Tema 1. Introducció (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 9
Fecha de subida 07/11/2015
Descargas 1
Subido por

Vista previa del texto

Grau de Genètica – GdP T-1 Gloria Hidalgo INTRODUCCIÓ La genètica de poblacions estudia les diferències genètiques que es donen de forma natural entre els organismes.
- Polimorfismes genètics: diferències genètiques entre organismes dins d’una espècie.
- Divergències genètiques: diferències genètiques entre espècies acumulades durant el procés d’evolució.
La genètica de poblacions, per tant, consisteix en l’estudi dels polimorfismes genètics i les divergències genètiques.
1. GENÈTICA DE POBLACIONS I EVOLUCIÓ MOLECULAR En els seus inicis, en els primers fonaments teòrics (1920-1940), la genètica de poblacions intenta donar estructura matemàtica a la teoria de l’evolució de Darwin.
El rellotge molecular és el temps de vida de les proteïnes fins que són degradades i canviades per unes de noves.
El 1983 es passa d’estudiar la variabilitat entre proteïnes a estudiar la variabilitat en el DNA, en els gens. Això es fa clonant gens, seqüenciant-los, amplificant diferents al·lels amb PCR, comparant-los...
Els últims anys han estat (i continuarà sent així) l’era de l’estudi del genoma complet.
1 Grau de Genètica – GdP T-1 Gloria Hidalgo 2. QÜESTIONS QUE INTENTA RESOLDRE AL GENÈTICA DE POBLACIONS - Quins tipus de variabilitat genètica hi ha en les poblacions? - Quanta variabilitat genètica existeix? - Quins mecanismes mantenen i expliquen aquesta variabilitat? - Quins factors evolutius afecten a la variabilitat dins i fora de les poblacions? - Poden explicar els mecanismes coneguts els casos descrits de microevolució? - Poden explicar els mecanismes coneguts l’origen de noves espècies? 3. GENÈTICA DE POBLACIONS EN LA ERA GENÒMICA La genòmica de poblacions és l’estudi global en tot el genoma dels patrons de variació nucleotídica dins de les espècies i entre les espècies més properes.
La genètica de poblacions proporciona una visió completa de la importància relativa de la mutació, recombinació, selecció natural i deriva gènica dins el procés global de l’evolució. També permet caracteritzar la base genètica de caràcters complexos i malalties humanes (mitjançant estudis d’associació en genomes complets).
DIVERSITAT FENOTÍPICA I VARIACIÓ GENÈTICA I 1. FREQÜÈNCIES GENOTÍPIQUES I GÈNIQUES Un locus polimòrfic és aquell en el qual trobem dos o més al·lels. Per exemple el gen CCR5, que codifica pel receptor dels limfòcits T humans, té l’al·lel salvatge i l’al·lel Δ32 (es diu així perquè hi ha una deleció d’unes quantes bases).
Una forma de caracteritzar la població és conèixer la freqüència dels al·lels: 2 Grau de Genètica – GdP T-1 Gloria Hidalgo Les dades i fórmules generals per fer això amb qualsevol altre gen i els seus respectiu al·lels són:  Freqüències genotípiques: P, Q (homozigots) i H (heterozigots).
 Freqüències gèniques o al·lèliques: p i q Amb aquestes fórmules s’obtenen estimes, no dades reals. Per saber com de fiable és una estima, calculem la variança i l’error estàndard per cadascuna. Posem calcular per exemple la del al·lel p, però serveix tant per la freqüència dels al·lels com dels genotips.
Com més gran és N (és a dir, com més gran és la mostra de l’estudi) més petit és l’error (ja que es troba en el denominador de la variança i l’error estàndard).
A partir de les estimes i els errors estàndards podem construir els intervals de confiança (els més utilitzats són els de 95%): - IC68% = p ± E.E.
- IC95% = p ± 2·E.E.
- IC99’7% = p ± 3·E.E.
1.1. COMPARACIÓ DE LES FREQÜÈNCIES GÈNIQUES ENTRE POBLACIONS Si construïm els intervals de confiança per dues poblacions i aquests se solapen vol dir que no hi ha diferències significatives entre les dues poblacions, i que per tant són equivalents. També podem fer taules de contingència per comparar dues o més poblacions i veure si hi ha diferències significatives entre elles. Exemple: 3 Grau de Genètica – GdP T-1 Gloria Hidalgo La fórmula per calcular el Xi observat és: Si el Xi-obs > Xi-crí (amb α=0,05 i g.ll = (c – 1)·(f -1)) – hi ha diferències significatives.
