FRECUENCIAS ALÉLICAS

EL PARADIGMA POBLACIONAL:
la variación en el seno de las poblaciones es
la materia prima de la evolución
Lo único que se trasmite a la descendencia son
genes
Genotipo
Siguiente
generación
Transmisión
Fenotipo
Expresión génica, desarrollo
Evolución desde la perspectiva poblacional:
Es el cambio acumulativo en la composición
genética de las poblaciones
Población mendeliana:
Conjunto de individuos intercruzables que
comparten un acervo genético común
La problemática de la genética de
poblaciones es la descripción y
explicación de la variación genética
dentro y entre poblaciones
•Variación genética o polimorfismo genético:
genético
existencia en una población de dos o más formas
alélicas en frecuencias apreciables
•Frecuencia génica o alélica (unidad básica de
evolución):
f(A) proporción de un alelo dado en la población
Gen X, alelos A y a
p = f(A)
A
a
q = f(a)
La Genética de Poblaciones es una Teoría
de Fuerzas
Factores que cambian las frecuencias génicas en las
poblaciones
Deriva genética
Migración
p = f(A)
Mutación
Selección natural
El problema empírico: la lucha por la medida
de la variación genética
Existe variación genética para casi
cualquier carácter
Variación cualitativa: polimorfismos genéticos y variantes
raras
•Polimorfismo morfológico (color, tamaño, forma)
•Polimorfismo inmunológico
•Polimorfismo cromosómico (inversiones paracéntricas,
reordenaciones)
•...
El problema empírico: la lucha por la medida
de la variación genética
Existe variación genética para casi
cualquier carácter
•Polimorfismo proteico (alozímico) Electroforesis de
proteínas en gel (Lewontin & Hubby 1966; Harris
1966)
-> era alozímica: Nace la evolución molecular.
•Polimorfismos en el nivel del DNA
•RFLPs
•Microsatélites
•Secuencias de DNA
•...
POLIMORFISMO EN EL ADN
AGGTTAGT
AGGTTTGT
FRECUENCIAS ALÉLICAS (GÉNICAS)
Y GENOTÍPICAS
Lo que caracteriza a una población es la frecuencia
con que se encuentran los distintos alelos de los genes
(frecuencia génica o alélica) y los distintos genotipos o
combinaciones de estos genes.
Alelos: A y a
Genotipos: AA, Aa y aa
(Frecuencias varian entre 0 y 1)
Frec. alélicas:
f(A)=p; f(a)=q
Frec. Genotípicas:
f(AA)= p2, f(Aa)=2pq y f(aa)=q2
Variación de las frecuencia alélicas entre poblaciones:
medidas de la variación (I)
Las frecuencias alélicas pueden ser diferentes en diferentes poblaciones
p=0.45
q=0.55
p=0.4
q=0.6
Población 2
Población 1
p=0.35
q=0.65
Población 2
Variación de las frecuencia alélicas entre poblaciones:
medidas de la variación (II)
Las frecuencias de homocigotos y heterocigotos también pueden ser diferentes en
diferentes poblaciones
p=0.5
q=0.5
AA= 25
aa= 25
Población 1
Aa= 50
p=0.5
q=0.5
Población 2
Heterocigosidad (locus): nº ind. heterocigotos / nº total individuos
Heterocigosidad (población): Heterocigosidad por locus / nº total de loci
Variación de las frecuencia alélicas entre poblaciones:
medidas de la variación (III)
Otras medidas de la variación entre poblaciones: Polimorfismo, nº de alelos
Polimorfismo: se dice que un locus es polimórfico cuando la frecuencia del
alelo más común es menor o igual a 0.95 ó 0.99 (según criterio). El
polimorfismo se mide como nº de loci polimórficos dividido por el nº total de
loci analizados
ej: Población A
Locus Mdh; f(F)=0.64
f(M)= 0.20
f(S)=0.16
Criterio 95%
Criterio 99%
Polimórfico
Locus Pgi: f(A)=0.97
f(a)= 0.02
f(a’)=0.01
NO Polimórfico
P=1/3 = 0.33
33% loci polimórficos
Polimórfico
Polimórfico
P=3/3 =1
Locus PGM: f(1)=0.98
f(2)= 0.01
f(3)=0.005
f(4)=0.005
100% loci polimórficos
NO Polimórfico
Polimórfico
Ley del equilibrio de Hardy-Weinberg
Considera cómo se relacionan las frecuencias alélicas y
genotípicas en una población mendeliana bajo una serie de
supuestos ideales
•Generaciones discretas y no solapantes
•Apareamiento aleatorio: panmixia
•Tamaño de población infinito
•No mutación, no migración entre poblaciones
•No diferencias en eficacia biológica (selectivas) entre
los distintos genotipos
Los supuestos implican una unión aleatoria
de los alelos para formar genotipos
Polen
p
A
Frecuencias
alélicas
A
p
a
q
AA
p2
Aa
pq
Aa
pq
aa
q2
q
a
Ovulos
Ley del equilibrio de Hardy-Weinberg
Consecuencias de los supuestos:
1.- Las frec. genotípicas de la población están determinadas de una
manera predecible por las frecuencias alélicas. Conociendo las
frecuencias alélicas podemos predecir por tanto las genotípicas.
2.- 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, se alcanzan las frecuencias
genotípicas de equilibrio
3.- Aunque las desviaciones son difíciles de detectar, cualquier
desviación es una indicación de que algo pasa en la población
Por tanto, la ley de H-W nos dice que si f(A) = p y f(a) = q , entonces:
f(AA) = p2 ; f(Aa) = 2pq ; f(aa) = q2
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
Frecuencia
Gráfico de p2, 2pq y q2.
q2 (aa)
p2 (AA)
2pq (Aa)
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
p
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
Frecuencia
Gráfico de p2, 2pq y q2.
