11 genética de pblacionesl

Fuerzas Moldeadoras Fuerzas Moldeadoras De La DiversidadDe La Diversidad

Genética de PoblacionesGenética de Poblaciones

Genética De Genética De PoblacionesPoblaciones

Equilibrio De Hardy-WeinbergEquilibrio De Hardy-Weinberg

Genética de poblacionesGenética de poblaciones Ecología genética.Ecología genética. Estudia la estructura de las Estudia la estructura de las

poblaciones y el poblaciones y el comportamiento de los comportamiento de los genes en éstas.genes en éstas.

Considera que la evolución Considera que la evolución orgánica es resultado de los orgánica es resultado de los cambios en la composición cambios en la composición genética de las genética de las poblaciones.poblaciones.

Pretende esclarecer los Pretende esclarecer los mecanismos de la mecanismos de la evolución.evolución.

Sir Ronald A. Fisher

(1890-1962)

Sewall Wright

(1889-1988)

John B. S. Haldane

(1892-1964)

Genética de poblacionesGenética de poblaciones

Según Dobzhansky, la Según Dobzhansky, la problemática de la genética problemática de la genética de poblaciones es describir de poblaciones es describir y explicar la variación y explicar la variación dentro y entre poblaciones, dentro y entre poblaciones, pues ppues para entenderla ara entenderla debemos analizar éstas debemos analizar éstas más que individuos. más que individuos.

Th. Dobzhansky (1900-1975)

La evolución es un proceso La evolución es un proceso genéticogenético

Parte del supuesto de Parte del supuesto de que la que la microevoluciónmicroevolución contienen los elementos contienen los elementos necesarios para explicar necesarios para explicar toda la evolución.toda la evolución.

La La macroevoluciónmacroevolución no no sería más que la sería más que la extrapolación en el extrapolación en el espacio y en el tiempo de espacio y en el tiempo de los procesos básicos. los procesos básicos.

PoblacionesPoblaciones Los efectos de la evolución actúan sobre los individuos, Los efectos de la evolución actúan sobre los individuos,

pero son las poblaciones las que reflejan dichos pero son las poblaciones las que reflejan dichos cambios. cambios.

Población mendeliana Dobzhansky (1950). Población mendeliana Dobzhansky (1950). La población es el sustrato básico donde se forja la La población es el sustrato básico donde se forja la

evolución, el que un individuo deje más descendientes evolución, el que un individuo deje más descendientes implica que sus genes estarán más representados en la implica que sus genes estarán más representados en la siguiente generación, por lo que las frecuencias de los siguiente generación, por lo que las frecuencias de los genes cambiarán de una generación a otra. genes cambiarán de una generación a otra.

Desde el punto de vista de la población, la evolución es Desde el punto de vista de la población, la evolución es el cambio acumulativo e irreversible en las proporciones el cambio acumulativo e irreversible en las proporciones de las diferentes variantes de los genes.de las diferentes variantes de los genes.

Individuo Vs. PoblaciónIndividuo Vs. Población

Característica Característica IndividuoIndividuo PoblaciónPoblación

Tiempo de vidaTiempo de vida Una generaciónUna generación Muchas generacionesMuchas generaciones

Continuidad Continuidad espacialespacial

LimitadaLimitada GrandeGrande

Características Características genéticasgenéticas

GenotipoGenotipo Acervo de genes con Acervo de genes con frecuencias génicas frecuencias génicas

características.características.

Variabilidad Variabilidad genéticagenética

NingunaNinguna ConsiderableConsiderable

Características Características evolutivasevolutivas

No cambiaNo cambia Puede evolucionar. Cambios en Puede evolucionar. Cambios en

las frecuencias de los geneslas frecuencias de los genes

Patrimonios genéticosPatrimonios genéticos

Acervo alélico o génicoAcervo alélico o génico: conjunto de alelos presente en : conjunto de alelos presente en cada loci, puede considerarse como la acumulación de cada loci, puede considerarse como la acumulación de gametos a partir de la cual se extraen muestras al azar gametos a partir de la cual se extraen muestras al azar para formar los cigotos de la generación siguiente. para formar los cigotos de la generación siguiente.

