Tema 14 - Genética de poblaciones (2014)

Apunte Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Genética - 1º curso
Asignatura Genética
Año del apunte 2014
Páginas 9
Fecha de subida 22/10/2014
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Apuntes de las clases de Genética de Antonio Barbadilla

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Tema 14. Genética de poblaciones. Población mendeliana Equilibrio Hardy-Weinberg La evolución es el proceso de la descendencia con modificaciones y toda la población proviene de un organismo ancestral. Estas modificaciones son el cambio acumulativo en la composición genética de las poblaciones. Los individuos en si no evolucionan y con el tiempo el individuo muere. Lo que evolucionan son las poblaciones.
Lo que llamamos mutación puede aparecer en un solo individuo pero puede llegar a convertirse en una variación que presente casi toda la población fijándose a ella, es entonces cuando se le llama evolución y es el resultado de la genética de poblaciones.
Los organismos no viven aislados sino que interactúan con otros organismos, en grupos a las que denominamos poblaciones. Una población es el conjunto de individuos entrecruzables que comparten un acervo (conjunto) genético común.
Una especie podemos decir que están formadas por varias poblaciones que presentan una variabilidad genética.
La composición genética de una población es el conjunto de frecuencias de los distintos genotipos presentes en la población. Estas frecuencias son el resultado de procesos que se producen en los individuos, para aumentar o disminuir el número de individuos de cada genotipo. Pero, ¿Qué se debe considerar para explicar diferentes frecuencias de dos anormalidades?, ¿Qué cambios en la frecuencia de ciertas alteraciones se esperan en los descendientes o en las diferentes poblaciones del planeta? Estos interrogantes hacen referencia a los factores que determinan la composición genética de las poblaciones y el cambio esperado de esta composición en el tiempo. Estas preguntas son el dominio de la genética de poblaciones.
Grandes mentes de la historia de la barbihumanidad han intentado analizar estos conceptos y de ellos recogemos estas efemérides: Theodosious Dobzhansky afirmó en su momento que “Nada tiene sentido en biología si no es a la luz de la evolución”.
Michael Lynch, un gran amigo de Antonio y nawadays el mejor genético de poblaciones que hay, ha afirmado en diversas ocasiones que “Nada tiene sentido en evolución si no es a la luz de la genética de poblaciones”.
Así la genética de poblaciones define y estudia como los individuos que conforman una población se cruzan entre si y como observamos diferentes frecuencias para los fenotipos que expresan y los genotipos que observamos al estudiarlos. En todas las poblaciones existen una serie de variación genética y esta sigue una dinámica básica.
Conceptos básicos de la genética de poblaciones Definimos Variación genética o polimorfismo genético si en una población existen dos o más formas alélicas con una frecuencia apreciable representable.
Así también definimos frecuencia génica o alélica (unidad básica de evolución) es la observación o cálculo de la proporción de un alelo que se encuentra presente dentro de una población, si tú tienes dos alelos que surgen y se mira la frecuencia de los alelos para ese gen en la descendencia y se estudia si aumenta o disminuye.
Vemos como para un gen determinado (X) existen dos alelos (A y a) y que cada uno se expresa con una frecuencia en la población f(A) o f(a).
Todas las especies que se han examinado han mostrado una considerable variación genética o polimorfismo, manifestándolo en uno o más niveles de observación, dentro de las poblaciones o entre ellas. Un gen o un rasgo fenotípico (o carácter) es polimórfico si hay más de una forma del gen o más de un fenotipo para dicho carácter en la población. En algunos casos, la totalidad o casi toda la población presenta una forma del gen o carácter y algunos individuos excepcionales presentan una variedad rara. La forma común se conoce como tipo salvaje frente a las formas atípicas o raras que denominamos mutantes.
La genética de poblaciones es una Teoría de Fuerzas Tenemos una población con un gen a una frecuencia f(A) sobre esta población actúa unas fuerzas derivadas de una serie de factores que son los responsables de la variación y de las frecuencias génicas en las poblaciones.
- Deriva genética: de generación en generación se da una fluctuación aleatoria que hace variar la frecuencia.
Selección natural: es la principal fuerza que causa variación de la frecuencia.
Mutaciones Migración La variación genética La primera estima de variación genética se tuvo a partir de los años 60 con experimentos con electroforesis de proteínas en gel llevados a cabo por el gran R. Lewontin (el otro gran amiguito de Antonio en Harvard).
Gracias a al electroforesis se pudieron hacer estimas de variación proteica que se pensaba que eran diferentes genes a los que codificaban esas proteínas.
En los 80-90 estos estudios dieron un salto adelanta al empezar a secuenciarse los genes y el genoma humano.
