Grandes contribuciones a la rama

de gentica de poblaciones:

Modelo de Wright-Fisher

Teora Neutral

Modelo de Wright-Fisher

Modelo que describe la evolucin de las frecuencias allicas.

Se quiere ver el efecto de la deriva, incorporando un tamao poblacional FINITO.

Asumimos que:

1. La poblacin es finita y constante

2. Apareamiento aleatorio panmixia

3. Un solo locus

4. No hay recombinacin

5. Todos los individuos tienen el mismo fitness

6. Slo una pequea muestra de gametos se

obtienen al azar del pool gnico

7. Las generaciones no se superponen.

Una muestra chica las frecuencias allicas en la muestra pueden diferir mucho del pool gnico

inicial.

El modelo de Wright-Fisher

Generacin 1

Poblacin de N individuos diploides y 2N

alelos.

Asumamos que cada una de estos alelos es

nico.

La Pr de que uno de estos alelos se fije?

Generacin 2

Generacin 3

Generacin 4

Deriva Gnica

El cambio al azar de frecuencias allicas de una generacin a otra.

Un punto sutil, pero importante:

- Se dice que la DG depende del tamao de la poblacin.

- La DG en realidad depende de cuntos individuos son muestreados para ser parte de la prxima generacin (error de muestreo), no del tamao poblacin per se.

En equilibrio?

Error de muestreo

Deriva Gnica

Cuando las poblaciones son finitas, las frecuencias

allicas fluctan por azar, debido al error de

muestreo

La DG y el tamao poblacional

Poblaciones muy grandes Efectos pequeos

Poblaciones pequeas Efectos grandes

Dado el tiempo suficiente (muchas generaciones), qu pasa con las

frecuencias allicas?

El efecto de N?

Qu esperaran en presencia de la SN?

6.15A

6.15B

6.15C

Fijacin/prdida

de alelos y

disminucin de la

heterocigosidad

Peter Buri (1956)

107 poblaciones de 16 moscas

8 de cada sexo

Todas eran heterocigotas para el color de ojos bw75/bw

Aprox. Frec. Allica 0.5 en todas las poblaciones.

19 generaciones de apareamiento al azar (manteniedo siempre 16 individuos)

Al final 30:28 (proporcin de prdidas:fijaciones).

Resultado?

Puntos importantes:

1) Cada poblacin sigue un nico camino evolutivo bajo la DG.

2) La DG es ms rpida y tiene mayores efectos en poblaciones

chicas.

3) Dado suficiente tiempo, la DG puede producir cambios

substanciales en la frecuencia de alelos, incluso en poblaciones

grandes.

La DG puede ocasionar que la frecuencia allica vaya de 1 a 0 (que se fije o que se pierda!)

Aplicando el concepto

La DG ha sido una fuerza evolutiva importante en la variabilidad humana?

Consideren nuestro pasado como cazadores-recolectores:

Tamao del grupo

Tiempo (nmero de generaciones)

Efecto Fundador y Cuello de

Botella

Efecto fundador cuando la poblacin es fundada por un grupo reducido de individuos

(sus frecuencias allicas tienen a diferir de la

poblacin original).

Efecto cuello de botella el pool gentico se ve reducido por una catstrofe y una reduccin drstica del tamao de la poblacin.

Efecto de Cuello de Botella

SIMULACIONES EN COMPUTADORA

10 POBLACIONES DE 1000 INDIVIDUOS

NOTESE EL CAMBIO

DRASTICO EN LA FREC. ALELICA!

EFECTO DEL CUELLO DE BOTELLA

Northern elephant seals at San Simeon, California. The northern elephant

seal (which breeds on California and Baja California) was hunted almost to

extinction in the 19th century. Only about 10-20 individuals survived. Now

there are more than 100,000 individuals.

MEDIDA DE VARIABILIDAD

Ejemplo de cuello de botella en una poblacin humana

Descendientes de 20 sobrevivientes de un tifn (Lengkieki )y de la hambruna en 1775.

En Micronesia Isla de Pingelap

Se cree que un sobreviviente era heterocigoto para un alelo recesivo

(prdida de funcin del gen CNGB3-

codifica para protenas en clulas de

retina).

Los homocigotes tienen acromatopsia ceguera del color total, sensibilidad

extrema a la luz.

Ejemplo de Efecto Fundador

200 migrantes alemanes que fundaron el grupo Amish en Pennsylvania, USA.

Alelo polidactilia

Sndrome de Ellis-van Creveld

1/5,000 en poblaciones Amish y 7/1,000,000 en otras poblaciones

Rastreo del gen hasta Samuel King y su esposa, quien llegaron en 1744 a PA.

La endogamia tambin frecuencia de polidactilia

Algunos tipos de mutaciones

1. Mutaciones puntuales: substitucin de un nucletido por otro.

2. Inserciones o deleciones (indels) Nucletidos individuales Mltiples nucletidos Fragmentos grandes de ADN

3. Duplicacin de genes

A travs de la insercin de segmentos de DNA en los cromosomas.