Acervo genotípicoAcervo genotípico: grupo de parejas de alelos -una por : grupo de parejas de alelos -una por locus- observado en la población. locus- observado en la población.

En términos de los elementos observables directamente, En términos de los elementos observables directamente, la descripción de una población es fenotípica. la descripción de una población es fenotípica. Idealmente, a partir de ésta se obtiene primero la Idealmente, a partir de ésta se obtiene primero la clasificación fenotípica y posteriormente la estructura de clasificación fenotípica y posteriormente la estructura de los dos acervos. los dos acervos.

Frecuencias fenotípicasFrecuencias fenotípicas: representan la : representan la proporción de individuos -de cada proporción de individuos -de cada fenotipo- presentes en la población.fenotipo- presentes en la población.

Frecuencias genotípicas:Frecuencias genotípicas: proporciones de proporciones de individuos de cada genotipo que se hallan individuos de cada genotipo que se hallan en la población.en la población.

Frecuencias alélicasFrecuencias alélicas o génicaso génicas representan el porcentaje de cada alelo en representan el porcentaje de cada alelo en la población.la población.

Frecuencias génicasFrecuencias génicas

¿En una población mendeliana se ¿En una población mendeliana se esperaría una frecuencia de 3:1, para esperaría una frecuencia de 3:1, para los alelos dominantes y recesivos?los alelos dominantes y recesivos?

Frecuencias genotípicasFrecuencias genotípicas

Las Las frecuencias genotípicasfrecuencias genotípicas se calcula a partir de las se calcula a partir de las frecuencias fenotípicasfrecuencias fenotípicas, sobre todo cuando se trata de , sobre todo cuando se trata de alelos semidominantes o codominantes.alelos semidominantes o codominantes.

Fenotipo Genotipo # de individuos Frecuencias genotípicas y fenotípicas

M LMLM 1787 1787/6129 = 0.29

MN LMLN 3039 3039/6129 = 0.50

N LNLN 1303 1303/6129 = 0.21

Total 6129


Cada individuo presenta dos alelos que determinan cada Cada individuo presenta dos alelos que determinan cada uno de los genotipos, por lo tanto la población de N = uno de los genotipos, por lo tanto la población de N = 6,129 individuos tendrán 2N alelos (6129 X 2 = 12,258) 6,129 individuos tendrán 2N alelos (6129 X 2 = 12,258) para estos grupos sanguíneospara estos grupos sanguíneos

Para determinar las Para determinar las frecuencias génicas o alélicasfrecuencias génicas o alélicas simplemente se cuenta el número de cada uno de ellos simplemente se cuenta el número de cada uno de ellos y se divide por el total de alelosy se divide por el total de alelos

La frecuencia alélica de LLa frecuencia alélica de LMM será: será:

ff(L(LMM) = [(2 x 1787) + 3039]/12,258 = 0.5395 ) = [(2 x 1787) + 3039]/12,258 = 0.5395 ~ 0.54~ 0.54 La del alelo LLa del alelo LNN será: será:

ff(L(LNN) = [(2 x 1303) + 3039]/12,258 = 0.4605 ) = [(2 x 1303) + 3039]/12,258 = 0.4605 ~ 0.46~ 0.46


Por convención, a la frecuencia de Por convención, a la frecuencia de uno de los alelos se le designa uno de los alelos se le designa pp y a y a la otra la otra qq

Para los datos representados Para los datos representados tendríamos tendríamos p p = 0.54 y = 0.54 y qq = 0.46 = 0.46