En el nuevo milenio (años 2000) ya tenemos genomas secuenciados completamente y no miramos solo la variación nucleotidica sino que vemos la variación en el genoma completo. Este es uno de los grandes hitos en la lucha porque no existían métodos para poder explicar la variación y así podemos combinar todos nuestros datos teóricos.
Así observamos diferentes polimorfismos que nos dejan intuir una imagen completa de toda la riqueza de la variación genética que existe en las especies.
Polimorfismo inmunológico: en los vertebrados existen muchos loci que codifican antígenos específicos como los del tipo sanguíneo AB0. Se conocen hoy en día más de 40 especificidades antigénicas para los glóbulos rojos de la sangre en los seres humanos (como el AB0 antes comentado, el Rh, MN, etc.), y varios cientos en el ganado vacuno por ejemplo.
Polimorfismo en la secuencia de aminoácidos: los estudios de polimorfismo genético se han llevado a cabo en el nivel de los polipéptidos cifrados por las regiones codificadoras de sus respectivos genes. Si hay un cambio no sinónimo en un codón, el resultado es la sustitución de un aminoácido en el polipéptido durante la traducción. Una forma o técnica para determinar eso, la que se llevó a cabo a finales de los 60, ya que las proteínas tienen una carga neta que es consecuencia de la ionización de las cadenas laterales de algunos aminoácidos y eso permiten que estos migren a través del gel electroforético.
Polimorfismos del DNA: si tenemos una población delante todas sus secuencias genómicas, vemos que proporciones de la población hay variabilidad en algún nucleótido para genes con el mismo resultado fenotípico. Este fenómeno llamado SNPs o single nucleotide polymorphism es la variabilidad en un punto. Cuando analizamos cromosomas completos vemos que nadie es igual para un mismo gen siempre existen estos SNPs.
Medidas de la diversidad genética ¿Cómo se mide la variabilidad genética? Esto se mide mediante la variación alélica. Imaginamos el caso en el que se está estudiando el gen que codifica la enzima glucosa fosfato isómerasa en una población de ratones. Cogemos una muestra y la hacemos correr en una electroforesis cada una de las muestras de sangres. Y vemos si para cada individuo vemos una o dos manchas lo que nos indicaría homo o heterocigoto.
Analizando un total de 16 ratones y de esos vemos que F/F hay 4 (F de fast ya que migran más en el gel), 7 que son F/S (en las que vemos dos bandas electroforéticas) y 5 S/S (slow porqué migra menos).
¿Cómo se define la variación? La frecuencia de cada genotipo en la población. Otra medida de variación es la frecuencia de los alelos. Otra medida de la diversidad es la heterocigosidad que es la probabilidad de encontrar un heterocigoto en la población. Si esta muestra es representativa de la población.
Aquí tenemos las primeras estimas del grupo sanguíneo MN. Tenemos diferentes grupos étnicos. Vemos la frecuencia de los genotipos y de los alelos Ley del equilibrio de Hardy – Weinberg Darwin tenía un problema muy grave para explicar el mecanismo de evolución porqué muchos le decían que si tenías individuos con diferentes variantes, estas al cruzarse se diluían y con el tiempo se perdían. Y le dijeron a Darwin que esas mutaciones que según Darwin daban la evolución se irían perdiendo.
Darwin no supo qué responder y más adelante descubrió que la genética de poblaciones sigue una ley de equilibrio parecido al principio de la conservación de la energía o materia.
A principios del siglo XX dos genetistas, Godfrey Hardy y Wilhelm Weinberg, cada uno por investigaciones separadas llegaron a la misma conclusión obteniendo resultados similares. Esta ley que postularon, llamada con el tiempo Ley del equilibrio Hardy – Weinberg, es un modelo matemático que evalúa el efecto de la reproducción en las frecuencias genotípicas y alélicas de una población. Esta ley simplifica varios supuestos acerca de la población y proporciona dos predicciones importantes si se cumplen estos supuestos: - Generaciones discretas y no solapantes (aunque se crea que nuestras generaciones son continuas ya que abuelos, padres y nietos viven en el mismo momento cronológico, es mentira, nuestras generaciones son discretas ya que cada individuo nace y muere por su cuenta).
- Apareamiento aleatorio (los individuos dentro de una población eligen libremente con quien se aparean sin mirar o seleccionar que genotipo quieren).
- Tamaño de población infinito.
- No mutación, no migración entre poblaciones (ya que ambos factores modifican aleatoriamente el genotipo causando una auténtica desviación del esquema de equilibrio).
- No diferencias en eficacia biológica (selectivas) entre los distintos genotipos (se refiere a que las variaciones sean neutrales, sin importar del tipo que seas que ambas aseguren el éxito reproductor sin ser un genotipo mejor que el otro).