4. Alteraciones cromosomales

Inversiones Duplicaciones Poliploidas

A G

C T

Purinas

Pirimidinas

(B) TRANSVERSIONES (tv)

purina pirimidina

tv tv

tv tv

Mutaciones puntuales Pueden surgir debido a errores durante la sntesis o reparacin

del DNA

ti

ti

(A) TRANSICIONES (ti)

purina purina

pirimidina pirimidina

Mutaciones Puntuales

Thr His Met ACX CAY ATG

Cualquiera de los 4 nucletidos ACU; ACA ACC; ACG

Tiene que ser

U o C:

CAU; CAC

Tiene que ser

solo G

Solo AUG

Sinnimas o silenciosas Mutaciones en la 3era. posicin de los codones.

Thr His Met

ACX CAY ATG

No-sinnimas o de reemplazo Mutaciones en la primera o segunda posicin del codn.

Cambian el aa

Mutaciones Puntuales

ACU ACA ACC ACG

CAU

CAC

AUG

El efecto de las mutaciones sobre

el fitness

La mayor parte de las mutaciones son neutras, es decir, cuando no hay un efecto sobre el fitness aunque hay excepciones. Ejm: substitutcin de un solo nucletido

en el caso de la anemia falciforme.

Las mutaciones en la evolucin

Introduccin de alelos variacin gentica La base para la Seleccin Natural

Teora Neutral o Seleccin?

Teora Neutral Kimura, 1968

Estudio de la evolucin a nivel molecular.

La mayor parte de la variacin a nivel molecular no afecta al fitness y por lo tanto, el fin evolutivo de la variacin gentica est explicado por procesos estocsticos (al azar).

La nica manera en la que las mutaciones neutrales se fijen en la poblacin es por medio de deriva gnica.

Esta teora neutral afirma que la mayor parte de los cambios evolutivos a nivel molecular no han

sido causados por la seleccin de mutantes que

ofrecen alguna ventaja, sino debido a fijaciones al

azar de mutantes neutrales a travs del efecto

acumulativo del error de muestreo (debido a la

poblacin finita), bajo la constante accin de

nuevas mutaciones

-Kimura

El poder de la

seleccin

acumulativa

R. Dawkins: The blind watchmaker

METHINKS IT IS LIKE A WEASEL

Si solamente lo dejamos al azar:

WDLMNLT DTJBKWIRZEZLMQCO P 1/10,000 probabilidad

En cambio, si introducimos la seleccin acumulativa: 1 generacin: MDLDMNLS ITJISWHRZREZ MECS P

20 generaciones MELDINLS IT ISWPRKE Z WECSEL

30 generaciones: METHINGS IT ISWLIKE B WECSEL

43 generaciones: METHINKS IT IS LIKE A WEASEL

Apareamiento no aleatorio

Una de las condiciones de HW es que todos tienen la misma oportunidad de aparearse con cualquier otro.

Apareamiento no aleatorio NO es una fuerza de la evolucin no puede cambiar las frecuencias allicas en el tiempo (evolucin) por s sola, pero el apareamiento no aleatorio hace imposible predecir las frecuencias genotpicas a partir de las frecuencias allicas.

El apareamiento no aleatorio puede cambiar la

estructura gentica de la poblacin Cmo?

25% AA 50% Aa 25% aa

La poblacin est en equilibrio

De Hardy-Weinberg?

Cambiaron las

frecuencias allicas?

Frecuencia allica: 0.5 A 0.5 a

25% AA

12.5% AA

25% Aa 12.5% aa

25% aa

Los Aa se parean conAa 37.5% AA 25% Aa 37.5% aa

Generacin 1 Generacin 2

Frecuencia Allica 0.5 A 0.5 a

El apareamiento no aleatorio puede llevar al exceso de homocigotes.

Qu sucede cuando el apareamiento no

aleatorio contina a travs de las generaciones?

Apareamiento positivo no aleatorio en los

humanos es muy comn

Apareamiento positivo

Las parejas se escogen en base a caractersticas similares

Cul es el efecto del apareamiento no aleatorio en la

variacin dentro de una poblacin?

Por qu es importante el apareamiento no aleatorio?

Los patrones del apareamiento no aleatorio pueden influir

en las tasas de cambio de las frecuencias allicas

mediante su interaccin con otros mecanismos evolutivos.

La endogamia

es un tipo

especial de

apareamiento

no aleatorio

Consecuencias

genticas de la

endogamia?

Depresin por endogamia Bittles and Neel

(1994)

Algunos puntos importantes:

La evolucin est restringida por el fenotipo de formas ancestrales (descendencia con modificacin).

La evolucin depende de:

1. Variabilidad gentica Esto s es aleatorio: mutaciones, recombinaciones.

1. Seleccin Natural

Lo opuesto de azar! Entre los millones de individuos que se producen en cada

generacin, la seleccin slo favorece a algunos.

Ojo la SN acta sobre la variabilidad existente, no crea alelos nuevos.

Nada tiene sentido en biologa excepto a la luz de la evolucin

Theodosius Dobzhansky

Por qu la seleccin natural

no puede crear organismos

perfectos ?

PhdComics

Cul es el efecto de cada una

de las fuerzas evolutivas sobre

la variabilidad gentica en la

misma poblacin y entre

poblaciones diferentes?

PhdComics

ALLELE 1 Software que simula cada una de las fuerzas de la evolucin y el efecto que tienen sobre

la frecuencia allica.

Creado por Jon C. Herron

http://faculty.washington.edu/herronjc/SoftwareFolder/AlleleA1.html