Post on 06-Oct-2018
Genética de la conservación
Hoja de ruta Genética de la conservación
Diversidad genética
Importancia de la diversidad genética
Los problemas de las poblaciones pequeñas
Genética Biología de la Conservación
Genética de la conservación
Genética Biología de la Conservación
¿Por qué la Genética constituye la base de una de las ramas de la Biología de la Conservación?
(1) La diversidad a nivel genético representael nivel primario de la biodiversidad
(ESTRUCTURA)
(2) La tasa de cambio evolutivo en una población es proporcional a los niveles de diversidad genética
(PROCESOS)
(3) La información genética constituye un instrumento importante para enfrentar distintos problemas de conservación
(TÉCNICAS)
Genética de la conservación
Genética Biología de la Conservación
Frankham et al. (2002)
(1) Pérdida de diversidad genética y de habilidad para evolucionar en respuesta al cambio ambiental(2) Fragmentación de poblaciones y reducción en el flujo genético(3) Procesos azarosos predominantes sobre la selección natural como principal fuerza evolutiva
(deriva genética)(4) Acumulación o pérdida (purga) de mutaciones deletéreas(5) Efectos deletéreos de la endogamia sobre la reproducción y la supervivencia
(depresión por endogamia)(6) Efectos deletéreos resultantes del cruzamiento entre individuos de distinta procedencia
(depresión por exogamia)(7) Adaptación genética al cautiverio y sus efectos adversos sobre el éxito de reintroducción(8) Resolución de incertezas taxonómicas(9) Definición de unidades de manejo para las especies(10) Uso de análisis genéticos forenses(11) Uso de análisis genéticos moleculares para entender aspectos de la biología de las especies
Algunos aspectos para los cuales la Genética puede ser de importancia para la Biología de la Conservación
¿Por qué la Genética constituye la base de una de las ramas de la Biología de la Conservación?
Genética de la conservación
Genética Biología de la Conservación
¿Por qué la Genética constituye la base de una de las ramas de la Biología de la Conservación?
Avise (2008)
Genética de la conservación
Genética Biología de la Conservación
La Genética de la Conservación tiene dos objetivos fundamentales:
(1) ayudar a mantener los patrones naturales de diversidad genética a varios niveles
(2) proveer herramientas para la evaluación y el monitoreo de individuos y poblaciones que pueden ser
útiles en la planificación de la conservación
¿Por qué la Genética constituye la base de una de las ramas de la Biología de la Conservación?
Diversidad genética
Genética Biología de la Conservación
La variabilidad genética tiene su origen en:
• mutaciones• poliploidía
• recombinación
loci polimórficos
Loci y alelos en:
INDIVIDUO POBLACIÓN
genotipo acervo genético(pool genético)
Diversidad genética
Genética Biología de la Conservación
Variabilidad genética individual
Heterocigosis
Es valioso considerar la variabilidad genética individual porque:
• la selección natural actúa a nivel individual• el efecto de los problemas genéticos se
observa en los individuos (eg, endogamia)• es importante en programas de cría en
cautiverio• la variación genética se mide esencialmente
en los individuos
Se cuantifica como:
• proporción de loci con heterocigosis
Hi
Diversidad genética
Genética Biología de la Conservación
Variabilidad genética poblacional
Tipos de alelos presentes y su frecuencia relativa en los miembros de la población
Se cuantifica como:
• número de loci polimórficos• número de alelos por locus polimórfico
Hp
La variabilidad genética poblacional y las frecuencias génicas cambian debido a:
• mutación• selección natural• flujo genético• deriva genética
Levin & Crepet (1973)
Diversidad genética
Genética Biología de la Conservación
Variabilidad genética entre poblaciones
Depende de la divergencia entre poblaciones(diferencia en las frecuencias génicas entre las poblaciones)
Levin & Crepet (1973)
Diversidad genética
Genética Biología de la Conservación
Variabilidad genética total
Se cuantifica como:
• la suma de la variabilidad poblacional promedio de las poblaciones y la divergencia promedio entre poblaciones
HT = Hp + DPT
Depende tanto de la variabilidad genética de cada población como de la
divergencia entre poblaciones
Divergencia promedio entre poblaciones (o sub-poblaciones), también llamada “fijación”
FST = 1 – (HS / HT)
Guinand et al. (2003)Salvelinus namaycush, Grandes Lagos, EEUU
Diversidad genética
Genética Biología de la Conservación
El aporte relativo de la variabilidad poblacional y la divergencia entre poblaciones depende fundamentalmente del tamaño poblacional y del grado de aislamiento
