teoria neutral

Teoría Neutral de la
Evolución
Teorías Evolucionistas
zPre-darwinista: Lamarck, inicios del S.XIX
zDarwinista: 1859
zNeo-darwinista: finales del S.XIX -Mendel
zSintética: Dobzhansky, 1937
zNeutral: Kimura, 1968; King & Jukes,
1969.
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Teoría Seleccionista
z Las especies no han sido creadas
separadamente.
z La Selección Natural ha sido el
agente principal del cambio.
La Selección Natural no puede operar en todos los casos, sino
que es la fuerza directriz primaria de la evolución, en cuanto
crea fenotipos más adaptados, preservando diferencialmente,
generación tras generación, los organismos mejor adaptados de
un pool de variación aleatoria que sólo suministra la materia
primaria.
De Darwin al Neo-darwinismo
zMendel: bases genéticas de la herencia.
zModelos matemáticos teóricos del proceso
evolutivo en función de la Selección
Natural.
zRecombinación genética.
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Teoría Neutral
zMotoo Kimura, 1969. Botánico japonés.
zLa mayoría de los cambios moleculares son
selectivamente neutrales y regidos por el azar.
zEs decir, las mutaciones producidas no
favorecen ni desfavorecen al organismo, no se
ejerce presión de selección sobre ellas.
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Teoría Neutral
z Especie diploide conteniendo 2N alelos, la probabilidad
de que se fije es 1/2N.
z Tasa de mutación por generación es u, entonces 2Nu
representa el número de nuevos mutantes introducidos
en cada población de cada generación.
z Kimura, argumentó que la tasa de nuevas mutaciones
fijadas en las poblaciones debe ser igual a (2Nu)(1/2N),
el cual es igual a u.
z Por lo tanto, tasa de cambio debe de ser constante en
el tiempo e independiente del tamaño de población y
del tiempo.
Teoría Casi - Neutral
Ø Ohta, 1973.
Ø Tres conceptos bajo la teoría neutral dejaban vacíos :
• La Selección Natural es o no es capaz de distinguir entre
las mutaciones neutrales de las selectivas.
• El reloj molecular es dependiente del tiempo cronológico
o del número de generaciones.
• El rango de heterozigocidad debe depender del tamaño
de la población y de la tasa de mutación
Ø Introduciendo ligeras mutaciones deletéreas al modelo
de Kimura, se explican estos tres conceptos.
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Algunas mutaciones neutrales
son silenciosas
zUna mutación silenciosa es aquella que se da
en el codon que codifica para un aa: puede
mutar un nucleótido en el triplete codante y
seguir
codificando
el
mismo
aa,
consecuentemente no altera la proteína
(estructura o función).
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Mutaciones Silenciosas no
Neutrales
zEs aquella mutación silenciosa que sin
producir cambios en el aa codificado por
un codon, se verían afectadas por las
Fuerzas de Selección.
En regiones
codantes
Mutación
(Codon)
Cambio de aa:
No Silenciosa
No hay cambio
de aa: Silenciosa
Cambio en el
Fenotipo
No hay cambio
en el Fenotipo
Cantidad de tRNAs, Varía
la tasa de síntesis proteíca
Actúan Fuerzas
de Selección:
No Neutral
Actúan Fuerzas
de Selección:
No Neutral
Fuerzas de
Selección no las
ven: Neutral
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En regiones
no codantes
Mutación
Neutrales
Neutrales
Silenciosas
No silenciosa
No favorecen
En el codon
Actúa la
selección
No desfavorece
No varía el
aminoácido
Cantidad y
disponibilidad
de tRNAs.
No hay cambio
fenotípico
Hay cambio
fenotípico
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Acerca de los tRNAs
zEfecto wobble: 4 familias de codones son
codificadas por un solo tRNA, con una U
en la primera posición del anticodon (no
match pair 3er)
zTodos los tRNAs reconocen 2 ó 4 codones.
zSólo 2 aa son codificados por codones
únicos: Met y Trp.
Acerca de los tRNAs
zInosina puede unirse con U, C, A; uniones
más débiles.
zCuando un aa es codificado por diferentes
codones, estos que difieren en cualquiera
de las 2 primeras bases, requieren
diferentes tRNAs.
zSe requieren de 32 tRNAs para codificar
61 aa.
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La Teoría Neutral NO propone que la
mayoría de las mutaciones sean neutras
ni que la selección natural no sea
importante en la evolución molecular.
Esta teoría no podría dar cuenta del Reloj
Molecular, del hecho de que las tasas de
mutación son una función inversa de su
importancia funcional y del hecho de los
altos niveles de polimorfismo poblacional.
Test de Neutralidad
Existen una variedad de Test de
Neutralidad, entre ellos:
zHudson et al o HKA (1987)
zTajima (1989a)
zMcDonald & Kreitman (1991)
zFu & Li (1993)
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HKA (Hudson, Kreitman & Aguade)
zBasado en la Teoría Neutral de Predicción de
Evolución Molecular (Kimura, 1983)
z“Regiones del genoma que evolucionan en tasas
altas, presentarán también altos niveles de
polimorfismo entre las especies”
zEvalúa diferencias del ratio polimorfismo y
divergencia, entre dos diferentes loci.
zRequiere de datos de polimorfismo y
divergencia para ambos loci.
