Plasticidad fenotípica y evolución adaptativa
Anuncio
Introducción Métodos Resultados Plasticidad fenotípica y evolución adaptativa Innovación en redes de regulación genética C. Espinosa-Soto Octubre 2010/ CMCC Final Introducción Innovación y plasticidad Innovación Métodos Resultados Final Introducción Métodos Resultados Innovación y plasticidad Innovación ¿Cómo se encuentran genotipos con fenotipos adaptativos? Muchos posibles genotipos Tasas de mutación bajas Muchos genotipos → mismo fenotipo. Final Introducción Métodos Resultados Innovación y plasticidad Plasticidad fenotípica Fenotipos alternativos en respuesta a factores no genéticos Final Introducción Métodos Resultados Innovación y plasticidad Plasticidad fenotípica Fenotipos alternativos en respuesta a factores no genéticos Ambiente Chen et al. 2003 Mol Biol Cell 14:214. Final Introducción Métodos Resultados Final Innovación y plasticidad Plasticidad fenotípica Fenotipos alternativos en respuesta a factores no genéticos Ruido Elowitz et Ambiente Chen et al. 2003 Mol Biol Cell 14:214. McAdams & al. 2002 Arkin 1997 Science PNAS 297:1183 94:814 Introducción Métodos Resultados Final Innovación y plasticidad Plasticidad fenotípica Fenotipos alternativos en respuesta a factores no genéticos Ruido Elowitz et Ambiente Arkin 1997 Science PNAS 297:1183 94:814 Modificación epigenética Chen et al. 2003 Mol Biol Cell 14:214. McAdams & al. 2002 Introducción Métodos Resultados Innovación y plasticidad Plasticidad y fenotipos alternativos Fenotipo ‘nativo’ Fenotipos alternativos Final Introducción Métodos Resultados Innovación y plasticidad Plasticidad en genotipos distintos Variación genética de la plasticidad fenotipo alternativo penetrancia Final Introducción Métodos Resultados Innovación y plasticidad Innovación Escenario clásico neo-darwinista Final Introducción Métodos Resultados Innovación y plasticidad Innovación Escenario clásico neo-darwinista Final Introducción Métodos Resultados Innovación y plasticidad Innovación Escenario clásico neo-darwinista Final Introducción Métodos Resultados Innovación y plasticidad Innovación Escenario clásico neo-darwinista Considerando plasticidad Final Introducción Métodos Resultados Innovación y plasticidad Innovación Escenario clásico neo-darwinista Considerando plasticidad Final Introducción Métodos Resultados Innovación y plasticidad Innovación Escenario clásico neo-darwinista Considerando plasticidad Final Introducción Métodos Resultados Innovación y plasticidad Innovación Escenario clásico neo-darwinista Considerando plasticidad Final Introducción Métodos Resultados Ejemplos Alas y moscas1 Los fenotipos alternativos pueden ser estabilizados genéticamente Choque térmico Fenotipo alternativo Baja penetrancia Selección artificial Al final: Fenotipo aún sin choque térmico Penetrancia ↑ 1 Waddington, 1953. Evolution 7:118. Final Introducción Métodos Resultados Ejemplos Serpientes tigre australianas 2 En islas, un mayor tamaño de cabeza es adaptativo. 2 Aubret y Shine, 2009. Curr. Biol., 19:1932 Final Introducción Métodos Resultados Ejemplos Serpientes tigre australianas 2 En islas, un mayor tamaño de cabeza es adaptativo. Hábitat Continente 2 Cabeza ↓ Aubret y Shine, 2009. Curr. Biol., 19:1932 Plasticidad ↓ Final Introducción Métodos Resultados Ejemplos Serpientes tigre australianas 2 En islas, un mayor tamaño de cabeza es adaptativo. 2 Hábitat Continente Cabeza ↓ Plasticidad ↓ Isla (reciente) ↑↓ ↑ Aubret y Shine, 2009. Curr. Biol., 19:1932 Final Introducción Métodos Resultados Ejemplos Serpientes tigre australianas 2 En islas, un mayor tamaño de cabeza es adaptativo. 2 Hábitat Continente Cabeza ↓ Plasticidad ↓ Isla (reciente) ↑↓ ↑ Isla (antigua) ↑ ↓ Aubret y Shine, 2009. Curr. Biol., 19:1932 Final Introducción Métodos Resultados Requerimientos en la distribución de genotipos ¿Mecanismo general? Dos opciones: Ejemplos son casos atípicos Forma frecuente de producir innovaciones Final Introducción Métodos Requerimientos en la distribución de genotipos El espacio de genotipos Resultados Final Introducción Métodos Redes de regulación genética (RRG) Desarrollo y dinámica de RRG Davidson et al. 2002 Science 295:1669 Resultados Final Introducción Métodos Resultados Final Redes de regulación genética (RRG) Desarrollo y dinámica de RRG Matriz de interacciones: el genotipo Davidson et al. 2002 Science 295:1669 i st+τ = σ N X j=1 j wij st Introducción Métodos Resultados Final Redes de regulación genética (RRG) Dinámica en el modelo Condición inicial X Y Z Dinámica en el desarrollo i st+τ =σ Fenotipo de actividad genética t 0 hP N X -1 j=1 Y 1 wij stj Z -1 i Introducción Métodos Resultados Final Redes de regulación genética (RRG) Dinámica en el modelo Condición inicial X Y Z Dinámica en el desarrollo i st+τ =σ Fenotipo de actividad genética t 0 1 hP N X -1 1 j=1 Y 1 1 wij stj Z -1 -1 i Introducción Métodos Resultados Final Redes de regulación genética (RRG) Dinámica en el modelo Condición inicial X Y Z