Como sólo existen dos alelos Como sólo existen dos alelos diferentes en la población, entonces: diferentes en la población, entonces:

p + q = 1p + q = 1

Frecuencias genotípicasFrecuencias genotípicas Otra forma de calcular las Otra forma de calcular las frecuencias alélicasfrecuencias alélicas

consiste en utilizar las consiste en utilizar las frecuencias frecuencias genotípicasgenotípicas, que en nuestro ejemplo son: , que en nuestro ejemplo son:

f(Lf(LMMLLMM) =) = 1787/6129 = 0.29 = 1787/6129 = 0.29 = xx

f(f(LLMMLLNN) =) = 3039/6129 = 0.50 = 3039/6129 = 0.50 = yy

f(Lf(LNNLLNN) =) = 1303/6129 = 0.21 = 1303/6129 = 0.21 = ZZ


Se puede deducir una expresión para calcular Se puede deducir una expresión para calcular pp y y qq basada en las frecuencias genotípicas ( basada en las frecuencias genotípicas (xx, , yy y y z)z), tal como sigue:, tal como sigue:

pp = = f(Lf(LMM) = x + ½ y = 0.29 + ½ (0.5) = 0.29 + 0.25 = ) = x + ½ y = 0.29 + ½ (0.5) = 0.29 + 0.25 = 0.540.54 qq = = f(Lf(LNN) = z + ½ y = 0.21 + ½ (0.5) = 0.21 + 0.25 = ) = z + ½ y = 0.21 + ½ (0.5) = 0.21 + 0.25 = 0.460.46

O bienO bien

Si p + q = 1, Si p + q = 1, entonces q = 1-p = 1- 0.54 = 0.46entonces q = 1-p = 1- 0.54 = 0.46

Equilibrio de Hardy-Weinberg Equilibrio de Hardy-Weinberg (1908)(1908)

Godfrey Harold Hardy

(1877-1947)

Wilhelm Weinberg

(1862-1937)

• Se fundamenta en un Se fundamenta en un principio matemático principio matemático demostrado en 1908.demostrado en 1908.

• Se refiere a las frecuencias Se refiere a las frecuencias de genes y genotipos en las de genes y genotipos en las poblaciones mendelianas.poblaciones mendelianas.

• Propone que bajo Propone que bajo condiciones poblacionales condiciones poblacionales ideales las frecuencias de ideales las frecuencias de los genes permanecen los genes permanecen constantes generación tras constantes generación tras generación.generación.

Hardy-WeinbergHardy-Weinberg

Debe ser una población panmíctica, con Debe ser una población panmíctica, con reproducción sexual.reproducción sexual.

La población debe ser lo suficientemente grande La población debe ser lo suficientemente grande como para que todos los cambios que se como para que todos los cambios que se produzcan en ella sigan las leyes de la estadística.produzcan en ella sigan las leyes de la estadística.

Debe ser una población cerrada, sin inmigración ni Debe ser una población cerrada, sin inmigración ni emigración.emigración.

No debe haber mutaciones.No debe haber mutaciones. Los individuos deben tener las mismas Los individuos deben tener las mismas

probabilidades de dejar descendencia, probabilidades de dejar descendencia, independientemente de sus genotipos.independientemente de sus genotipos.

Equilibrio de Hardy WeinbergEquilibrio de Hardy Weinberg

““En una población panmíctica, En una población panmíctica, suficientemente grande y no sometida a suficientemente grande y no sometida a migración, mutación o selección, las migración, mutación o selección, las frecuencias génicas y genotípicas se frecuencias génicas y genotípicas se mantienen constantes de generación en mantienen constantes de generación en generacióngeneración””

Equilibrio de Hardy-WeinbergEquilibrio de Hardy-Weinberg

pp2 2 = = 0.160.16

pq = 0.24pq = 0.24

pq = pq = 0.240.24 qq22 = 0.36 = 0.36

q = 0.6

p = 0.4

p = 0.4

A = p = 0.4A = p = 0.4

a = q = 0.6a = q = 0.6

q = 0.6

En ausencia de los procesos evolutivos, la frecuencia de los genes se mantendrá constante generación tras generación

(p + q)(p + q)2 2 = p = p 2 2 + 2pq + q+ 2pq + q22

Apareamiento al azarApareamiento al azar Significa que la Significa que la

probabilidad de que dos probabilidad de que dos genotipos se apareen es genotipos se apareen es igual al producto de las igual al producto de las frecuencias frecuencias (probabilidades) de (probabilidades) de dichos genotipos en la dichos genotipos en la población. población.

