Dr. Antonio Barbadilla
Tema 14
Tema 14: Genética Poblaciones I 1
Genética de Poblaciones Población mendeliana
Equilibrio Hardy-Weinberg
Dr. Antonio Barbadilla
Tema 14: Genética de Poblaciones La revolución darwiniana, el equilibrio de Hardy-
Weinberg y sistemas de apareamiento
•La genética de poblaciones: un teoría de fuerzas•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:
Tema 14: Genética Poblaciones I 2
Dr. Antonio Barbadilla
Dr. Antonio Barbadilla
4 Antonio Barbadilla
La Evolución es el proceso de conversión de la variación genética
individual en variación genética entre especies
Dr. Antonio Barbadilla
Divergencia
Polimorfismo
Mutación
Nivel especie
Nivel población
Nivel individuo
G
C
TA
Tiempo
Dr. Antonio Barbadilla
Genética de
poblaciones
Genética de poblaciones
Divergencia
Polimorfismo
Mutación
Nivel especie
Nivel población
Nivel individuo
Dr. Antonio Barbadilla
Tema 14: Genética Poblaciones I 7
¿Cómo cambian las frecuencias alélicas en el
tiempo?
Frecuencia alélica
1
0
Time
Genética de poblaciones La cinemática y la dinámica de los cambios evolutivos en las poblaciones.
Dr. Antonio Barbadilla
Tema 14: Genética Poblaciones I 9
Nada tiene sentido en biología si no es a la luz de la evolución
Theodosious Dobzhansky
Nada tiene sentido en evolución si no es a la luz de la genética de poblaciones
Michael Lynch
Evolución y Genética de poblaciones
Dr. Antonio Barbadilla
Población mendeliana
Población mendeliana: conjunto de individuos intercruzablesque comparten un acervo genético común (organismos diploides, reproducción sexual y herencia mendeliana)
Tema 14: Genética Poblaciones I 10
La población es el sustrato donde se ocurre la evolución
Dr. Antonio Barbadilla
•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 ap = f(A)q = f(a)
Dr. Antonio Barbadilla
Tema 14: Genética Poblaciones I 12
Alelo a
Alelo A
Población mendeliana
Población mendeliana: conjunto de individuos intercruzables que comparten un acervo genético común (organismos diploides, reproducción sexual y herencia mendeliana)
La población es el sustrato donde se ocurre la evolución
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
Tema 14: Genética Poblaciones I 13
Dr. Antonio Barbadilla
La problemática de la genética de poblaciones es la descripción
y explicación de la variación genética dentro y entre
poblaciones
Theodosious Dobzhansky
Tema 14: Genética Poblaciones I 14
(1900-1975)
Dr. Antonio Barbadilla
1
32
•Polimorfismo proteico (alozímico) Electroforesis de proteínas en gel (Lewontin & Hubby1966; Harris 1966)
•Polimorfismos en el nivel del DNA
MicrosatélitesSecuencias de DNA
Antes de los 60: Polimorfismo morfológico e inmunológico (grupos sanguíneos: AB0, Rh, NM,... 40 en humanos)
Tema 14: Genética Poblaciones I 15
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Polimorfismos de DNA
Tema 14: Genética Poblaciones I 16
Dr. Antonio Barbadilla
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
Tema 14: Genética Poblaciones I 17
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Tema 14: Genética Poblaciones I 18
Electroforesis de proteínas en gel para estudiar la variación proteica en poblaciones naturales de especies
Gel electroforético que muestra las diferentesmobilidades de los tres genotipos que resultande los alelos A y S de la hemoglobina
Dr. Antonio Barbadilla
Tema 14: Genética Poblaciones I 19
Gen monomórfico
Gene polimórfico(polimorfismoalozímico)F (Alelo migraciónrápida, Fast)S (Alelo migraciónlenta, Slow)
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Tema 14: Genética Poblaciones I
Población hipotética
N = 10 individuos, 20 copias génicas
Medidas de la diversidad genética
• Frecuencia alélica
• Frecuencia genotípica
• Heterocigosidad observada
f(AA) = 1/10 f(Aa) = 5 /10 f(aa) = 4/10
Alelo A Alelo a
f(A) = 7/20 f(a) = 13/20
f(AA) = NAA/N f(Aa) = NAa /N f(aa) = Naa/N
f(A) = NA/2N f(a) = Na /2N
f(Aa) = NAa /N
f(Aa) = 5 /10
Dr. Antonio Barbadilla
Medidas de la diversidad genéticaEjemplo: 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
p̂ = f(F) =4 + (1/2) 7
16
= 0,469 p̂q̂ = 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
Tema 14: Genética Poblaciones I 21
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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
Tema 14: Genética Poblaciones I 22
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Tema 14: Genética Poblaciones I 23
Dinámica de la variacióngenética en las poblaciones
Ley de equilibrio de Hardy-Weinberg
El estado de fuerzas cero
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24
p = f(A)
Deriva genética
Selección natural
Mutación
Migración
Factores que cambian las frecuencias génicas en las poblaciones
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Tema 14: Genética Poblaciones I 25
Ningún factor (fuerza) actúa sobre las frecuencias alélicas o genotípicas en la población
El estado de fuerzas cero
Ley del equilibrio de Hardy-Weinberg
Dr. Antonio Barbadilla
Relaciona las frecuencias alélicas y genotípicas en una población mendeliana bajo una serie de supuestos ideales
Tema 14: Genética Poblaciones I 26
G.H. Hardy W. Weinberg(1877 –1947) (1862 –1937)
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Tema 14: Genética Poblaciones I 27
Apareamiento al azar
X
AA x Aa
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Esperma
Huevos
AAp2
Aapq
Aapq
aaq2
Ap
aq
a q
A p
Frecuencias alélicas
Los supuestos HW implican una unión aleatoria de los alelos para formar genotipos de la siguiente generación
Tema 14: Genética Poblaciones I 28
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aa
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
Tema 14: Genética Poblaciones I 29
Apareamiento al azar Primer ley de Mendel
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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
Tema 14: Genética Poblaciones I 30
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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)
Frec
uen
cia
2pq (Aa)
p2 (AA)q2 (aa)
Gráfico de p2, 2pq y q2.