Así la Ley de equilibrio indica que cuando se cumplen los supuestos, la reproducción sola no altera las frecuencias alélicas ni genotípicas y las frecuencias alélicas determinan las frecuencias de los genotipos.
La afirmación de que las frecuencias genotípicas se estabilizan después de una generación significa que pueden cambiar en la primera generación después del apareamiento aleatorio debido a que se requiere una generación de apareamiento al azar para producir las proporciones de Hardey – Weinberg de los genotipos. Después, las frecuencias genotípicas, a semejanza de lo que sucede con las frecuencias alélicas, no cambian siempre que la población continué cumpliendo los supuestos anteriores. Cuando los genotipos están en las proporciones esperadas p2, 2pq y q2 se puede afirmar que dicha población se encuentra en equilibrio Hardy – Weinberg.
Consecuencias de los supuestos: • Reducción de la dimensionalidad de una población. Conociendo las frecuencias alélicas podemos predecir las genotípicas • Equilibrio alélico y genotípico.
Las frecuencias alélicas no cambian de generación en generación (equilibrio alélico).
Las frecuencias genotípicas no cambian de generación en generación (equilibrio genotípico). Después de una generación de apareamiento aleatorio (F1), se alcanzan las frecuencias genotípicas de equilibrio (F2).
• Sistema conservativo, análogo al principio de inercia. Solución al problema de cómo se conserva la variación genética.
• Modelo nulo por excelencia: Aunque las desviaciones son difíciles de detectar, cualquier desviación es una indicación de que algo pasa en la población (como una mutación o una migración que alteren los resultados esperados).
La ley de Hardy-Weinberg tiene varias consecuencias importantes para la estructura genética de una población. Una de ellas es que una población no puede evolucionar si cumple los supuestos de la Ley de equilibrio, porque la evolución consiste en cambios en las frecuencias alélicas de una población. Por consiguiente, la ley de equilibrio nos dice que la reproducción sola no provocará la evolución. Se requieren otros procesos como la selección natural, la mutación, la migración o el azar para que las poblaciones evolucionen.
Una segunda consecuencia importante es que cuando una población está en equilibrio de Hardy – Weinberg, las frecuencias genotípicas son determinadas por las frecuencias alélicas. La frecuencia del heterocigoto nunca excede el 0,5 cuando la población se halla en equilibrio de HW. Además, cuando la frecuencia de un alelo es baja, los homocigotas para ese alelo serán raros y la mayoría de las copias de un alelo infrecuente estará presente en los heterocigotos.
Una tercera consecuencia de la ley H-W es que una sola generación de apareamiento aleatorio produce las frecuencias de equilibrio de p2, 2pq y q2, como hemos dicho anteriormente. El hecho de que los genotipos estén en las proporciones de H-W no demuestra que la población se encuentra libre de selección natural, mutación y migración. Sólo significa que estas fuerzas no han actuado desde que tuvo lugar el último apareamiento aleatorio.
Para determinar si los genotipos de una población están en equilibrio de H-W, las proporciones genotípicas esperadas deben compararse con las frecuencias genotípicas observadas. Para comprobarlo, primero calculamos las frecuencias alélicas, luego hallamos las frecuencias alélicas y, por último, comparamos las frecuencias genotípicas observadas y esperadas mediante el empleo de un test de chi cuadrado.
En el ejemplo de aquí arriba vemos como esta población se ajusta muy bien a la Ley de equilibrio de H-W. Vemos las distintas proporciones con los individuos homocigotos y heterocigotos. Y vemos que al realizar el test de chi cuadrado nos da unos valores muy bajos ya que este ejemplo como hemos dichos está muy ajustado al equilibrio.
Generalización del Equilibrio de Hardy – Weinberg Dominancia 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 (ESTO DE CLASE YO TENGO APUNTADO NI PUTA IDEA) 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. Si me apareo con individuos distintos a mí, tenemos dos homocigotos pero de diferente origen y entonces al reproducirnos juntos pues aumentamos la heterocigosidad para ambos.
Endogamia: cuando el cruce entre parientes es más común de lo que se espera por azar (exogamia es el concepto opuesto). Ello provoca poca variabilidad genética y entonces se rompe el equilibrio de la ley H-W.
Diferencias entre ambos conceptos: el apareamiento clasificado afecta a los fenotipos preferidos, mientras que la endogamia afecta a todo el genoma.
Consecuencias de las desviaciones del apareamiento aleatorio Observamos una desviación de las frecuencias genotípicas de las esperadas por HardyWeinberg • Mayor homocigosidad: apareamiento clasificado positivo y endogamia.
• Mayor heterocigosidad: apareamiento clasificado negativo.
También cabe destacar que no hay cambio en las frecuencias alélicas.
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