Éste es un supuesto Éste es un supuesto razonable pero en la razonable pero en la realidad no existe, ya que realidad no existe, ya que en la mayoría de los en la mayoría de los casos hay algún tipo de casos hay algún tipo de selección de pareja. selección de pareja.

Población infinitamente grandePoblación infinitamente grande

Cuanto más grande sea Cuanto más grande sea la muestra, mayor será la muestra, mayor será la probabilidad de que la probabilidad de que las frecuencias alélicas las frecuencias alélicas de la descendencia de la descendencia representen fielmente representen fielmente las de la generación las de la generación anterior. anterior.

Si la población es Si la población es pequeña, las pequeña, las frecuencias génicas frecuencias génicas pueden cambiar por pueden cambiar por errores de muestreo.errores de muestreo.

Población cerrada, ausente de Población cerrada, ausente de mutacionesmutaciones

Las frecuencias Las frecuencias alélicas pueden alélicas pueden modificarse por la modificarse por la entrada o salida de entrada o salida de genes a la genes a la población por población por mutación o mutación o migración migración (emigración e (emigración e inmigración.inmigración.

Ausencia de selecciónAusencia de selección

Ningún individuo Ningún individuo debe tener ventaja debe tener ventaja reproductiva sobre reproductiva sobre otro debido a su otro debido a su genotipo. genotipo.

Esto incluye a la Esto incluye a la selección artificial. selección artificial.

¿Y eso existe?¿Y eso existe? Una población de este Una población de este

tipo no existe en la tipo no existe en la naturaleza, pero sirve de naturaleza, pero sirve de punto de partida para el punto de partida para el estudio de otras leyesestudio de otras leyes: :

Los organismos están Los organismos están sujetos a mutación, sujetos a mutación, selección u otros selección u otros procesos que cambian procesos que cambian las frecuencias génicas y las frecuencias génicas y que pueden ser medidos que pueden ser medidos a partir de sus a partir de sus desviaciones de la ley desviaciones de la ley de equilibrio. de equilibrio.

Ley de Hardy WeinbergLey de Hardy Weinberg En condiciones ideales las frecuencias génicas de En condiciones ideales las frecuencias génicas de

una generación en particular dependerán de las de una generación en particular dependerán de las de la generación anterior. la generación anterior.

Las frecuencias génicas para locus autosómicos se Las frecuencias génicas para locus autosómicos se mantendrán en equilibrio de una generación a la mantendrán en equilibrio de una generación a la otra .otra .

Las frecuencias genotípicas que se producen en la Las frecuencias genotípicas que se producen en la población por apareamiento al azar, están población por apareamiento al azar, están determinadas únicamente y de manera predecible determinadas únicamente y de manera predecible por las frecuencias génicas.por las frecuencias génicas.

Si se perturba la población, el equilibrio se Si se perturba la población, el equilibrio se restablecerá en una generación de apareamiento al restablecerá en una generación de apareamiento al azar con las nuevas frecuencias alélicas, siempre y azar con las nuevas frecuencias alélicas, siempre y cuando todos los demás requisitos se mantengan.cuando todos los demás requisitos se mantengan.

Es importante porque...Es importante porque... Demuestra cómo el modelo mendeliano de Demuestra cómo el modelo mendeliano de

herencia permite la conservación de la herencia permite la conservación de la variabilidad surgida por mutación.variabilidad surgida por mutación.

Podemos predecir las frecuencias génicas de las Podemos predecir las frecuencias génicas de las generaciones futuras, siempre y cuando no generaciones futuras, siempre y cuando no intervengan fuerzas externas que las cambien y intervengan fuerzas externas que las cambien y los apareamientos se realicen al azar.los apareamientos se realicen al azar.

Constituye la hipótesis nula de la genética de Constituye la hipótesis nula de la genética de poblaciones, es decir que al analizar una poblaciones, es decir que al analizar una población sólo deberemos buscar explicaciones población sólo deberemos buscar explicaciones complejas cuando observemos diferencias complejas cuando observemos diferencias significativas entre las frecuencias observadas y significativas entre las frecuencias observadas y las propuestas por dicho equilibrio.las propuestas por dicho equilibrio.