Tema 14: Genética Poblaciones I 31
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35
Desviaciones del apareamiento aleatorio
Apareamiento aleatorio
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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
Tema 14: Genética Poblaciones I 36
Apareamiento aleatorio
Dr. Antonio Barbadilla
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
Tema 14: Genética Poblaciones I 37
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Links de interés
Lecturas:
Web de genética de poblaciones (A. Barbadilla)
Calculadora de Hardy-Weinberg
Otros ensayos y artículos de divulgación (A. Barbadilla)
¿Qué es la GP?
Genetic Drift
Natural Selection
Mutation
Migration
Factors changing gene frequencies in populations
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Tema 14: Genética Poblaciones I 41
Frecuencias genotípicas en equilibrio
f(AA) = p2
f(Aa) = 2pqf(aa) = q2
Ejercicios de aplicación del Equilibrio de Hardy-Weinberg
Frecuencias alélicas
f(A) = pf(a) = q
p + q = 1
Dr. Antonio Barbadilla
Tema 14: Genética Poblaciones I 42
(Pob029) En una población que esta en equilibrio de Hardy-Weinberg, la frecuencia del alelo A es de 0,7 y la del alelo a es de 0,3. ¿Qué porcentaje de la población será homocigótica?
Frecuencias genotípicas
en equilibrio
f(AA) = p2
f(Aa) = 2pqf(aa) = q2
p = f(A) = 0,7; q=f(a) =0,3
f(Aa) = 2 p q = 2 x 0,7 x 0,3 = 0,42
f(homocigotos) = 1 – f(Aa) = 0,58
Dr. Antonio Barbadilla
Tema 14: Genética Poblaciones I 43
Aproximadamente el 70% de los norteamericanos blancos perciben el gusto de la sustancia química feniltiocarbamida, y el resto no es capaz de percibirla. La capacidad para percibir el sabor de esta substancia química está determinada por el alelo T, mientras que la incapacidad para percibirlo se determina por el alelo recesivo t. Si suponemos que la población está en equilibrio de Hardy-Weinberg, ¿cuáles serían las frecuencias genotípicas y alélicas en esta población?
Frecuencias genotípicas
en equilibrio
f(AA) = p2
f(Aa) = 2pqf(aa) = q2
Solución Si el 70% puede percibir este producto químico (T/T y T/t), entonces el 30% no lo perciben (t/t). La frecuencia de los homocigotos recesivos es q2. Para obtener q, simplemente se calcula la raíz cuadrada de 0,30:
q = √0,30 = 0,55
Como p + q = 1, podemos escribir:
p = 1 – q = 1 – 0,55 = 0,45
Ahora podemos calcular: p2 = (0,45)2 = 0,20, la frecuencia de T/T
2pq = 2 × 0,45 × 0,55 = 0,50, la frecuencia de T/t q2 = 0,3, la frecuencia de t/t
Dr. Antonio Barbadilla
Tema 14: Genética Poblaciones I 44
(Pob005) La fenilcetonuria (PKU) tiene herencia autosómica recesiva. En una población humana se encuentra una persona con PKU (homocigótica recesiva) por cada 10.000 individuos analizados. Suponiendo que esta población está en equilibrio de Hardy-Weinberg para este locus, ¿cuáles son las frecuencias alélicas de dicho locus? ¿Y la de los indivudosportadores?
Frecuencias genotípicas
en equilibrio
f(AA) = p2
f(Aa) = 2pqf(aa) = q2
Solución
PKU = 1/10000 = f(aa) = q2
(a)q = √0,0001 = 0,01
p = 1-q = 0,99
(b)f(Aa) = 2pq = 2 x 0,99 x 0,01 = 0,0198
Dr. Antonio Barbadilla
Tema 14: Genética Poblaciones I 45
(Pob033) En la especie humana, una enfermedad genética está determinada por un gen autosómico dominante. En una población se encuentra que el porcentaje de personas afectadas por la enfermedad es del 19%. Si la población está en equilibrio de Hardy-Weinberg, ¿cuál es la probabilidad de que una pareja escogida al azar esté formada por dos individuos afectados y tenga un hijo normal?
Frecuencias genotípicas
en equilibrio
f(AA) = p2
f(Aa) = 2pqf(aa) = q2
Solución
f(aa) = q2 =1-0,19q = √0,81 = 0,9
p = 1-q = 0,1
Si ambos padres están afectados tienen que se Aa para tener un hijo no afectado
Prob(AaxAa) = 2pq x 2pq = (2 x 0,1 x 0,9)2 = (0,18)2
Prob(normal/AaxAa) = ¼
Prob(normal) = (0,18)2 x ¼ = 0,0081
Dr. Antonio Barbadilla
Tema 14: Genética Poblaciones I 46