Dinámica en el desarrollo i st+τ =σ Fenotipo de actividad genética t 0 1 2 hP N X -1 1 1 j=1 Y 1 1 1 wij stj Z -1 -1 -1 i Introducción Métodos Resultados Final Redes de regulación genética (RRG) Cambios genéticos y no genéticos Ambiente Mutación: cambio en la matriz de interacciones Perturbación no genética: cambio en la condición inicial Otros factores Ruido Condición inicial Dinámica en el desarrollo Fenotipo de actividad genética Introducción Métodos Resultados Condiciones Condición 1 Es más fácil encontrar genotipos que producen fenotipos alternativos nuevos que genotipos que producen fenotipos ‘nativos’ nuevos Final Introducción Métodos Resultados Condiciones Condición 1 Es más fácil encontrar genotipos que producen fenotipos alternativos nuevos que genotipos que producen fenotipos ‘nativos’ nuevos Mutaciones a conjuntos de redes de genes Registro de nuevos fenotipos Final Introducción Métodos Resultados Condiciones Condición 2 Una mutación debe conducir a la estabilidad genética de un nuevo fenotipo más fácilmente desde genotipos que lo producen como fenotipo alternativo. Final Introducción Métodos Resultados Condiciones Condición 2 Una mutación debe conducir a la estabilidad genética de un nuevo fenotipo más fácilmente desde genotipos que lo producen como fenotipo alternativo. Para un genotipo G: Pµ : fenotipos nativos de los ‘vecinos’ de G Ps0 : fenotipos accesibles a G por perturbaciones no genéticas Final Introducción Métodos Resultados Condiciones Condición 2 Una mutación debe conducir a la estabilidad genética de un nuevo fenotipo más fácilmente desde genotipos que lo producen como fenotipo alternativo. Para un genotipo G: Pµ : fenotipos nativos de los ‘vecinos’ de G Ps0 : fenotipos accesibles a G por perturbaciones no genéticas Pµ y Ps0 son mas similares que lo que se esperaría por azar. p < 2,2 × 10−16 Final Introducción Métodos Resultados Condiciones Condición 3 RRG similares tienden a compartir fenotipos alternativos Se cumple No se cumple Final Introducción Métodos Resultados Condiciones Condición 3 RRG similares tienden a compartir fenotipos alternativos Final Introducción Métodos Resultados Condiciones Condición 4 Cuando un fenotipo alternativo tiene una mayor penetrancia, es más fácil llegar a la estabilidad genética. Final Introducción Métodos Resultados Condiciones Condición 4 Cuando un fenotipo alternativo tiene una mayor penetrancia, es más fácil llegar a la estabilidad genética. Penetrancia ρ de Spearman < 0 Distancia Final Introducción Métodos Resultados Final Condiciones Condición 4 Penetrancia Fraction of genotypes at a 1-mutation distance Cuando un fenotipo alternativo tiene una mayor penetrancia, es más fácil llegar a la estabilidad genética. 1 0.95 0.9 0.85 0.8 0.75 0.7 0 Distancia 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Introducción Métodos Resultados Condiciones Condición 4 Cuando un fenotipo alternativo tiene una mayor penetrancia, es más fácil llegar a la estabilidad genética. ρ de Spearman > 0 Final Introducción Métodos Resultados Condiciones Condición 4 Cuando un fenotipo alternativo tiene una mayor penetrancia, es más fácil llegar a la estabilidad genética. Mutaciones que: a) sólo preservan al fenotipo alternativo b) aumentan la penetrancia lo más posible Final Introducción Métodos Resultados Condiciones Condición 4 Cuando un fenotipo alternativo tiene una mayor penetrancia, es más fácil llegar a la estabilidad genética. Mutaciones que: a) sólo preservan al fenotipo alternativo b) aumentan la penetrancia lo más posible ← Conducen a la estabilización genética más frecuentemente. p < 2,2 × 10−16 Final Introducción Métodos Condiciones Las condiciones se cumplen Resultados Final Introducción Métodos Simulaciones evolutivas Aceleración de la evolución Resultados Final Introducción Métodos Resultados Simulaciones evolutivas Aceleración de la evolución t∗,c : Tiempo necesario para llegar a la estabilidad genética de un fenotipo ventajoso cuando no permito plasticidad. t∗,a : Lo mismo pero cuando permito plasticidad y perturbaciones no genéticas. Final Introducción Métodos Resultados Simulaciones evolutivas Aceleración de la evolución 0.16 0.14 Frequency 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 -600 -400 -200 0 200 400 600 800 1000 t*,c - t*,a t∗,c : Tiempo necesario para llegar a la estabilidad genética de un fenotipo ventajoso cuando no permito plasticidad. t∗,a : Lo mismo pero cuando permito plasticidad y perturbaciones no genéticas. Final Introducción Métodos Resultados Plasticidad e innovación en la actividad genética Conclusiones La plasticidad facilita la innovación en la actividad genética La distribución de los genotipos de RRG sugiere que, frecuentemente, los nuevos fenotipos adaptativos aparecerán primero como fenotipos alternativos Después serán estabilizados genéticamente Final Introducción Métodos Tantán Agradecimientos Andreas Wagner Olivier Martin Evolutionary systems biology group (UZH) Resultados Final