Polimorfismos morfológicosPolimorfismos morfológicos

Siempre se han Siempre se han utilizado para medir la utilizado para medir la diversidad, diversidad, simplemente se toman simplemente se toman en cuenta las en cuenta las diferencias fenotípicas diferencias fenotípicas fácilmente observables fácilmente observables de una población, como de una población, como el color en la palomilla el color en la palomilla Biston betularia Biston betularia o en el o en el caracol caracol Liguus Liguus fascitus .fascitus .

Polimorfismos proteínicosPolimorfismos proteínicos Polimorfismos inmunológicos: Polimorfismos inmunológicos: En En

vertebrados, una gran cantidad de vertebrados, una gran cantidad de lociloci codifica para proteínas que pueden ser codifica para proteínas que pueden ser detectadas con técnicas inmunológicas. detectadas con técnicas inmunológicas. Grupos sanguíneos ABO o del sistema Grupos sanguíneos ABO o del sistema de antígenos celulares HLA.de antígenos celulares HLA.

Polimorfismos en las secuencias de Polimorfismos en las secuencias de aminoácidosaminoácidos: Se comparan las : Se comparan las secuencias de aminoácidos de una secuencias de aminoácidos de una proteína en varios individuos de una proteína en varios individuos de una población, por electroforesis en gel, la población, por electroforesis en gel, la ventaja de éste es que revela ventaja de éste es que revela fácilmente a los individuos fácilmente a los individuos heterocigotos. heterocigotos.

Polimorfismos de la estructura Polimorfismos de la estructura del genomadel genoma

Polimorfismos cromosómicosPolimorfismos cromosómicos El cariotipo es característico El cariotipo es característico

de cada especie sin embargo, de cada especie sin embargo, se han encontrado se han encontrado polimorfismos en el número polimorfismos en el número (aneuploidías) y en la forma (aneuploidías) y en la forma de los cromosomas de los cromosomas (inversiones y (inversiones y translocaciones) en especies translocaciones) en especies de vegetales, insectos y en de vegetales, insectos y en algunos mamíferos.algunos mamíferos.

Polimorfismos de la secuencia Polimorfismos de la secuencia del genomadel genoma

Polimorfismos en la Polimorfismos en la longitud de fragmentos de longitud de fragmentos de restricción (RFLP por restricción (RFLP por RRestriction estriction FFragment ragment LLength ength (huella génica). (huella génica). Con esta metodología Con esta metodología pueden contrastarse pueden contrastarse variantes alélicas de variantes alélicas de genes no-codificantes que, genes no-codificantes que, al no ser expuestos a la al no ser expuestos a la selección natural, selección natural, muestran mayor grado de muestran mayor grado de variación. variación.


Polimorfismo en el número Polimorfismo en el número de secuencias de ADN de secuencias de ADN repetidas en tandem repetidas en tandem (VNTRs por (VNTRs por VVariable ariable NNumber umber TTandem andem RRepeats).epeats).

Si se utilizan enzimas de Si se utilizan enzimas de restricción que reconozcan restricción que reconozcan las secuencias de las secuencias de nucleótidos que flanquean nucleótidos que flanquean los VNTR, el tamaño de los los VNTR, el tamaño de los fragmentos generados fragmentos generados indicará el númeroindicará el número de de repetidos de dicha repetidos de dicha secuencia.secuencia.


Polimorfismos donde cambia una sola base o nucleótido Polimorfismos donde cambia una sola base o nucleótido (SNPs por (SNPs por SSingle-ingle-NNucleotide ucleotide PPolymorphisms):olymorphisms):. .

Puede realizarse en genes codificantes, regiones Puede realizarse en genes codificantes, regiones reguladoras de o en los intrones de diferentes miembros reguladoras de o en los intrones de diferentes miembros de una población o entre especies diferentes. de una población o entre especies diferentes.

Se requiere clonar y secuenciar el gen de interés de cada Se requiere clonar y secuenciar el gen de interés de cada individuo o especie, para después realizar la individuo o especie, para después realizar la comparación entre las secuencias.comparación entre las secuencias.