HKA
zEn Neutralidad, K=µ y ?=4Neµ, así
?=4NeK, y ? y K deberían ser
directamente proporcionales.
zPara dos loci, ? 1/K1 = ? 2/K2
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Tajima y Fu & Li
zContrastan diferentes estimados de ?
z? =4Nµ
yN, tamaño efectivo de la población
yµ, tasa de mutación por secuencia por
generación.
Esta prueba analiza el expectro de sitios de
segregación,
requiriendo
solamente
información de polimorfismos intraespecífica.
Tajima
zDos estimados de T; T w y ? deben de ser
iguales bajo la Teoría Neutral.
yT w=S/a1, donde S es el número de sitios de
segregación, a1=(1+1/2+1/3+.......+1/n-1) y
n el número de secuencias.
y?=S ij xi xj ? ij, donde xi y xj son la frecuencias
del tipo i y j de secuencia de ADN y ? ij es la
proporción de diferencias por pares entre las
secuencias i y j.
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Tajima
zSi D=? - T w
yD=0, Neutral
yD<0, exceso de variantes de baja frecuencia,
selección purificadora o expansión poblacional
(luego de un evento de “cuello de botella”)
yD>0, exceso de variantes de frecuencia
intermedia,
selección
balanceada
(o
subdivisión poblacional)
McDonald & Kreitman
zCompara variaciones sinónimas y no sinónimas
dentro y entre especies.
zBajo Neutralidad, la razón entre sustituciones
sinónimas y no sinónimas fijadas entre especies
debería la misma que la razón entre
polimorfismos sinónimos y no sinónimos dentro
de una especie.
zRequiere de datos de polimorfismo como de
divergencia para una región codante
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Softwares
zDnaSP: Es un paquete integrado de Windows
para el análisis de polimorfismos de DNA a partir
de secuencias de nucleótidos.
zEste programa no solo incorpora diversos
métodos para estimar la cantidad y patrones de
polimorfismos de DNA y divergencia sino que
además ejecuta diversos Test de Neutralidad.
Softwares
zEsta
versión
produce
también
dendogramas de alta calidad.
zLos módulos computacionales están
limitados a un máximo de 1400
poblaciones, 150 grupos, 1000 loci y 52
alelos por locus para datos alélicos, y
limitado por la memoria RAM disponible
para los datos cuantitativos.
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HKA
Para realizar este test, el DnaSP puede comparar:
zDos regiones de tamaño arbitrario del archivo
de datos.
zRegiones autosómicas y ligadas al sexo.
zRegiones que difieren en el número de
secuencias (datos intraespecíficos) o que
difieren en el número de sitios (entre datos
intraespecíficos e interespecíficos).
;Para realizar el test de Fu & Li, el DnaSP puede
trabajar con la presencia o ausencia de un
outgroup.
;El DnaSP además puede generar el input data
file para desarrollar el test propuesto por
McDonald (1996, 1998) el cual es usado para
detectar heterogeneidad en los polimorfismos
divergentes en el DNA.
;Estos tests se basan en la distribución, a lo
largo del genoma, de sitos polimórficos y
diferencias fijadas.
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Softwares
zPopgene:
Es un software para el Análisis de
Genética de Poblaciones
z Es ejecutable en entorno Windows 3.11/95 and NT.
z La Version 1.32 está diseñada especificamente para el
analisis de marcadores codominantes y dominantes,
usando datos haploides y diploides.
z Este programa computa tanto estadística genética
comprensible (frecuencia alélica, diversidad genética,
distancia genética, etc) así las más complejas (flujo
génico, test de neutralidad, desequilibrio de ligamiento,
etc.).
Softwares
zPopgene efectúa el test de neutralidad
Ewens-Watterson, empleando el algoritmo
de Manly (1985).
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Ewens-Watterson
z La homozigosidad esperada, dado el número observado de
alelos es comparado con la homozigosidad observada.
z Se puede calcular la homozigosidad de una muestra
zY luego compararlo con el F derivado de la formula
de muestreo de Ewens para luego analizar si son
semejantes o no.
“Las variaciones que no son útiles ni perjudiciales no serían
afectadas por la Selección Natural, y quedarían abandonadas ya
a un elemento fluctuante, como vemos quizá en ciertas especies
polimorfas o bien llegándose a fijar finalmente, a causa de la
naturaleza del organismo y de la naturaleza de las condiciones
del medio ambiente.”
C. Darwin. El Origen de las Especies Capítulo IV
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“Pero si alguna vez ocurren variaciones útiles a cualquier ser orgánico, los
individuos así caracterizados tendrán seguramente las mejores
probabilidades de conservarse en la lucha por la vida, y, por el poderoso
principio de la herencia, éstos tenderán a producir descendiencia con
caracteres semejantes. A este principio de conservación o superv ivencia de
los más aptos, lo he llamado Selección Natural.”
C. Darwin. El Origen de las Especies Capítulo IV
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