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Dr. Antonio Barbadilla
Tema 14: Genética Poblaciones I 1
Tema 14:
Genética de Poblaciones
Población mendeliana
Equilibrio Hardy-Weinberg
Dr. Antonio Barbadilla
Tema 14: Genética Poblaciones I 2
Tema 14: Genética de Poblaciones I: La revolución darwiniana, el equilibrio de Hardy-
Weinberg y sistemas de apareamiento
•La revolución darwiniana: el pensamiento poblacional •La variación genética y sus estimación •Población mendeliana •Apareamiento aleatorio y ley de Hardy-Weinberg •Apareamiento no aleatorio
•Apareamiento clasificado •Endogamia
Puntos principales a tratar:
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EL PARADIGMA POBLACIONAL:
la variación en el seno de las poblaciones es la materia prima de la evolución
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Tema 14: Genética Poblaciones I 4
Evolución desde la perspectiva poblacional:
Es el cambio acumulativo en la
composición genética de las
poblaciones
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Tema 14: Genética Poblaciones I 5
Nada tiene sentido en evolución si no es a la luz de la genética de poblaciones Michael Lynch
Nada tiene sentido en biología si no es a la luz de la evolución Theodosious Dobzhansky
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La problemática de la genética de poblaciones es la descripción
y explicación de la variación genética dentro y entre
poblaciones
Theodosious Dobzhansky
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Tema 14: Genética Poblaciones I 7
Población mendeliana:
Conjunto de individuos intercruzables que comparten un acervo genético común
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Tema 14: Genética Poblaciones I 8
•Variación genética o polimorfismo genético: existencia en una población de dos o más formas alélicas en frecuencias apreciables
•Frecuencia génica o alélica (unidad básica de evolución):
f(A) proporción de un alelo dado en la población
Gen con alelos A y a
A a p = f(A) q = f(a)
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Tema 14: Genética Poblaciones I 9
La Genética de Poblaciones es una Teoría de Fuerzas
p = f(A)
Deriva genética
Selección natural
Mutación
Migración
Factores que cambian las frecuencias génicas en las poblaciones
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•Polimorfismo proteico (alozímico) Electroforesis de proteínas en gel (Lewontin & Hubby 1966; Harris 1966)
•Polimorfismos en el nivel del DNA Microsatélites Secuencias de DNA
Antes de los 60: Polimorfismo morfológico e inmunológico (grupos sanguíneos: AB0, Rh, NM,... 40 en humanos)
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Tema 14: Genética Poblaciones I 11
Polimorfismos de DNA
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Tema 14: Genética Poblaciones I 13
Secuencia 1 acgtagcatcgtatgcgttagacgggggggtagcaccagtacag
Secuencia 2 acgtagcatcgtatgcgttagacggggtggtagcaccagtacag
Secuencia 3 acgtagcatcgtatgcgttagacggcggggtagcaccagtacag
Secuencia 4 acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacag
Secuencia 5 acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacag
Secuencia 6 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag
Secuencia 7 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag
Secuencia 8 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag
Secuencia 9 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag
A G A G T T C T G C T C G
A G A G T T A T G C G C G
SNPs
Single Nucleotide Polymorphism
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Tema 14: Genética Poblaciones I 14
Medidas de la diversidad genética Ejemplo: Estudio electroforético de la enzima glucosa fosfato isomerasa
en una población de ratones
Genotipo
F/F F/S S/S Total
N. individuos 4 7 5 16
N. alelos F 8 7 0 15
N. alelos S 0 7 10 17
N. alelos F + S 8 14 10 32
p ̂ = f(F) = 4 + (1/2) 7
16
= 0,469 p ̂ q ^ = 1 - = 0,531
•Frecuencia genotípica
•Frecuencia alélica o génica
•Heterocigosidad H ^
= 7/16 = 0,4375
f(FF) = 4 / 16 f(FS) = 7 /16 f(SS) = 5/16
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Tema 14: Genética Poblaciones I 15
Genotipo Frecuencias alélicas
Población MM MN NN p(M) p(N)
Esquimal 0,835 0,156 0,009 0,913 0,087
Aborigen Australia
0,024 0,304 0,672 0,176 0,824
Egipcia 0,278 0,489 0,233 0,523 0,477
Alemania 0,297 0,507 0,196 0,550 0,450
China 0,332 0,486 0,182 0,575 0,425
Nigeria 0,301 0,495 0,204 0,548 0,452
Frecuencias genotípicas y alélicas para el locus del grupo sanguíneo MN en varias poblaciones humanas
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Tema 14: Genética Poblaciones I 16
G.H. Hardy W. Weinberg
Relaciona las frecuencias alélicas y genotípicas en una población mendeliana bajo una serie de supuestos ideales
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Tema 14: Genética Poblaciones I 17
Esperma
Huevos
AA p2
Aa pq
Aa pq
aa q2
A p
a q
a q
A
p
Frecuencias alélicas
Los supuestos HW implican una unión aleatoria de los alelos para formar genotipos
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Tema 17: Genética Poblaciones I 18
P’ Q’ R’
P’ = P2 + 2PQ/2 + Q2/4 = (P + Q/2)2 = p2
Igualmente se demuestra que Q’ = 2pq y R’ = q2
Frecuencias genotípicas generación
inicial
P = f(AA) Q = f(Aa) R = f(aa)
Frecuencias genotípicas siguiente generación
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Ley del equilibrio de Hardy-Weinberg
Consecuencias de los supuestos:
•Reducción de la dimensionalidad de una población. Conociendo las frecuencias alélicas podemos predecir las genotípicas •Equilibrio alélico y genotípico.