Ejemplo
P=0.8; q=0.2
p2 (AA)
q2 (aa)
2pq (Aa)
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
p
p2 = 0.64
2pq = 0.32
q2 = 0.04
Ley del equilibrio de Hardy-Weinberg
Cuando las frecuencias genotípicas
observadas se ajustan a las esperadas
según la ley de H-W se dice que la
población está en EQUILIBRIO
HARDY-WEINBERG
Prueba de ajuste a Hardy-Weinberg
Genotipo
AA
Aa
aa
Total
73
52
9
134
Nº alelos A
73 x 2=146
52
0
198
Nº alelos a
0
52
9 x 2=18
70
Nº plantas obs.
Nº alelos A + a
(nº plantasx2)
268
f(A) = nº alelos A / nº total de alelos = ((73x2) + 52) / 268 = 0.74
f(a) = nº alelos a / nº total de alelos = ((9x2) + 52) / 268 = 0.26
Frecuencia Genotípica esperada
Número esperado
(Frecuencia X 134)
p2 = 0.5476
73.3
2pq = 0.3848
51.56
q2 = 0.0676 Total= 1.000
9.14
Total=134
(número observado − número esperado) 2
= 0,007
X =Σ
número esperado
2
g.l = nº fenotipos – nº de alelos = 3-2 = 1
Tabla de chi-cuadrado
Cálculos de frecuencias alélicas
1.- Genes con codominancia: ejemplo anterior
2.- Genes con dominancia completa: los individuos con fenotipo dominante
pueden ser homocigotos o heterocigotos
Ejemplo: color de flor en una planta viene determinada por 2 alelos:
A>a
Flores amarillas AA, Aa
Flores blancas aa
Muestreo: plantas con flores amarillas 910
plantas con flores blancas 90
f(a) =
90
1000
= 0.3
f(A) = 1 – 0.3 = 0.7
Cálculos de frecuencias alélicas
3.- Múltiples alelos
Ejemplo, 3 alelos con frecuencias: f(F)=p; f(M)=q y f(S)=r.
Las frecuencias genotípicas serían:
FF= p2
FM= 2pq
MM= q2
FS= 2pr
SS= r2
MS= 2qr
TOTAL: p2+ 2pq + q2 + 2pr + r2+ 2qr =1
La Genética de Poblaciones es una Teoría
de Fuerzas
Factores que cambian las frecuencias génicas en las
poblaciones
Migración
Deriva genética
p = f(A)
Mutación
Selección natural
Desviaciones del apareamiento aleatorio
•Apareamiento clasificado: los distintos fenotipos no se
aparean al azar
•positivo: tendencia a aparearse con fenotipos
semejantes
•negativo: tendencia a aparearse con fenotipos opuestos
•Endogamia: cuando el cruce entre parientes es más común
de lo que se espera por azar (exogamia es el concepto
opuesto)
Diferencias entre ambos conceptos: el apareamiento clasificado afecta a los
fenotipos preferidos, mientras que la endogamia afecta a todo el genoma
Mutación: cambio estable en el material genético
-Fuente última de variación genética. Genera variación de
novo.
-Es aleatoria (independiente, no dirigida) de la función del
gen
-Las tasas de mutación espontáneas son muy bajas,
~ 10-5, 10-6, y por ello no pueden producir cambios de
frecuencias (por generación) rápidos en las poblaciones
μ
A -> a
μ=tasa de mutación
Equilibrio mutación-retromutación
μ
A -> a
A <- a
ν
Migración: movimiento de individuos entre poblaciones
-Si las poblaciones difieren en frecuencias alélicas, la
migración puede producir cambios importantes en las
frecuencias alélicas
-El movimiento de genes de una población a otra se denomina
flujo genético
- Los cambios en frecuencias alélicas son proporcionales a las
diferencias de frecuencia entre la población donadora y
receptora y a la tasa de migración
Deriva genética (aleatoria):
-Puesto que las poblaciones naturales tienen un
tamaño finito, cada generación hay un sorteo de
genes durante la transmisión de gametos de los
padres a los hijos que hace que las frecuencias de los
alelos fluctúen de generación en generación
-La deriva genética es el efecto acumulativo de esta
fluctuación genética durante muchas generaciones
- Si p ó q = 1, entonces ya no es posible un cambio de
frecuencias porque sólo hay una variante. El efecto
último de la deriva es la fijación de uno de los alelos
en la población
-La tasa de fijación es inversamente proporcional al
tamaño de la población (la tasa de fijación de alelos
es mayor en poblaciones pequeñas)
Muestreo
aleatorio
de gametos
Generación 0
Alelos diferentes que
hay en la generación i
en la población
Pool de gametos de los que
se escogerá una muestra
aleatoria para formar la
siguiente generación
Generación 1
8
Generación
Simulación por ordenador
del proceso de deriva
genética. Se sigue la
frecuencia alélica durante
20 generaciones en una
población de tamaño
(a) 2N = 18 y
(b) 2N = 100
El tamaño (o censo) de la
población es el parámetro
crucial que determina la
intesidad de la deriva
Deriva genética (2):
-Casos intensos de deriva genética:
Efecto fundador: colonización de nuevos ambientes
Cuello de botella: producido por descenso brusco de
ejemplares por epidemias, heladas...etc.
Las diapositivas de este tema han sido elaboradas y modificadas a partir del curso
diseñado por el Prof. Dr. Antonio Barbadilla (UAB)
http://bioinformatica.uab.es/diaposcurso/