Aplicaciones de H-WAplicaciones de H-W

Calcular frecuencias génicas y Calcular frecuencias génicas y genotípicasgenotípicas

Tomemos el ejemplo de la enfermedad Tomemos el ejemplo de la enfermedad metabólica hereditaria denominada metabólica hereditaria denominada fenilcetonuriafenilcetonuria. .

Los niños con fenilcetonuria no pueden Los niños con fenilcetonuria no pueden metabolizar la fenilalanina; como resultado, metabolizar la fenilalanina; como resultado, ésta se acumula en el torrente sanguíneo ésta se acumula en el torrente sanguíneo causando daño cerebral con retraso mental causando daño cerebral con retraso mental y la muerte a una temprana edad. y la muerte a una temprana edad.

En México, uno de cada 10,000 recién En México, uno de cada 10,000 recién nacidos la padecen: Su incidencia es del nacidos la padecen: Su incidencia es del 1X101X10-4-4 (o del 0.01%). (o del 0.01%).

La enfermedad es provocada por un gen La enfermedad es provocada por un gen recesivo en condición homocigota recesivo en condición homocigota aaaa. .

Si realizamos un cruzamiento de dos Si realizamos un cruzamiento de dos portadores portadores AaAa, los genotipos obtenidos en , los genotipos obtenidos en la siguiente generación serán los la siguiente generación serán los siguientes: siguientes:

A (p) a (q)

A (p) AA (p2) Aa (pq)

a (q) Aa (pq) aa (q2)

Donde Donde pp es la probabilidad de que se es la probabilidad de que se presente el alelo dominante presente el alelo dominante AA y y qq la la del recesivo del recesivo aa

Como sólo existen dos posibilidades, Como sólo existen dos posibilidades, entonces entonces p+q=1p+q=1

Las frecuencias de los genotipos Las frecuencias de los genotipos AA, AA, AaAa y y aaaa aparecen en una relación aparecen en una relación pp22:2pq:q:2pq:q22 respectivamente. respectivamente.

pp22+2pq+q+2pq+q22 = (p+q) = (p+q)2 2 =1=1

La frecuencia de enfermos de fenilcetonuria La frecuencia de enfermos de fenilcetonuria eses 0.00010.0001

Este valor corresponde a Este valor corresponde a qq22

La frecuencia La frecuencia qq del gen del gen aa será entonces la raíz será entonces la raíz cuadrada de 0.0001, es decir, cuadrada de 0.0001, es decir, qq=0.01=0.01

La enfermedad tiene una incidencia de 1 cada La enfermedad tiene una incidencia de 1 cada 10,000 individuos, pero la frecuencia del gen 10,000 individuos, pero la frecuencia del gen es 100 veces mayor, 1 cada 100es 100 veces mayor, 1 cada 100

ComoComo p+q=1p+q=1 entoncesentonces p=1-pp=1-p, , por lo tantopor lo tanto pp==1-0.01=0.991-0.01=0.99

La probabilidad de ser portador o heterocigoto La probabilidad de ser portador o heterocigoto AaAa es de es de 2pq=2(0.99)(0.01)=0.02. 2pq=2(0.99)(0.01)=0.02.

Esto es, 2% de todos los individuos de la Esto es, 2% de todos los individuos de la población mexicana portan este gen: ¡Uno de población mexicana portan este gen: ¡Uno de cada cincuenta!cada cincuenta!

Estudios antropológicosEstudios antropológicos

SeSe acostumbra determinar si un acostumbra determinar si un polimorfismo está en equilibrio de Hardy-polimorfismo está en equilibrio de Hardy-WeinbergWeinberg..

SiSi se cuenta con una sola muestra de una se cuenta con una sola muestra de una población que representa a una población que representa a una generación. generación.

Se puede determinar si los tres genotipos Se puede determinar si los tres genotipos (AA, Aa y aa) se encuentran en frecuencias (AA, Aa y aa) se encuentran en frecuencias pp22, 2pq y q, 2pq y q22 respectivamente. respectivamente.

11 genética de pblacionesl

Health & Medicine