Diapositiva 1

Estructura y
Diversidad genética
de poblaciones
Mercedes Rivas
ESTRUCTURA DE LA DIVERSIDAD GENÉTICA
EN PLANTAS:
Forma en que se organiza la diversidad genética en los individuos,
dentro y entre poblaciones
Plantas: Homocigotas - Heterocigotas
Dentro de poblaciones = Intrapoblaciones:
Homogeneidad - Heterogeneidad (criterio: número de genotipos)
Entre poblaciones = Interpoblaciones. Diferencias alélicas y en
frecuencias génicas y genotípicas
Entre especies y entre géneros: Mayores diferencias
(cromosómicas, ploidías, génicas)
SISTEMAS DE REPRODUCCIÓN Y ESTRUCTURA
GENÉTICA DE LAS POBLACIONES DE PLANTAS
La estructuración de la diversidad genética entre y
dentro de las poblaciones se relaciona en gran medida,
con el Sistema de Reproducción de la especie.
Reproducción sexual: Autógamas y Alógamas
Reproducción asexual: Apomícticas y Reproducción
vegetativa
LA ESTRUCTURA GENÉTICA DE LAS POBLACIONES DE
UNA ESPECIE AFECTA:
Variación genética
Métodos para crear variación
Métodos de selección
Tipo de cultivar
Multiplicación de semillas
ALÓGAMAS:
Mecanismo prevalente de reproducción de las plantas
Maíz, girasol, trébol blanco, trébol rojo, lotus, raigrás,
festuca, pino, eucalyptus, zanahoria, cebolla, zapallo,
manzano, peral, etc.
Incluye especies con fecundación cruzada obligada a
especies que admiten la autofecundación.
Presentan mayores posibilidades de adaptación en el
largo plazo.
Factores que favorecen la fecundación cruzada:
Morfológicos:
Monoecia
Flor
masculina
de zapallo
Dioecia: Salix, Palma datilera, Baccharis,
espárrago, papaya, etc.
Flor femenina de zapallo
Inflorescencias
Masculina y
femenina del
ombú
• Fisiológicos: protandria y protoginia
protoginia
protandria
Butia capitata –
floración masculina
(protandria)
Inflorescencia masculina
de maíz (protandria)
Mecanismo genético que favorece la
fecundación cruzada:
Incompatibilidad genética: La
autofecundación y la fecundación entre
parientes se encuentra impedida por la
presencia de genes de incompatibilidad
genética. Ocurre una reacción de
incompatibilidad entre el polen y el pistilo
cuando se comparten los mismos alelos de
incompatibilidad. Difundida en leguminosas,
gramíneas, crucíferas, solanáceas
Incompatibilidad gametofítica para un locus
Familias: leguminosas,
solanáceas, rosáceas,
liliáceas
Incompatibilidad gametofítica para dos loci
2 loci multialélicos: S y Z
S1S2Z1Z2 X S1S2Z1Z3
madre
padre
S1Z1 S1Z3 S2Z1 S2Z3
S1S2Z1Z2
NO
Familias: Gramíneas
SI
NO
SI
Incompatibilidad esporofítica
1 locus multialélico
S1S3 X S1S2
Dominancia
S1>S2
0% descendencia
S2>S1 100% descendencia
Todo el polen de una planta tiene la misma reacción de
incompatibilidad
Familias: compuestas, crucíferas, convolvuláceas
Anemofilia
Nube de polen en pinos
Zoofilia
Melitofilia
Quiropterofilia
Lepidopterofiia
Ornitofilia
Cantarofilia
(coleópteros)
Plantas heterocigotas para
la mayoría de los loci
Población heterogénea
EQUILIBRIO HARDY – WEINBERG: Población grande en
panmixia, en ausencia de selección, migración, mutaciones: se
mantienen las frecuencias génicas de generación en
generación.
Ejemplo – individuos (genotipos) en una población de una
alógama:
Para los loci A, B y C con 2 alelos respectivamente:
27 genotipos posibles (3n)
Para los loci A, B y C con 3, 2 y 4 alelos
respectivamente:
180 genotipos diferentes.
También hay loci monomórficos (1 único alelo presente en la población).
Expandiendo la idea a miles de loci: las plantas son
heterocigotas para un número Importante de loci y cada
Individuo presenta un genotipo único.
Ejemplo de diferencias genéticas entre Poblaciones de
una alógama:
Locus A en población 1:
p: 0.48
q: 0.34
r: 0.18
Locus A en población 2:
p: 0.24
q: 0.63
r: 0.13
Población 3: tiene otros alelos para el locus A
En el equilibro H-W:
• P = p2
H = 2pq
Q = q2 (2 alelos)
• P = p2 Q = q 2 R = r 2
H = 2pq + 2pr + 2qr
(3 alelos)
CAUSAS DE ALEJAMIENTO DEL EQUILIBRIO H-W:
Tamaño pequeño de población
Apareamientos que no ocurren al azar
Migración
Selección
Mutaciones
AUTÓGAMAS
Plantas que básicamente se autofecundan
Flores hermafroditas cleistógamas o en las que ocurre la
polinización antes que la flor se abra (ausencia de mecanismos
que impidan autofec).
Arroz, trigo, cebada, soja, avena, poroto, arveja, lechuga,
tomate, lentejas, garbanzos, etc.
Este tipo de reproducción se da en cultivos anuales y
“malezas” básicamente. Asegura reproducción y colonización
de genotipos exitosos en el corto plazo.
Menor flexibilidad o adaptación en el largo plazo.