• a mayor aislamiento mayor DPT• a mayor tamaño mayor Hp
Variabilidad genética total
Ward et al. (1992)Picoides borealisDPT = 0.14 Lovette &
Fitzpatrick (2016)Neotrópico
Importancia de la diversidad genética
Genética Biología de la Conservación
Los individuos heterocigotas muestran una mayor adecuación biológica:
• mayor tasa de crecimiento• mayor supervivencia• mayor tasa reproductiva
Variabilidad genética individual
(1) Disponen de dos alternativas distintas (eg, dos formas de una enzima) y por ende son más flexibles frente a cambios ambientales y variaciones en el desarrollo
(2) Los alelos no funcionales o deletéreos que reciben de sus progenitores pueden quedar enmascarados por ser recesivos (no se expresan)
Las razones:
Importancia de la diversidad genética
Genética Biología de la Conservación
Variabilidad genética poblacional
Existe una buena correlación entre Hp y varias características de una población
Frankham (1996)
(1) Está positivamente correlacionada con el tamaño poblacional (intra e interespecífico)(2) Está positivamente correlacionada con el área de hábitat(3) Es mayor en especies con distribuciones amplias(4) Está negativamente correlacionada con el tamaño corporal (en animales)(5) Está negativamente correlacionada con la tasa de evolución cromosómica(6) Es menor en vertebrados que en invertebrados y plantas(7) Es menor en poblaciones en islas que en poblaciones continentales(8) Es menor en especies amenazadas que en especies no amenazadas
Patrones generales de variabilidad genética en poblaciones naturales
Importancia de la diversidad genética
Genética Biología de la Conservación
Variabilidad genética poblacional
No obstante, no existen evidencias claras de una relación entre la Hp y el desempeño de la población
• niveles bajos de variabilidad• niveles variables de variabilidad• no hay diferencias entre poblaciones con
problemas y poblaciones control
- variación adaptativa vs. variación neutral- selección natural local
Por el contrario, sí hay evidencias de que una disminución en la Hp de una población está asociada
a la aparición de problemas
Genética Biología de la Conservación
• Las combinaciones poco frecuentes de alelos pueden ser apropiadas en condiciones ambientales futuras
• Las poblaciones pequeñas pueden estar limitadas en su capacidad para responder a
cambios ambientales en el largo plazo
Pérdida de variabilidad genética
(= pérdida de flexibilidad evolutiva)
Importancia de la diversidad genética
Por el contrario, sí hay evidencias de que una disminución en la Hp de una población está asociada
a la aparición de problemas
Los problemas de las poblaciones pequeñas
Genética Biología de la Conservación
Las poblaciones pequeñas tienen una mayor tendencia a extinguirse debido a:
(1) PÉRDIDA DE VARIABILIDAD GENÉTICA
(2) VARIACIÓN DEMOGRÁFICA
(3) VARIACIÓN AMBIENTAL
Gilpin & Soulé (1986)
Los problemas de las poblaciones pequeñas
Genética Biología de la Conservación
Tamaño poblacional genéticamente efectivo (Ne)
No todos los individuos de una población tienen la misma probabilidad de contribuir con sus genes a la siguiente generación
• proporción de sexos• proporción de individuos reproductivos• variación en el éxito reproductivo• fluctuaciones en el tamaño poblacional
Ne << N
Ne = 0.11 N
Frankham (1996)
Tamaño poblacionalecológicamente efectivo (EEP)
Los problemas de las poblaciones pequeñas
Genética Biología de la Conservación
Proporción de sexos
Ne << N
N = 500Proporción de sexos 1:1
Ne = (4 x 250 x 250) / (250 + 250) = 500
N = 500Proporción de sexos 4:1
Ne = (4 x 400 x 100) / (400 + 100) = 320
Ne = (4 Nm x Nf) / (Nm + Nf)
Nm = número de machos reproductivosNf = número de hembras reproductivos
Tamaño poblacional genéticamente efectivo (Ne)
Los problemas de las poblaciones pequeñas
Genética Biología de la Conservación
Ne << NProporción de sexos
Tamaño poblacional genéticamente efectivo (Ne)
Los problemas de las poblaciones pequeñas
Genética Biología de la Conservación
Proporción de individuos reproductivos
Ne << N
Ne = (4 Nm x Nf) / (Nm + Nf)
N = 500Proporción de sexos 1:1
Proporción de individuos reproductivos: 100%
Ne = (4 x 250 x 250) / (250 + 250) = 500
N = 500Proporción de sexos 1:1
Proporción de individuos reproductivos: 40%
Ne = (4 x 100 x 100) / (100 + 100) = 200
Tamaño poblacional genéticamente efectivo (Ne)
Los problemas de las poblaciones pequeñas
Genética Biología de la Conservación
Variación en el éxito reproductivo
Ne << N
Ne = k (N k - 1) / [Vk + k (k - 1)]
