TEMA 5 – CONSANGUINIDAD (2015)

Apunte Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Genética - 2º curso
Asignatura Genètica de Poblacions
Profesor A.R.P.
Año del apunte 2015
Páginas 8
Fecha de subida 28/03/2015
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TEMA 5 – CONSANGUINIDAD 1. Concepto de consanguinidad y coeficiente de consanguinidad (F) En este tema, ya no trataremos una población ideal. Ahora, ya no habrá apareamiento al azar, aunque los demás factores siguen intactos.
Hablaremos de la consanguinidad o endogamia (inbreeding en inglés), lo que se da cuando hay cruzamiento entre parientes. Si hubiese apareamiento al azar en una población muy grande, habría una probabilidad muy cercana a 0 de que dos parientes se cruzaran entre ellos.
El coeficiente de consanguinidad (F): - - - Un individuo es autocigoto cuando posee dos alelos idénticos por descendencia (es decir copias de un alelo ancestral).
Cuando hay un cruce entre parientes hay una cierta probabilidad de que el hijo reciba dos copias idénticas del antepasado que sus padres tenían en común. Pero esto es un fenómeno general, puesto que el individuo podrá ser autocigoto para más de un locus.
Un individuo es alocigoto cuando posee dos alelos no idénticos por descendencia (de origen independiente).
Un alocigoto puede ser tanto homocigoto como heterocigoto. Podría ser homocigoto y alocigoto a la vez, puesto que las copias del mismo alelo, no tienen por qué ser idénticas.
F = probabilidad de que los dos alelos en un locus cualquiera de un individuo sean idénticos por descendencia (probabilidad de que el individuo sea autocigoto).
F se define siempre de forma relativa a una población ancestral en la que, por definición, F = 0, ya que llega un momento en que no tenemos información sobre la posible consanguinidad de los ancestros.
Ejemplo: en el siguiente esquema vemos un caso de endogamia: - A será el ancestro de todos los siguientes.
B y C son dos medios hermanos (sólo comparten madre).
D y E son dos medio primos carnales o medio primos hermanos.
I es el hijo de D y E.
En el pedigrí (esquema B) hay representados (en gris) individuos que no intervienen en la consanguinidad del descendiente final. Por tanto, este esquema lo podemos convertir en un diagrama de trayectos (esquema A) sin perder información relevante respecto a lo que se refiere a la consanguinidad. En un diagrama de trayectos dibujamos el trayecto que siguen los genes.
Para calcular F: - Ambos hijos de A deben recibir el mismo alelo (α1 o α2). Por tanto, 2 de 4 combinaciones (α1 y α1, α2 y α2) indican que B o C han recibido el mismo alelo. Por tanto: p = ½.
La copia de B y C debe llegar a D y E, y de éstos a I. Como del padre al hijo solo se puede transmitir uno de los dos alelos que lleva, en cada paso, la probabilidad de que se transmita el alelo que nos interesa será de ½.
Por tanto, en este ejemplo: F = (½)5 = 1/32 = 0.03125 Hay una regla muy sencilla si sabemos el número de pasos o generaciones entre el descendiente final y el ancestro común de los padres. F = (½)n. n será el número de generaciones o de individuos implicados en el proceso de consanguinidad sin contar al descendiente final que presenta la consanguinidad. Podemos empezar a contar desde uno de los progenitores, ir ascendiendo hasta el antepasado en común y luego bajar hasta el segundo progenitor.
¿Pero qué pasa si A (antepasado en común) ya fuese consanguíneo? Este presentaría una FA: - FA: probabilidad de que sea consanguíneo (αi αi).
1 – FA: probabilidad de que sea alocigoto (αi αj).
La probabilidad de que B y C reciban el mismo alelo será: FA + ½*(1-FA) = ½*(1+FA). Todos los demás pasos y probabilidades no los tenemos que modificar.
Por tanto, el ejemplo de antes, FI = (½)5*(1-FA).
Ejemplo: en el siguiente caso tenemos dos primos hermanos que tienen un hijo. Aquí deberemos sumar la contribución del trayecto de A y de B (los abuelos del descendiente final). Por tanto: FI = (½)5*(1-FA) + (½)5*(1-FB).
Si se diera el caso de que FA = FB = 0, tendríamos que FI = (½)5 + (½)5 = 2*(½)5 = (½)4 = 1/16 = 0.0625 (el doble que en el ejemplo anterior, ya que tenemos dos ancestros en común).
Finalmente, tenemos varios casos en que se puede dar consanguinidad: 2. Cálculo de F a partir de árboles genealógicos Los pasos serán los siguientes: 1. Representar el árbol en forma de un diagrama de trayectos.