Homocigota AA que se autofecunda: descendencia
AA
Heterocigota Aa (F1) que se autofecunda:
F2:
50% Aa
25% AA
25% aa
F3:
.
.
F7:
25% Aa
37.5% AA
37.5% aa
0.78% Aa
49.6% AA
49.6% aa
En cada generación de autofecundación se reducen a la
mitad los heterocigotas, quedando sólo individuos
homocigotas.
LÍNEA PURA: PROGENIE DE UN INDIVIDUO
HOMOCIGOTA QUE SE AUTOFECUNDA. GENOTIPO
ÚNICO HOMOCIGOTA.
En una población natural y en las variedades locales o
criollas pueden coexistir varias líneas puras
La mayoría de los cultivares de autógamas están
constituidos por una única línea pura.
Las diferencias entre poblaciones estarán dadas
por poseer diferentes líneas puras o por presentar
diferentes frecuencias genotípicas de las mismas.
Ejemplos:
Cultivar de autógamas: Una Línea pura: A1A1B1B1
100% de los individuos son genéticamente iguales
Variedad criolla o población de una autógama: Ej: 3 líneas
puras:
30% de los individuos son de la LP A1A1B2B2
50% de los individuos son de la LP A1A1B5B5
20% de los individuos son de la LP A3A3B3B3
APOMIXIS:
Reproducción mediante semillas de origen asexual
Apomixis gametofítica (Aposporia y Diplosporia):
Esporofito (2n)
Gametofito (saco embrionario 2n)
Esporofito (2n)
Pseudogamia:
Se requiere de la
polinización para la
formación de
endosperma o para
que se forme el
embrión apomíctico
Principales familias: Poaceae (Paspalum, Axonopus, Setaria, Calamagrostis,
Poa, Pennisetum, Schizachyrium, Eragrostis, Andropogon, Botriochloa),
Asteraceae, Rosaceae
Embrionía adventicia:
Esporofito (2n)
Esporofito (2n)
Normalmente asociada a poliembrionía (Ej: Citrus)
La descendencia de una planta apomíctica
obligada es idéntica a la planta madre.
CLON APOMÍCTICO: HOMOGÉNEO
En una población pueden existir varios clones
PLANTAS HETEROCIGOTAS PARA LA MAYORÍA DE LOS LOCI
Apomixis facultativa: conviven en una
misma planta la capacidad de reproducirse
por apomixis y mediante reproducción
sexual.
Existencia de plantas que sólo presentan
reproducción sexual (en muy baja
proporción, son raras).
REPRODUCCIÓN VEGETATIVA:
Tubérculos, rizomas, estolones, bulbos (naturales)
Estacas, injertos, acodos (artificiales). Cultivo in vitro.
Esporofito
Esporofito
Mecanismo natural:
Convive con reproducción sexual
Bulbos (Ej.: Tulipán)
Estolones (Ej: Trébol blanco, Stenotaphrum secundatum)
Cormos (Ej.: Gladiolo)
Raíces tuberosas (Ej.: Dalia, Boniato)
Rizomas (Ej.: Cala, Paspalum notatum, Typha)
Tallos (Ej: papa)
Especies que:
Producen órganos vegetativos (papa, boniato, caña
de azúcar, ajo)
Dificultad:
Floraciones reducidas- Problemas de esterilidad
Producen frutos (frutales de hoja caduca, frutilla).
Floraciones normales
PERPETUACIÓN DEL MISMO GENOTIPO: CLON
POBLACIÓN NATURAL: UNO O VARIOS CLONES
PLANTAS HETEROCIGOTAS
CLON
CUADRO RESUMEN
Autógamas
Alógamas
Apomícticas
Reproduc
-ción
vegetativa
Reproducción
por:
Semillas
Semillas
Semillas
Órganos
vegetativos
Individuos
Homocigotas
Heterocigotas
Heterocigotas Heterocigo
tas
Descendencia
de 1 individuo
Homogénea
LP
Heterogénea
Homogénea
Clon
Homogénea
Clon
Poblaciones
1 o varias LP
Heterogénea
1 o varios
clones
1 o varios
clones
Depresión por
Consanguinidad
NO
SI
SI
SI
ESTIMACIÓN DE LA DIVERSIDAD GENÉTICA:
Para características morfológicas, fenológicas y productivas (fenotipos):
CARACTERES CUANTITATIVOS: estadística descriptiva, análisis
de varianza y análisis multivariados.
CARACTERES CUALITATIVOS: estadística descriptiva, pruebas
de diferencias en frecuencias, análisis multivariados.
Ejemplo: histograma de
frecuencias absolutas para 5
colores de fruto.
Índices para estimar diversidad genética (típicamente
con marcadores moleculares):
% de loci polimórficos: P (desde 0 en una LP a
valores máximos del orden de 50%).
Monomórfico: una sola variante de un gen (un único alelo presente)
Polimórfico: más de una variante de un gen
Promedio n°de alelos/locus: A (valor mínimo 1 en
una LP por ejemplo).
Indice de diversidad genética: H e =2pq
(heterocigosis esperada)
Para 2 alelos, Valor máximo cuando p y q = 0.5 (mayor
varianza)
H e = 0.5 tanto en una población de una alógama
cuando p y q = 0.5; como en una población mezcla
de dos LP con p y q = 0.5
Se promedia a través de los loci estudiados
Bibliografía mínima:
• Capítulo 2 (Poehlman y Sleper)
• Capítulo 13 (Poehlman y Sleper)