1.2. VARIACIÓ GEOGRÀFICA El polimorfisme CCR5 mostra una variació geogràfica notable. El virus del SIDA necessita el coreceptor CCR5 per penetrar dins els limfòcits T humans. Els homozigots per l’al·lel Δ32, per tant, són resistents al VIH. Això vol dir que la variació de la freqüència de l’al·lel Δ32 fa que entre diferents regions geogràfiques variï també al resistència al VIH. Això pot ser un reflex històric de resistències per malalties que segurament fa milers d’anys només es trobaven en les regions on ara aquest al·lel té una freqüència més alta.
2. CARÀCTERS DE VARIACIÓ CONTÍNUA Darwin deia que les diferències individuals entre individus són suficients perquè actuï la selecció natural i derivi a la formació de noves espècies.
El poder de la selecció depèn de la variabilitat dels organismes. Darwin no coneixia els treballs de Mendel (es van descobrir a principis del segle XX). Quan es van descobrir es van posar com a base de l’evolució les diferències qualitatives entre organismes que havia trobat Mendel (que un caràcter qualitatiu era millor que l’altre i això era un avantatge per sobreviure i deixar descendència).
4 Grau de Genètica – GdP T-1 Gloria Hidalgo Per contra, Galton va ser l’iniciador de la biometria, que mesurava diversos paràmetres (caràcters quantitatius) i veia com s’ajustaven a una distribució normal en qualsevol població. Va ser el descobridor de la regressió i la correlació. Hi va haver una pugna entre els mendelians i els seguidors de Galton per saber quins caràcters eren els que permetin l’evolució: si els qualitatius o els quantitatius.
Anys després, Fisher va descobrir que el que veien els seguidors de Galton no era diferent des mendelians, sinó que els caràcter que estudiaven estaven controlats per molts gens, i per això semblava que no seguissin les lleis de Mendel.
L’evolució quedava demostrada amb el fet que: fent selecció artificial sobre una població hi havia resposta, ja que hi havia variabilitat per seleccionar.
Durant els anys posteriors es van fer molts experiments de selecció, i hi va haver un resultat unànime: si es pot fer selecció artificial és perquè hi ha variabilitat genètica en una població.
En la següent foto podem veure un exemple molt clar: se seleccionaven les mosques amb més quetes d’una població, i es feia que es reproduïssin. De la generació filial resultant, se’n tornaven a seleccionar les mosques amb més quetes. Així, al cap de 20 generacions, s’havien aconseguit mosques amb moltes més quetes que les mosques del grup control. Si hi havia tanta diferència volia dir que hi ha molta variabilitat pel que fa als al·lels que determinen les quetes.
Aquest experiment es va repetir per molts organismes i caràcters diferents, i en la gran majoria d’ells s’aconseguien resultats semblants: es podia fer una gran selecció artificial de caràcters. Això significa que hi ha d’haver molta variabilitat genètica. Però aquest paràmetre (variabilitat genètica) és molt difícil d’estimar. A més, sabem que existeix un gen perquè veiem variabilitat en un caràcter, si un gen no té variabilitat, observant el fenotip no podem induir que aquest gen existeix.
5 Grau de Genètica – GdP T-1 Gloria Hidalgo 3. ELECTROFORESI DE PROTEÏNES El 1966 es va utilitzar per primer cop la electroforesi de proteïnes per estimar la variabilitat genètica d’un gen en una població. Si les proteïnes estan codificades per gens, i aquests tenen variabilitat, també es veu la variabilitat en les proteïnes per les quals codifica.
Al principi, això es va fer sobretot amb enzims. En el gel d’agarosa s’hi afegia el substrat de l’enzim, de manera que en el punt fins on corria l’enzim, el substrat era metabolitzat i es veia una taca de color (era el resultat de la reacció). Així podíem estudiar la variabilitat d’un gen observant si apareixien diferents taques en el gel, i per tant si hi havia variabilitat de proteïnes.
Era comú trobar gens amb codominància, és a dir, que en individus heterozigots sortien dues taques diferents, i en homozigots només una (per cada tipus d’homozigot una taca diferent).
Per tant, si en una electroforesi obtenim una sola ratlla en totes les columnes (cada columna és un individu diferent), vol dir que no hi ha variació, estem parlant d’un gen monomòrfic (no té diferents al·lels).
Si en una electroforesi observem dues bandes tindrem un gen amb 2 al·lels, un gen polimòrfic. Els individus que només tinguin una banda seran homozigots, i els que tinguin dues bandes serán heterozigots.
6 Grau de Genètica – GdP T-1 Gloria Hidalgo Com es podia saber que eres dos al·lels i no dues proteïnes diferents (codificades per gens diferents)? Per demostrar que es tractava d’al·lels, es fan encreuaments per veure si seguien les lleis de Mendel si fossin al·lels – sí que les seguien.