•Las frecuencias alélicas no cambian de generación en generación (equilibrio alélico) •Las frecuencias genotípicas no cambian de generación en generación (equilibrio genotípico). Después de una generación de apareamiento aleatorio, se alcanzan las frecuencias genotípicas de equilibrio
•Sistema conservativo, análogo al principio de inercia. Solución al problema de cómo se conserva la variación genética •Modelo nulo por excelencia: Aunque las desviaciones son difíciles de detectar, cualquier desviación es una indicación de que algo pasa en la población
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Tema 14: Genética Poblaciones I 20
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
0 0
,1 0
,2 0
,3 0
,4 0
,5 0
,6 0
,7 0
,8 0
,9 1
,0
p = f(A)
Fre
cuenc
ia
2pq (Aa)
p2 (AA) q2 (aa)
Gráfico de p2, 2pq y q2.
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Tema 14: Genética Poblaciones I 21
Genotipo
MM MN NN Total N. individuos 1787 3037 1305 6129 N. alelos M 3574 3037 0 6611 N. alelos N 0 3037 2610 5647 N. alelos M + N 3574 6074 2610 12258
Prueba de ajuste a Hardy-Weinberg
Frecuencia alélica M = 6611/12258 = 0,53932 = p Frecuencia alélica N = 5647/12258 = 0,46068 = q
Frecuencia esperada p2 = 0,2908 2pq = 0,4969 q2 = 0,2122 1,000
Número esperada 1782,7 3045,6 1300,7 6129 (Frecuencia x 6129)
84,3
04887,0esperadonúmero
esperado)númeroobservado(número
2
..1;05,0
22
lg
X
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Tema 14: Genética Poblaciones I 22
Generalización del Equilibrio de Hardy-Weinberg
A1 A2 A1 A1 A1 A2 A2A2
P2 2pq q2 p q
•Un gen ligado al X
•Múltiples alelos
Ejemplo, 3 alelos con frecuencias p,q y r. Las frecuencias genotípicas son las que resultan de las expansión (p+q+r)2 = p2 + 2pq + 2pr + q2 + 2qr + r2
•Dominancia Se puede estimar las frecuencias alélicas si suponemos que la población está en equilibrio Hardy-Weinberg. Ej. Individuos con fenotipo Rh+ 85%. Si suponemos H-W la frecuencia del alelo Rh+ es del 85.8%
Dr. Antonio Barbadilla
Tema 14: Genética Poblaciones I 23
Desviaciones del apareamiento aleatorio
•Apareamiento clasificado: los distintos fenotipos no se aparean al azar
•positivo: tendencia a aparearse con fenotipos semejantes (altura, color de piel,...) •negativo: tendencia a aparearse con fenotipos opuestos
•Endogamia: cuando el cruce entre parientes es más común de lo que se espera por azar (exogamia es el concepto opuesto)
Diferencias entre ambos conceptos: el apareamiento clasificado afecta a los fenotipos preferidos, mientras que la endogamia afecta a todo el genoma
Dr. Antonio Barbadilla
Tema 14: Genética Poblaciones I 24
Consecuencias de las desviaciones del apareamiento aleatorio
•Desviación de las frecuencias genotípicas de las esperadas por Hardy-Weinberg
•Mayor homocigosidad: apareamiento clasificado positivo y endogamia •Mayor heterocigosidad: apareamiento clasificado negativo
•No cambio en las frecuencias alélicas
Dr. Antonio Barbadilla
La Genética de Poblaciones es una Teoría de Fuerzas
p = f(A)
Deriva genética
Selección natural
Mutación
Migración
Factores que cambian las frecuencias génicas en las poblaciones
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p = f(A)
Deriva genética
Selección natural
Mutación
Migración
Efectos de las fuerzas evolutivas sobre la variación dentro y entre poblaciones
Fuerza Variación dentro poblaciones
Variación entre poblaciones
Endogamia o deriva genética
- +
Mutación + -
Migración + -
Selección: Direccional Equilibradora Incompatible
- + -
+/- - +
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Tema 14: Genética Poblaciones I 27
Links de interés
Conceptos fundamentales
Lecturas:
Web de genética de poblaciones (A. Barbadilla)
Calculadora de Hardy-Weinberg
¿Qué es la GP?
Genetic Drift
Natural Selection
Mutation
Migration
Factors changing gene frequencies in populations