la siguiente?
¿Modificará las frecuencias de equilibrio?
Existe un incremento
de 0.075 = 7.5% del
alelo B1 y el mismo
porcentaje de
decremento para el
alelo B2 en la
siguiente generación
El equilibrio H-W se
rompe. Las
frecuencias alélicas
no se conservan en el
tiempo.
Selección en contra de los
homocigotos.
En este caso no se evidencia
evolución.
No cumple con el binomio
perfecto propuesto por el
modelo de H-W.
(p+q)2 = p2 + 2pq + q2
Calculo de la eficacia biológica y el
coeficiente de selección
Coeficiente de selección = 1-w
W = eficacia biológica relativa
Selección continuada pueden generar cambios sustanciales en las
frecuencias de los alelos a lo largo del tiempo.
Procesos de selección natural cambian las frecuencias alélicas, a lo largo
del tiempo favoreciendo el incremento de un alelo y desfavoreciendo al otro.
Experimento sobre el cambio de las frecuencias alélicas
por selección
En 1981 Douglas Cavener y Michael Clegg
diseñado un experimento de selección en el
laboratorio (D. melanogaster).
Gen: Adh (Alcoho deshidrigenasa)
Alelos: AdhF y AdhS
Tratamientos:
❑Frascos sin etanol (control)
❑Frascos con etanol (tratamiento1)
Ambiente selectivo: Etanol.
Patrón aloenzimático de la Adh en D. melanogaster
¿Se puede comprobar el cambio de las frecuencias?
Medición del equilibrio del gen PMM 2 (fosofomanomutasa) >> Se
une hidratos de carbono a las proteínas durante el procesamiento
secundario.
Mutación recesiva >> Síndrome de Jaeken (síndrome de
glicoproteínas deficientes en carbohidratos tipos 1)
Funciones hepáticas anormales, 20% de ellos mueren antes de
los 5 años.
Descubrimiento: varias mutaciones a nivel del promotor.
VARIACION R141H: mutación frecuente
Población 54 pacientes con
síndrome de Jaeken.
Frecuencias observadas
OM/OM = 11 = 0,2
OM/ R141H = 43 = 0,8
R141H/ R141H = 0 = 0
Frecuencias alélicas.
Otras mutaciones (OM): 0,6
R141H = 0,4
Frecuencias genotípicas
esperadas.
OM/OM = 0,36
OM/ R141H = 0,48
R141H/ R141H = 0,16
F.
observada
F.
Esperada
X2
MO/MO
11
19,44
3,67
MO/R141H
43
25,92
11,25
R141H/R141H
0
8,64
8,64
Total
23,56
Gl95% = 2-1 = 1
X2 t.1-95%= 3,81> 23,56
Acepto la Hipótesis alternativa:
Con un nivel de confiabilidad del 95% la prueba
de X2 indica que el locus PMM2 en la población
de individuos con síndrome de Jaeken no esta en
equilibrio de Hardy-Weinberg.
Expresión algebraica
Efecto de la selección sobre las frecuencias genotípicas
/W = Eficacia biológica media
S = Coeficiente de selección
Calculo de la eficacia biológica media
Calculo de la frecuencia
de “q” en la siguiente
generación
Calculo de ∆q
Donde
p1 = 1 - q1
Tiempo necesario para observar los cambios producidos
por selección natural
Cuando s es pequeño, la
eficacia biológica media
vale prácticamente 1 ➔ el
cambio de “q”
Generaciones para ir de q0 ➔ qn
para desventaja de alelos recesivos
=
En concreto
❖Si “s” es pequeño el denominador es cerca a 1:
∆ q = -spq[q+h(p-q)]
❖La variabilidad es escasa > la selección no trabaja
❖Si existe selección entonces >> pq ≠ 0
❖Si el ∆q en negativo, conduce a la desaparición del
alelo desfavorable.
❖La selección esta modulado por q0 y por “s” en
contra de los homocigotos y “h”fraccion de “s” que
actúa sobre los heterocigotos
Alelos letales
Efecto de dominancia
Si la desventaja de A2 (h=0) la eficacia media de la población valdrá:
W= 1-2sq2
La frecuencia de A2 en la siguiente generación será:
𝑞1 =
𝑞(1−𝑠𝑞)
1−𝑠𝑞 2
Si la desventaja de A2 es dominate
Si la desventaja A2 es aditiva
Selección gamética
Sobredominancia
Sobredominancia:
Evolución en cuatro poblaciones de
laboratorio de la mosca de la fruta.
En homocigosis, un alelo es viable y
el otro letal.
No obstante, las cuatro poblaciones
evolucionan hacia un equilibrio en el
que se mantienen ambos alelos.
La explicación más probable es que el
heterocigoto goza de una eficacia
mayor que la de los dos homocigotos
Sobredominancia:
Si A1A1 = 328 A1A2 = 369 y A2A2 = 104
Los coeficientes de selección s y t son de 0, 6 y 0,4 respectivamente.
Hallar las frecuencias de p y q en la generación 30 y 50.
Subdominancia
Mutaciones
Tipos de mutaciones
Mutaciones No recurrente: Cuando ocurren solo una vez.
Mutaciones recurrentes: cuando se da a una taza.
Reversibles: En dos direcciones.
Irreversibles: En una dirección.
Las mutaciones génicas: suelen ser recurrentes.