Quan hi ha diferents al·lels en un gen que codifica per un enzim, s’anomena variació alozímica o aloenzimàtica (hi ha dos enzims diferents però amb la mateixa funció).
En els gens que tenen codominància, fàcilment es poden comptar el nombre d’homozigots i heterozigots en una electroforesi, i llavors calcular freqüències al·lèliques de la població.
4. MESURES DE LA VARIABILITAT GENÈTICA P = polimorfisme És la proporció de loci polimòrfics – es considera polimòrfic quan la freqüència de l’al·lel més abundant és inferior a 0,95.
H = heterozigosi observada promitja És la proporció de loci heterozigòtics que té una persona qualsevol de la població.
Es pot calcular fent la mitjana de l’heterozigosi de diferents gens (calculada a partir de diferents individus).
H = diversitat gènica o heterozigosi esperada promitja És la probabilitat d’agafar dos al·lels d’un mateix locus de dos persones diferents de la població i que siguin diferents.
Ex: en un gen que tingui dos al·lels (posem A i B) hi ha dues freqüències: p i q. p2 és la probabilitat de tenir dos al·lels A, i q2 és la probabilitat de tenir dos al·lels B. Per tant, la probabilitat de tenir dos al·lels diferents serà: H = 1 – (p2 + q2) 7 Grau de Genètica – GdP T-1 Gloria Hidalgo Si estiguéssim parlant d’un gen amb tres al·lels, seria: H = 1 – (p2 + q2 + r2) 4.1. ESTIMA DE LA VARIBAILTIAT EN ELS HUMANS (HARRIS, 1966) Si H = 0.099, vol dir que un individu hauria de ser heterozigot en 1 de cada 10 gens, aproximadament.
Es van fer altres estudis: amb 104 gens en diversos individus deia que P = 0.32 i que H = 0.06. Això vol dir que aprox. un terç dels gens són polimòrfics, i aproximadament una persona és heterozigòtica per un 6% dels seus gens.
En el següent gràfic veiem els resultats d’un experiment que es va fer analitzant entre 14 i 71 gens de diferents espècies, calculant P i H per cada una. Així, després es podien fer les mitjanes de cada família (Ex: ocells, rèptils...). Es va veure que no totes les espècies tenen el mateix polimorfisme ni la mateixa heterozigosi – ¼ y ½ en promig eren polimòrfics.
< > signifiquen estima.
Es va veure que els humans, dels quals se’n van estudiar 71 gens, tenien una freqüències P = 0,26 i 0,07 d’heterozigosi, és a dir, que un 7% dels gens d’una persona són heterozigots. No s’esperava que aquest percentatge fos tan gran.
En el gràfic també es pot veure que els invertebrats tenen en general més variabilitat que els vertebrats (tenen una freqüències de Polimorfisme més alta), i que les plantes ocupen una posició entre aquests.
Dins els vertebrats, veiem que els amfibis són els que tenen més variabilitat, i els mamífers els que menys (els humans van una mica a part).
8 Grau de Genètica – GdP T-1 Gloria Hidalgo Aquest estudi, s’ha de dir, és una mica trivial, perquè els gens es van triar a l’atzar, i s’estudia un nombre diferent de gens per cada espècie, i la mida de la mostra de cada espècie també és diferent. Per tant, és un estudi amb bastantes deficiències.
Es van trobar algunes excepcions, espècies amb una variabilitat excepcionalment baixa: el guepard. Aquesta espècie quasi no té variabilitat. Els resultats obtinguts, per les dues subespècies, van ser les següents: En el de l’Àfrica del Sud, de fet, només es va trobar un individu en tot l’estudi heterozigot per un sol gen.
Si aquesta espècie no té variabilitat, el seu futur es veu compromès, ja que no pot respondre a un canvi ambiental, no pot evolucionar. I per tant, davant uns eventuals canvis de l’ambient no podria adaptar-se i es podria extingir.
Però a aquests estudis d’electroforesi de seguida els van sortir les limitacions: - S’estudiava només una fracció molt concreta i petita del genoma, bàsicament els gens que codificaven per enzims solubles (més convenients per fer l’electroforesi). No es miraven altres gens que codificaven per altres proteïnes, ni gens amb altres funcions.
- L’electroforesi només detecta canvis en la mobilitat de les proteïnes en el gel, que són degudes a canvis d’aminoàcid amb una càrrega diferent. Però si el canvi era amb un aminoàcid de la mateixa càrrega (canvi sinònim) l’electroforesi no ho detectava.
- En resum, amb l’electroforesi només es detectava la punta de l’iceberg de tota la variació que realment hi ha.
Es van començar a desenvolupar altres mètodes per estudiar la variació genètica del DNA. Ex: tècnica de clonació que permet estudiar gens a nivell de DNA.
9 ...