k = número promedio de descendientesVk = varianza del número promedio de descendientes
Tamaño poblacional genéticamente efectivo (Ne)
Los problemas de las poblaciones pequeñas
Genética Biología de la Conservación
Fluctuaciones en el tamaño poblacional
Ne = t / (1 / N1 + 1 / N2 + ... + 1 / Nt)
t = añosN = número de individuos reproductivos
N = 10, 20, 100, 20, 10
Ne = 16.1
el tamaño poblacional actual no es un buen indicador de la cantidad de variabilidad genética
Tamaño poblacional genéticamente efectivo (Ne)
Los problemas de las poblaciones pequeñas
Genética Biología de la Conservación
(1) Cuellos de botella poblacionales
Packer et al. (1991)Panthera leo, Cráter del Ngorongoro, Tanzania
• Menor variabilidad genética• Menor tasa reproductiva• Altos niveles de anormalidades
Stomoxys calcitrans
Los problemas de las poblaciones pequeñas
Genética Biología de la Conservación
(1) Cuellos de botella poblacionales
Briskie & Mackintosh (2004)Aves introducidas, Nueva Zelanda Foose (1983)
Los problemas de las poblaciones pequeñas
Genética Biología de la Conservación
Nei (1975)
(2) Efecto fundador
Los problemas de las poblaciones pequeñas
Genética Biología de la Conservación
(3) Deriva genética
Los alelos que tienen una baja frecuencia en una población pequeña tienen una alta probabilidad de perderse en la
siguiente generación
Frecuencia en el pool genético = 5% de los individuosN = 1000
Hay como máximo 100 “copias” del alelo(contando a todos los que lo portan como homocigotas)
(1000 individuos x 2 “copias” por individuo x 0.05)
Frecuencia en el pool genético = 5% de los individuosN = 10
Hay como máximo 1 “copia” del alelo(contando a todos los que lo portan como homocigotas)
(10 individuos x 2 “copias” por individuo x 0.05)
Los problemas de las poblaciones pequeñas
Genética Biología de la Conservación
(3) Deriva genética
La proporción de heterocigosis original que permanece después de cada generación (H0)
H0 = 1 - 1 / (2 Ne)Wright (1931)
Ne = 50
H1 = 1 - 1 / (2 x 50) = 0.99
Ht = H0 t
Ne = 50
H0 = 1; H1 = 0.99; H2 = 0.98;H3 = 0.97; H10 = 0.90
Meffe & Carrol (1997)
Los problemas de las poblaciones pequeñas
Genética Biología de la Conservación
(4) Depresión por endogamia
Apareamiento entre individuos emparentados
Los problemas de las poblaciones pequeñas
Genética Biología de la Conservación
(4) Depresión por endogamia
Apareamiento entre individuos emparentados
• Disminuye el número de descendientes• Aumenta la mortalidad• Aumenta la “debilidad”• Aumenta la esterilidad• Disminuye el éxito reproductivo
Mus musculus y Drosophila spp.
MECANISMO:
Aumento de la probabilidad de que se expresen alelos deletéreos en homocigotas
Frankham (1995)
Los problemas de las poblaciones pequeñas
Genética Biología de la Conservación
(5) Depresión exogámica
Apareamiento entre individuos de distinta procedencia
• Aumenta la “debilidad”• Aumenta la esterilidad
MECANISMO:
- Se pierde la “respuesta local” producto de la selección natural- Aumento de la incompatibilidad cromosómica y de los sistemas enzimáticos heredados de ambos progenitores
poblaciones – subespecies – especies
Híbridos en Aves Price & Bouvier (2002)
N = 407
Los problemas de las poblaciones pequeñas
Genética Biología de la Conservación
(5) Depresión exogámica
Apareamiento entre individuos de distinta procedencia
• Aumenta la “debilidad”• Aumenta la esterilidad
MECANISMO:
- Se pierde la “respuesta local” producto de la selección natural- Aumento de la incompatibilidad cromosómica y de los sistemas enzimáticos heredados de ambos progenitores
poblaciones – subespecies – especies
Los problemas de las poblaciones pequeñas
Genética Biología de la Conservación
• Las combinaciones poco frecuentes de alelos pueden ser apropiadas en condiciones ambientales futuras
• Las poblaciones pequeñas pueden estar limitadas en su capacidad para responder a
cambios ambientales en el largo plazo
Pérdida de variabilidad genética
(= pérdida de flexibilidad evolutiva)
Retomando...
Por el contrario, sí hay evidencias de que una disminución en la Hp de una población está asociada
a la aparición de problemas
Los problemas de las poblaciones pequeñas
Genética Biología de la Conservación
Gilpin & Soulé (1986)
(1) PÉRDIDA DE VARIABILIDAD GENÉTICA(2) VARIACIÓN DEMOGRÁFICA(3) VARIACIÓN AMBIENTAL
VÓRTICE DE EXTINCIÓN
VÓRTICE DE EXTINCIÓN(demografía)
Sphenodon punctatus, North Brother Is., Nueva Zelanda Grayson et al. (2014)
Los problemas de las poblaciones pequeñas
Genética Biología de la Conservación
VÓRTICE DE EXTINCIÓN(genética)
Lovette & Fitzpatrick (2016)