Las mutaciones cromosómicas: Suceso único, es muy raro.
mutaciones cromosómicas
mutaciones génicas
La mutación es una
fuerza evolutiva débil
Mutación en un solo
sentido
P0 =0,9
q0=0,1
µ
A>>>>a
P0
q0
Taza = numero de
individuos mutantes
(novo)/total de gametos
0 alelos totales.
5 personas mutantes de
50000 nacimiento.
Taza = 5/100000
Taza (u)= 5.10-5
generación.
P1= P0-p0 µ
P1=p0(1- µ)
P1=0,9(1-5.10-5)
P1=0,8999
Q1= 0,1001
p disminuye en 0,0001
q incrementa en 0,0001
P1= P0-p0 µ
P1=p0(1- µ)
P2=p1-p1µ
P2=p1(1-µ)
P2=p0(1-µ)(1-µ)
P2= p0(1-µ)2
P3 = p0(1-µ)3
Pn=p0(1-µ)n
Pn=p0(1-µ)n
Cuanto vale p3.
P3=0,9(1-5.10-5)3
P3=0,8999
P1000 =P3=0,9(1-5.10-5)1000
P1000=0,8561
N=?
P= 0,5
Pn=p0(1-µ)n
Lnpn=lnp0(1-µ)n
Lnpn=lnpo+nln(1-µ)
Lnpn-lnpo=nln(1-µ)
N= Ln(pn/p0)/ln(1-µ)
N= ln(0,5/0,9)/ln(1-5.10-5)
N= 11765 generaciones *25 = 294125 años
Taza = 0,000005= 5*10-6
P1=p0-p0*u
Pn=p0(1-u)n
Pn=p0e-un
Si p0=0,9 y u =5*10-6
Cuanto vale la p50
P50=0,9*e-50*5*10-6
P50=0,8998
SELECCIÓN
NATURAL
Mutación reversible
La situación mas común es que la
mutación recurrente sea reversible
Si qv =pu >>> entra en el equilibrio.
Cuando el numero de alelos A1 que cambien a
A2 sea el mismo al de A2 que va a A1
Mutación selección
La mutación y la selección ejercen presiones en la misma dirección,
entonces los cambios en las frecuencias alélicas serán mas rápidos.
Si ambos agentes oponen sus efectos, la población el equilibrio estable.
Porque genes asociados a una baja eficacia biológica, permanecen en la
población con una cierta frecuencia de equilibrio.
La mutación de un gen especifico es mas efectivo en aumentar la
frecuencia del gen.
La eficacia de la selección es menor en cuanto el gen sea raro.
Para hallar la frecuencia de equilibrio
Δq = µp-νq = µ(1-q)-νq
Si la desventaja estuviese en contra del alelo recesivo A2:
𝑠𝑞 2 (1 − 𝑞)
Δq =
1 − 𝑠𝑞 2
En el equilibrio
µ(1-q)-νq =
𝑠𝑞 2 (1−𝑞)
1−𝑠𝑞 2
Si s y v son pequeños:
µ(1-q) = 𝑠𝑞2 1 − 𝑞
µ= 𝑠𝑞2
𝒒𝒆𝒒 =
µ
𝑠
Si A2 es letal: 𝒒𝒆𝒒 = µ
Si la desventaja de A2 es dominante:
µ
𝑞𝑒𝑞 =
𝑠
Y si A2 fuera letal:
𝒒𝒆𝒒 = µ
Observe que la frecuencia
de equilibrio de un alelo
domínate es simplemente
la tasa de mutación.
Es se da por que los
individuos en desventaja
(homocigotos
o
heterocigotos) no se
reproducen,
por los
únicos individuos que
aparezcan son aquellos
que se hayan formado por
mutación.
Suponiendo la misma tasa de mutación y los mismos coeficientes de
selección, la frecuencia de equilibrio es mucho mayor para el letal
recesivo, que para el dominante.
Esto es de esperar ya que los alelos recesivos se esconden en los
heterocigotos.
Muchos de los genes que se manifiestan en la poblaciones naturales
pueden ser desventajosos para sus portadores ya sea en homocigosis. O
en determinadas combinaciones.
Si considéranos la perfección genética como la ausencia de
combinaciones genéticas deletéreas, entonces la mayoría de las
poblaciones son imperfectas.
Los alelos que dan lugar a la fibrosis quística, ¿se
mantienen por el equilibrio entre la mutación y la
selección?
Lastre genético
Grado en la que una población se aparta de la constitución genética
perfecta.
Se acompaña de aquellos individuos que se denomina muertos
genéticos (individuos que no aportan genéticamente a la siguiente
generación).
Disminución de la eficacia biológica media de una población,
asociado a los cambios en la frecuencias génicas producidas por
cualquier agente.
TIPOS DE LATRES
Manifiesto: Genes deletéreos dominates o genes deletéreos recesivos en
homocigosis.
Velado: Genes deletéreos recesivos en heterocigosis
Calculo del lastre
Para calcular el lastre genético basta recordar la proporción de
individuos que sufren muerte genética.
L= 1-W
W= Eficacia biológica media.
El lastre por selección es:
L= 2pqsh + s𝑞2
El lastre genético no es necesariamente una carga negativa que
han de soportar las poblaciones, ya que su existencia aumenta
la capacidad evolutiva de éstas ante cambios ambientales que
conduzcan a cambios en la adaptabilidad de los distintos
genotipos.
En cierto sentido, el lastre genético es el precio que se paga
por la evolución.
Dos son los componentes genéticos que contribuyen
principalmente al lastre genético: la mutación y la segregación.
El lastre mutacional es el grado en que una población se ve
dañada por la mutación recurrente.
Gracias