2. Localizar todos los ancestros comunes de los dos progenitores del individuo en cuestión.
3. Trazar todos los posibles trayectos por los que dichos ancestros pueden contribuir a la consanguinidad del individuo.
4. Calcular la contribución de cada trayecto a F y sumar todas las contribuciones.
Cuando calculamos F, lo que estamos haciendo es calcular una probabilidad: la probabilidad de que un individuo presente X coeficiente de consanguinidad. La probabilidad que calculamos es la misma para todos los loci. Por tanto, esperamos que una fracción (con el mismo valor que F) de los loci de todo el genoma será autocigótica.
3. Consanguinidad en poblaciones humanas grandes La consanguinidad de una población es el promedio de las F de toda la población.
Si nos fijamos en la tabla anterior, podemos ver que en los países con religión católica, la consanguinidad de la población es bastante pequeña. Esto es debido a que en estos países se prohíben los matrimonios entre parientes cercanos. Pero en otros países, como Índia o Japón, los padres solían arreglar los matrimonios; sobre todo buscaban los pretendientes para sus hijos entre los círculos de parientes y amistades más cercanas.
Para calcular la F de cada población deberíamos las proporciones de cada tipo de matrimonio por la fracción de abajo (½n) y luego sumar todos los valores.
4. Frecuencias genotípicas con consanguinidad Imaginemos un población inicial en la cual ninguno de los individuos no tiene consanguinidad (F=0). Pero después de algunas generaciones podremos distinguir tres tipos de genotipos: - - Autocigotos y homocigotos: probabilidad F.
Presentan alelos del mismo tipo e idénticos por descendencia.
Alocigotos: probabilidad 1-F.
o Homocigotos: presentan alelos del mismo tipo que no son idénticos por descendencia.
o Heterocigotos: presentan alelos de diferente tipo, y por tanto, no son idénticos.
Frecuencia en la población de estos genotipos: Genotipo AA Aa aa Con coeficiente de consanguinidad F p2(1-F) + pF 2pq(1-F) q2(1-F) + qF Genes Genes alocigotos autocigotos (1-F) F Con F=0 (apareamiento al azar) p2 2pq q2 Con F=1 (consanguinidad completa) p 0 q 1 1 Probabilidades: - Autocigotos: pF + qF Alocigotos homocigotos: p2(1-F) + q2(1-F) Alocigotos heterocigotos: 2pq(1-F) Por tanto, al final obtenemos: - Homocigotos A1A1: p2(1-F) + pF = pqF + p2 Heretocigotos A1A2: 2pq(1-F) = 2pq – 2pqF Homocigotos A2A2: q2(1-F) + qF = pqF + q2 Por tanto, podemos ver que la consanguinidad hace que aumente la frecuencia de homocigotos y baje la de los heterocigotos. Es decir, hace que haya un exceso de homocigotos y un defecto de heterocigotos.
Sabemos que el coeficiente de consanguinidad varía entre 0 y 1: - Si F=0, no habría autocigotos.
Si F=1, todos serían autocigotos, no habría heterocigotos ni alocigotos homocigotos.
Si la F es muy baja y se hace un estudio con una muestra pequeñas de individuos, no detectaríamos el defecto de heterocigotos y el exceso de homocigotos.
- HF = H0(1-F) = H0 – H0F; H0: población con F=0, HF: población con F>0.
- F= 𝐻0−𝐻𝐹 𝐻0 es el descenso relativo de heterocigotos, la proporción de heterocigotos que disminuye en haber consanguinidad.
En las poblaciones humanas, la consanguinidad media no es muy elevada. La mayoría de gente tiene una F=0, pero aquellos que tienen una F>0, si F es bastante alta. Esto perjudicará a los hijos de matrimonios entre parientes, ya que tendrán más probabilidad de recibir dos alelos de un mismo gen que estén relacionados con alguna enfermedad.
Imaginemos que tenemos: alelo A con frecuencia p y alelo a con frecuencia q. La frecuencia de los individuos aa será: - Con padres no emparentados: q2.
Con padres emparentados: q2(1-F) + qF.
Por tanto, el riesgo relativo de padecer una enfermedad recesiva que presenta un individuo con padres emparentados respecto a uno con padres no emparentados es: q2 (1−F)+ qF .
q2 Podemos ver que a mayor F, más aumenta el riesgo. Esto también dependerá de q: a menor q, mayor aumento del riesgo.
5. Consecuencias de la consanguinidad Cuando hay una depresión de la consanguinidad, las características biológicas, como la fertilidad y la fecundidad, se ven reducidas cuando hay un cruce entre parientes.
Para comprobar los efectos de la consanguinidad se hizo el experimento que podemos ver a la derecha con Drosophila: - - - En el primer cruce, usamos un macho salvaje y una hembra con las mutaciones Curly y Plum en heterocigosis en repulsión (si fuera homocigota para estos loci no hubiese podido nacer: mutaciones letales en homocigosis).
Se clona (de forma natural) uno de los cromosomas salvajes del macho de la generación inicial (en el apartado c1 vemos individuos con dos de estos cromosomas).
Seleccionaremos aquellos individuos que nos interesen a la hora de la clonación.
Al final obtendremos proporciones 1/3 (homocigoto para el cromosoma que se ha clonado) y 2/3 heterocigoto (cromosoma clonado + uno de los mutados de la hembra de la generación inicial). Si la mutación no hubiese sido letal en heterocigosis, hubiesemos obtenido las proporciones ¼, ½ y ¼.
Por tanto, vemos que las proporciones están alteradas. Si el cromosoma salvaje llevara un locus que disminuyese la viabilidad del individuo, veríamos un incremento de la frecuencia de heterocigotos en la generación final (apartado c2). Y si llevara un gen letal en homocigosis, todas las moscas hubiesen sido heterocigotas (en este caso hubiesen tenido las alas curvadas).
Después de todos estos cruces es cuando vamos a estudiar en el efecto de la consanguinidad: queremos saber cuan menos viables son los individuos consanguíneos. Éstos los deberemos comparar con los individuos heterocigotos que hay en la naturaleza. Para ello, cruzaremos dos líneas diferentes de las que hemos creado para obtener heterocigotos.
Pensemos que hemos hecho muchos de los anteriores experimentos para clonar varios cromosomas salvajes.
6. Lastre genético: número de letales equivalentes En la siguiente gráfica vemos: - Heterocigotos: tienen una media de viabilidad = 1.
Homocigotos: su viabilidad es bimodal (presenta dos picos o modas): o 37%: letales (viabilidad = 0).
o 13%: viabilidad un 20% menor que los heterocigotos.
Sólo unos pocos son viables.
Los cromosomas detrimentales son aquellos que en homocigosis disminuyen la viabilidad del individuo. Para medir la carga de mutaciones detrimentales se inventó el término letal equivalente: cualquier combinación de genes detrimentales cuyo efecto sea igual al de un gen letal. Por ejemplo, si un gen disminuye un 20% la viabilidad del individuo, se necesitaran 5 de estos para que el efecto sea letal. Por tanto, en este caso: 0.37*1 + 0.63*1/5 ≈ 0.5.
- 0.37: proporción de cromosomas letales.
1-0.37 = 0.63 = proporción de cromosomas viables.
1/5: se disminuye un 20% la viabilidad del individuo.
0.5: un cromosoma 2 cualquiera de esta población lleva medio letal equivalente.
Si el cromosoma 2 representa aproximadamente 2/5 del genoma de Drosophila, en una genoma haploide de esta especie habrá 0.5*5/2 = 1.25 letales equivalentes. En un genoma diploide habrá el doble, 2.5 letales equivalentes (podrían matar 2 veces y media al individuo, pero si están en heterocigosis no).
Todo esto se da en todos los organismos que practiquen la exogamia (apareamiento al azar, contrario a endogamia).
En promedio, los factores que afectarán a la letalidad del individuo serán: - A: factores ambientales.
B: factores genéticos, es decir, letales equivalentes por genoma haploide.
λ = A + B*F Habrá una distribución de Poisson: p(k, λ) = - 𝛌𝐤 ∗𝐞−𝛌 𝒌! k: sucesos de mortalidad Si k=0 (el individuo no ha padecido ningún suceso de mortalidad), p(0, λ) = e-λ = e-(A+BF) = S (supervivencia). Luego, si aplicamos logaritmos neperianos obtenemos la siguiente ecuación: lnS = -A – BF. En este ejemplo: B (individuo haploide) = 0.8576 y 2B (diploide) = 1.7156.
7. Sistemas regulares de endogamia La endogamia sólo se da en ciertas ocasiones cuando hablamos de humanos. Pero se practica mucho entre animales y plantas de experimentación. Hay varios sistemas de endogamia: a) Autofecundación: sólo es posible en especies que se pueden autofecundar, es decir, mayoritariamente en plantas.
Los hijos saldrán a partir de dos gametos del mismo padre.
Ft-1 = ½1*(1+Ft)  1 – Ft+1 = ½(1 – Ft)  Ht+1 = ½H0 La heterocigosis se divide a la mitad en cada generación. Además, en muy pocas generaciones llegamos a conseguir líneas puras: Ht/H0=0 y F=1.
b) Cruzamiento entre hermanos completos o dobles primos hermanos (líneas cerradas). Ocurre lo mismo que en la autofecundación per a mayor plazo.
8. Autofecundación parcial Si hubiese autofecundación parcial: - S: proporción de semillas generadas a partir de la autofecundación.
1-S: proporción de semillas generadas con gametos generados por diferentes individuos.
Ft+1 = S*½(1+Ft) – (1-S)*0 En este ejemplo, S = ½: - F se estabiliza en 1/3 Ht/H0 se estabiliza en 2/3 Cuando se alcance el equilibrio: Ft = Ft+1. Por tanto: F = S*½(1-F).
Además, podemos predecir F según la tasa de 𝑺 autofecundación: F=𝟐−𝑺, y también Ht/H0: 𝟏−𝑺 H=𝟒𝒑𝒒 ∗ 𝟐−𝑺. Además, H + F = 1.
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